Trầm tích hồ phân lớp theo năm: đọc lịch thời gian dưới đáy bùn

Varve là cặp lớp trầm tích hình thành trong đúng một năm ở đáy hồ: một lớp sáng của mùa này và một lớp sẫm của mùa kia. Ở những hồ giữ được các cặp lớp nguyên vẹn, đếm chúng từ trên xuống cho ra niên đại theo năm như đếm vòng cây.

Phần lớn đáy hồ là một lớp bùn đồng nhất, vì giun, ấu trùng, sóng và dòng chảy liên tục khuấy trộn mọi thứ lắng xuống. Nhưng có những hồ đặc biệt: sâu, kín gió, nước đáy thiếu oxy nên không sinh vật nào sống được. Ở đó, những gì rơi xuống mỗi mùa nằm yên mãi mãi, xếp chồng thành những trang mỏng. Cắt dọc một lõi bùn từ hồ như vậy, bạn thấy những sọc nhỏ đều đặn như vân gỗ. Bài này giải thích những sọc ấy hình thành ra sao, đọc thế nào, và vì sao chúng quan trọng với cả khảo cổ học lẫn khí hậu học.

Vì sao một năm lại để lại hai lớp?

Hồ gần sông băng: lớp cát bụi và lớp sét

Ở những hồ nhận nước tan từ sông băng, mùa hè băng tan mạnh, nước đục mang nhiều hạt bụi, cát mịn đổ vào hồ; hạt thô lắng nhanh thành lớp dày, màu nhạt. Mùa đông mặt hồ đóng băng, dòng nước gần như ngừng, chỉ còn hạt sét rất mịn từ từ lắng xuống thành lớp mỏng, sẫm. Đây là loại varve được mô tả sớm nhất.

Hồ có sinh vật phù du: lớp tảo và lớp hữu cơ

Ở các hồ không gần sông băng, nhịp mùa đến từ sinh vật. Mùa xuân và hè, tảo silic nở rộ, vỏ silic của chúng rơi xuống thành lớp sáng; một số hồ còn kết tủa canxi cacbonat khi nước ấm lên. Mùa thu và đông, xác hữu cơ và bùn mịn tạo lớp sẫm. Mỗi hồ có công thức lớp riêng, nên trước khi đếm, nhà nghiên cứu phải hiểu lớp nào ứng với mùa nào ở chính hồ đó.

Điều kiện để lớp không bị xoá

Đáy hồ phải yên: nước đủ sâu để sóng không chạm đáy, nước đáy thiếu oxy để không có sinh vật đào bới, và không có dòng chảy ngầm mạnh. Thiếu một điều kiện, các lớp bị trộn và cuốn lịch dưới đáy bị xé mất trang.

Ai nghĩ ra cách đếm lớp trầm tích để tính năm?

Ý tưởng gắn với nhà địa chất Thuỵ Điển Gerard De Geer vào cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20. Ông đo độ dày các lớp sét phân dải ở nhiều hồ băng hà cũ trên khắp Thuỵ Điển, nhận ra dãy dày, mỏng có thể khớp với nhau giữa các điểm, giống như cách đối chiếu chéo vòng cây sau này. Nối các đoạn lại, ông và cộng sự dựng một thang thời gian theo dõi băng lùi dần về phía bắc sau thời kỳ băng hà cuối cùng, kéo dài khoảng hơn mười nghìn năm.

Thang thời gian Thuỵ Điển có thời được chỉnh nhiều lần khi phát hiện những chỗ đếm thiếu hoặc nối sai, nhưng phương pháp của nó, đếm và đối chiếu lớp năm, đến nay vẫn là cơ sở của việc nghiên cứu trầm tích phân lớp.

Đếm varve trong phòng thí nghiệm theo trình tự nào?

Từ hồ đến con số niên đại là một chuỗi công đoạn tỉ mỉ, mỗi bước đều có thể gây sai số nếu làm ẩu.

1. Khoan nhiều lõi chồng gối nhau ở cùng một hồ, lệch nhau nửa đoạn, để chỗ nối giữa các đoạn của lõi này rơi vào giữa đoạn của lõi kia, không mất lớp nào.
2. Bổ dọc lõi, cạo phẳng mặt, chụp ảnh độ phân giải cao ngay khi còn tươi, vì màu lớp thay đổi khi bùn tiếp xúc không khí.
3. Cắt các lát mỏng, tẩm nhựa để làm tiêu bản soi kính hiển vi, giúp tách những lớp chỉ dày vài phần mười milimét.
4. Hai người đếm độc lập trên cùng đoạn; chỗ nào hai bên lệch nhau thì xem lại, ghi chú lớp không chắc.
5. Kiểm thang đếm bằng mốc độc lập: lớp tro núi lửa đã biết năm, đỉnh carbon-14 do thử bom hạt nhân ở phần trên cùng, hoặc vài mẫu carbon-14 rải dọc lõi.

Kết quả là một thang tuổi theo năm kèm sai số tích luỹ, thường được ghi như số lớp đếm được cộng trừ một tỷ lệ phần trăm.

Hồ Suigetsu và vai trò trong hiệu chỉnh carbon-14

Hồ Suigetsu ở Nhật Bản là ví dụ được nhắc nhiều nhất. Đáy hồ chứa trầm tích phân lớp liên tục qua hàng chục nghìn năm. Trong bùn có lá cây, cành nhỏ rơi từ bờ xuống: đó là vật liệu lấy carbon trực tiếp từ khí quyển, rất hợp để đo carbon-14. Các nhóm nghiên cứu đếm lớp năm để biết mỗi mẩu lá rơi xuống cách nay bao nhiêu năm, rồi đo carbon-14 của mẩu lá ấy.

Đặt hai con số cạnh nhau, người ta có một bảng tra giữa tuổi carbon-14 và tuổi thật, kéo dài tới khoảng 50.000 năm, xa hơn nhiều so với chuỗi vòng cây liên tục. Dữ liệu Suigetsu đã được đưa vào đường cong hiệu chỉnh carbon-14 quốc tế, cùng với vòng cây, san hô và thạch nhũ. Nhờ đó một mẫu than ở một di chỉ thời đồ đá có tuổi carbon-14 khoảng 30.000 năm có thể được chuyển thành tuổi lịch với sai số rõ ràng.

Ngoài niên đại, các lớp năm còn kể gì về khí hậu?

Vì mỗi cặp lớp là một năm, độ dày và thành phần của lớp trở thành một bản ghi thời tiết theo năm. Lớp mùa hè dày ở hồ băng hà nghĩa là năm đó băng tan nhiều, thường là năm ấm. Lớp tảo dày nghĩa là mùa sinh trưởng dài hoặc nước giàu dinh dưỡng. Phấn hoa bị kẹt trong từng lớp cho biết rừng quanh hồ gồm những loài cây nào, và khi nào rừng nhường chỗ cho đồng cỏ hay ruộng.

Đặc biệt, varve cho phép đo tốc độ của biến đổi. Ở một số hồ châu Âu, sự chuyển từ đợt lạnh cuối thời kỳ băng hà sang thời kỳ ấm hiện nay hiện ra như một thay đổi rõ rệt chỉ trong vài chục năm, có chỗ còn nhanh hơn. Những con số như vậy chỉ có được khi có lịch đếm theo năm; carbon-14 đơn thuần không đủ nét để thấy.

Varve so với các kho lưu trữ theo năm khác

Bảng dưới đặt varve cạnh vòng cây và lõi băng để thấy chỗ mạnh, chỗ yếu của từng loại.

Lỗi hay gặp khi làm và đọc niên đại varve

Coi mọi sọc trong bùn là một năm. Lũ lớn có thể đổ xuống một lớp dày chỉ trong vài ngày; một trận bão có thể tạo thêm lớp. Phải hiểu cơ chế lớp ở hồ đó trước khi đếm.

Bỏ qua đoạn bị xáo trộn. Sạt lở dưới nước có thể trượt cả khối bùn, làm lặp hoặc mất lớp; người đếm phải đánh dấu và loại các đoạn này.

Tin một lõi duy nhất. Chỉ khi nhiều lõi chồng gối cho cùng một dãy lớp thì thang đếm mới vững.

Quên rằng lớp trên cùng khó đếm. Bùn mới lắng còn nhão, dễ mất khi khoan; người ta dùng ống khoan chuyên cho phần mặt hoặc mốc phóng xạ hiện đại để neo phần này.

Câu hỏi thường gặp