Tiền Cambri: gần chín phần mười lịch sử Trái Đất được chia mốc ra sao

Tiền Cambri là toàn bộ thời gian từ khi Trái Đất hình thành, khoảng 4,54 tỷ năm trước, đến đầu kỷ Cambri, khoảng 539 triệu năm trước, tức gần chín phần mười lịch sử hành tinh. Nó gồm ba liên đại Hadean, Thái cổ và Nguyên sinh, và chủ yếu được chia mốc bằng tuổi phóng xạ chứ không bằng hoá thạch.

Trong sách phổ thông, Tiền Cambri thường bị gói trong một hai dòng: sự sống đơn giản, đá biến chất, rồi chuyển ngay sang “vụ bùng nổ Cambri”. Cách trình bày ấy dễ khiến người đọc nghĩ trước Cambri chẳng có gì đáng kể. Thật ra những biến đổi lớn nhất của hành tinh, từ sự xuất hiện của đại dương, lục địa, sự sống, cho tới việc bầu khí quyển có ôxy, đều xảy ra trong khoảng thời gian dài dằng dặc này. Bài này giới thiệu cách các nhà địa chất chia mốc và định tuổi nó.

Tiền Cambri được chia thành những phần nào?

Ba liên đại của Tiền Cambri có độ dài rất khác nhau. Mốc dưới đây làm tròn theo bảng của Uỷ ban Địa tầng Quốc tế; riêng các mốc Hadean và Thái cổ còn đang được xem xét lại.

Chỉ riêng liên đại Nguyên sinh đã dài gần gấp bốn toàn bộ thời gian từ đầu Cambri tới nay. Nếu một cuốn sách lịch sử Trái Đất được chia trang theo đúng tỷ lệ thời gian, phần lớn số trang sẽ dành cho những giai đoạn mà sách giáo khoa chỉ nhắc qua.

Vì sao Tiền Cambri phải chia mốc bằng con số?

Vì trước Cambri, hoá thạch hiếm và nhỏ, không có loài nào phổ biến khắp thế giới để làm dấu hiệu đối chiếu; vì vậy ranh giới chủ yếu được định bằng mốc tuổi tròn.

Ở liên đại Hiển sinh, các nhà địa chất xếp lớp đá theo hoá thạch chỉ thị, rồi mới gắn con số tuổi. Ở Tiền Cambri, cách đó gần như không làm được. Ranh giới Thái cổ – Nguyên sinh được đặt ở tròn 2.500 triệu năm, các đại trong Nguyên sinh ở tròn 1.600 và 1.000 triệu năm. Đó là những mốc quy ước, gọi là tuổi chuẩn toàn cầu (GSSA), không gắn với sự kiện cụ thể nào xảy ra đúng lúc ấy.

Ngoại lệ là hai kỷ cuối của Nguyên sinh. Kỷ Cryogen, khoảng 720 đến 635 triệu năm trước, gắn với các đợt băng hà rất lớn. Kỷ Ediacara, khoảng 635 đến 539 triệu năm trước, có đinh vàng thật đặt ở Úc. Xu hướng chung là dần thay các con số tròn bằng ranh giới dựa trên sự kiện, nhưng việc này đòi hỏi bằng chứng đối chiếu toàn cầu mà đá rất cổ hiếm khi đáp ứng.

Đá cổ đến vậy thì đo tuổi bằng gì?

Vấn đề lớn nhất với đá Tiền Cambri là chúng thường đã bị nung nóng, ép, biến chất qua nhiều sự kiện. Mỗi lần như vậy, một số đồng hồ phóng xạ có thể bị đặt lại, nên một mẫu đá có thể cho nhiều tuổi khác nhau tuỳ phương pháp.

Zircon và đồng hồ urani – chì

Hạt zircon bền đến mức sống sót qua xói mòn, vận chuyển và cả biến chất ở mức vừa. Phương pháp urani – chì trên zircon cho tuổi tỷ năm với sai số thường chỉ vài triệu năm, tức dưới một phần trăm. Đây là công cụ chủ lực cho Tiền Cambri.

Các cặp đồng vị khác

Samari – neodimi, rubidi – stronti, lutexi – hafni giúp xác định khi nào vật chất tách ra từ lớp phủ để thành vỏ lục địa, kể cả khi đá đã bị nung lại nhiều lần.

Hoá học trầm tích

Sự thay đổi đồng vị carbon, lưu huỳnh trong đá vôi và đá phiến cho những dấu hiệu có thể đối chiếu giữa các lục địa, bổ sung cho việc thiếu hoá thạch.

Các mốc lớn của Tiền Cambri được biết chắc đến đâu?

Cột cuối là phần quan trọng nhất: nhiều mốc nổi tiếng thật ra còn đang tranh luận, và con số trên báo thường chỉ là một trong nhiều ý kiến.

Khi đọc một tin “phát hiện sự sống cổ nhất”, hãy nhớ có hai câu hỏi riêng: tuổi của đá có đúng không, và dấu vết trong đá có thật là do sinh vật để lại không. Câu thứ hai thường khó hơn câu thứ nhất.

Ranh giới Tiền Cambri – Cambri được đặt thế nào?

Ranh giới được neo bằng đinh vàng ở Fortune Head, Canada, tại mức xuất hiện một kiểu dấu vết hang đào phức tạp của động vật đáy, với tuổi khoảng 538,8 triệu năm.

Điều đáng chú ý là dấu hiệu không phải một hoá thạch có vỏ mà là vết hang: bằng chứng rằng động vật đã biết đào bới trầm tích theo cách phức tạp. Con số tuổi được gắn qua định tuổi zircon trong các lớp tro núi lửa ở những nơi khác có cùng dấu hiệu. Trong vài chục năm, con số này đã đổi từ khoảng 570 xuống 542 rồi khoảng 539 triệu năm, trong khi định nghĩa giữ nguyên.

Chuyện “vụ bùng nổ Cambri” cũng nên đọc tỉnh táo: sự đa dạng hoá diễn ra trong vài chục triệu năm, và đã có sinh vật nhiều bào từ trước đó ở kỷ Ediacara. Bùng nổ là theo thước đo địa chất, không phải trong một sớm một chiều.

Với người học, mốc 539 triệu năm nên được nhớ như một cánh cửa: phía trước là thế giới gần như chỉ có vi sinh vật và sinh vật mềm, phía sau là thế giới có vỏ, xương, mắt, chân, những thứ để lại hoá thạch dày đặc. Chính vì có hoá thạch dày đặc mà từ đây trở đi, việc chia thời gian trở nên chi tiết hơn hẳn, và bảng thang địa chất bỗng có rất nhiều dòng.

Ba hiểu nhầm phổ biến về Tiền Cambri

Trước Cambri không có sự sống. Sự sống vi sinh đã có ít nhất từ khoảng 3,5 tỷ năm trước, tức hơn ba tỷ năm trước Cambri.

Trái Đất Tiền Cambri giống như bây giờ. Khí quyển trong phần lớn giai đoạn này gần như không có ôxy tự do, ngày ngắn hơn vì Trái Đất quay nhanh hơn, Mặt Trời mờ hơn.

Tiền Cambri là một đơn vị chính thức. Đây là tên gọi quen dùng để gom ba liên đại, không phải một đơn vị trong bảng chính thức.

Câu hỏi thường gặp