Không thể định tuổi carbon cho khủng long vì carbon-14 cạn sạch sau khoảng 50.000 năm, trong khi khủng long không phải chim tuyệt chủng khoảng 66 triệu năm trước. Hoá thạch khủng long được định tuổi gián tiếp qua lớp tro núi lửa nằm trên và dưới nó, bằng urani–chì hoặc argon–argon.
Câu hỏi này rất hay gặp từ học sinh, và cả từ người lớn đọc báo thấy “định tuổi carbon” được nhắc như một phép màu đo mọi thứ cũ. Trả lời đúng câu hỏi là một bài học trọn vẹn về giới hạn của mỗi phương pháp: đồng hồ nào cũng chỉ đo được trong một khoảng, giống như thước kẻ không đo được quãng đường từ nhà tới trường.
Phép tính cho thấy vì sao carbon-14 không với tới
Cứ mỗi khoảng 5.730 năm, lượng carbon-14 giảm một nửa. Bảng dưới cho thấy lượng còn lại giảm nhanh tới mức nào khi đi về thời khủng long.
| Thời gian trôi qua | Số chu kỳ bán rã | Phần carbon-14 còn lại | Đo được không |
|---|---|---|---|
| khoảng 50.000 năm | khoảng 9 | khoảng 0,2% | sát giới hạn |
| khoảng 100.000 năm | khoảng 17 | khoảng năm phần triệu | không, dưới mức nền máy |
| khoảng 1 triệu năm | khoảng 175 | thực tế bằng không | không |
| khoảng 66 triệu năm | hơn mười một nghìn | không còn nguyên tử nào từ ban đầu | không |
Với khủng long, số chu kỳ bán rã đã trôi qua lớn tới mức nếu cả Trái Đất ban đầu làm bằng carbon-14 thì cũng không còn sót lại một nguyên tử. Không có máy móc nào cải tiến được điều đó, vì vấn đề nằm ở vật lý chứ không ở thiết bị.
Vậy xương khủng long được định tuổi bằng cách nào?
Bản thân xương hoá thạch thường không định tuổi trực tiếp. Quá trình hoá thạch đã thay phần lớn chất hữu cơ và khoáng xương bằng khoáng chất từ nước ngầm, nên những gì trong xương phản ánh nước ngầm nhiều hơn là con vật. Người ta định tuổi môi trường chôn vùi xung quanh.
Cách phổ biến nhất là tìm các lớp tro núi lửa nằm trong cùng chuỗi đá trầm tích. Tro núi lửa chứa tinh thể zircon và fenspat hình thành ngay lúc phun trào, định tuổi được bằng urani–chì hoặc argon–argon với sai số rất nhỏ. Hoá thạch nằm giữa một lớp tro dưới và một lớp tro trên sẽ có tuổi nằm giữa hai con số đó. Nguyên lý chồng chất của địa tầng, lớp dưới cổ hơn lớp trên, cho phép kẹp hai đầu như vậy.
Khi không có tro núi lửa gần đó, các nhà địa chất dùng hoá thạch chỉ thị: những loài sinh vật như cúc đá, trùng lỗ, phấn hoa sống trong khoảng thời gian ngắn và phân bố rộng. Nếu ở nơi khác loài ấy đã được kẹp tuổi bằng tro núi lửa, thì sự có mặt của nó cho biết lớp đá đang xét thuộc cùng khoảng thời gian. Đảo cực từ trường ghi trong đá cũng là một dấu mốc dùng để đối chiếu.
Kết quả cuối cùng vì thế thường là một khoảng, ví dụ một loài sống trong lớp đá có tuổi nằm giữa hai lớp tro cách nhau vài trăm nghìn năm. Với thời gian tính bằng chục triệu năm, khoảng ấy đã rất hẹp. Khi đọc “khủng long này sống cách nay 75 triệu năm”, bạn nên hiểu đó là con số làm tròn của một khoảng, và các bài nghiên cứu gốc luôn ghi kèm sai số.
Những con số đáng nhớ về thời khủng long
Các con số dưới đây theo tài liệu địa chất phổ thông, ghi “khoảng” vì mỗi ranh giới có sai số riêng.
Khi nào khủng long xuất hiện
Những khủng long sớm nhất được biết xuất hiện trong kỷ Tam Điệp, khoảng 230 triệu năm trước, sai số tuỳ hoá thạch và cách định tuổi. Các con số trong sách khác nhau vài triệu năm là bình thường vì phát hiện mới liên tục bổ sung.
Khi nào khủng long không phải chim tuyệt chủng
Khoảng 66 triệu năm trước, ở ranh giới giữa kỷ Phấn Trắng và kỷ Cổ Cận. Ranh giới này được định tuổi rất kỹ bằng argon–argon và urani–chì trên các lớp tro, sai số chỉ vài chục nghìn năm. Lớp sét mỏng giàu iridi ở ranh giới là dấu vết của vụ va chạm thiên thạch được nhiều bằng chứng ủng hộ, cùng với hoạt động núi lửa quy mô lớn ở Ấn Độ vào thời gian đó.
Chim là hậu duệ
Theo hiểu biết hiện nay, chim là một nhánh khủng long còn sống sót. Vì vậy các nhà cổ sinh hay nói “khủng long không phải chim” khi nhắc tới cuộc tuyệt chủng.
Vì sao đôi khi xương khủng long vẫn “ra” carbon-14?
Trên mạng thỉnh thoảng có thông tin rằng xương khủng long gửi đi đo cho ra tuổi carbon vài chục nghìn năm, rồi được dùng để nói rằng khủng long sống gần đây. Lời giải thích nằm ở chính giới hạn của phương pháp. Khi mẫu không còn carbon-14 gốc, mọi phép đo đều cho ra một con số nhỏ đến từ nhiễm bẩn và mức nền của máy, và con số nhỏ ấy luôn tương ứng với tuổi vài chục nghìn năm.
Nguồn carbon trẻ rất nhiều: vi khuẩn sống trong xương hoá thạch, rễ cây, nước ngầm mang carbonat, keo và sơn mà người khai quật bôi lên để bảo quản xương, thậm chí bụi trong phòng thí nghiệm. Chỉ một phần nhỏ carbon hiện đại đã đủ cho ra “tuổi” ba, bốn mươi nghìn năm trên một mẫu thực chất không còn carbon-14. Đó là lý do các phòng thí nghiệm đo song song mẫu trắng đã biết là rất cổ, như than đá hay đá cẩm thạch, để biết mức nền của chính mình.
Nói cách khác, kết quả ấy không phải tuổi của khủng long mà là số đo của nhiễm bẩn. Gặp thông tin kiểu này, bạn chỉ cần hỏi: mẫu đã xử lý thế nào, mức nền của phòng thí nghiệm là bao nhiêu, và tuổi đo được có vượt rõ mức nền không.
Cũng cần biết rằng những năm gần đây, giới cổ sinh đã tìm thấy dấu vết mô mềm và phân tử hữu cơ bị biến đổi trong một số xương khủng long. Phát hiện này thú vị với ngành hoá sinh cổ, nhưng không làm thay đổi tuổi của lớp đá chứa chúng, vốn đã được định bằng nhiều đồng hồ độc lập. Sự bền lâu bất ngờ của phân tử chỉ cho thấy điều kiện chôn vùi đặc biệt, không phải bằng chứng về tuổi trẻ.
Gợi ý một tiết học quanh câu hỏi này
Giáo viên có thể biến câu hỏi “sao không đo carbon khủng long” thành một tiết học chừng 45 phút.
- Cho học sinh đoán: khủng long sống cách nay bao lâu, rồi ghi các dự đoán lên bảng.
- Giới thiệu chu kỳ bán rã bằng một mô hình đơn giản, ví dụ chia đôi một tờ giấy liên tục và hỏi chia được bao nhiêu lần.
- Cho các nhóm tính số chu kỳ bán rã ứng với 66 triệu năm và so với giới hạn khoảng 50.000 năm.
- Giới thiệu nguyên lý chồng chất và cách kẹp tuổi hoá thạch giữa hai lớp tro, có thể dùng các lớp bánh hay lớp đất màu trong lọ.
- Kết thúc bằng câu hỏi mở: còn những vật gì không định tuổi carbon được, và nên dùng phương pháp nào thay thế.
Điều cần tránh là chế giễu những thông tin sai mà học sinh từng đọc; mục tiêu là giúp các em tự đặt câu hỏi về giới hạn của mỗi công cụ đo.
Câu hỏi thường gặp
Carbon-14 đo được tuổi tối đa bao nhiêu?
Khoảng 50.000 năm, một số phòng thí nghiệm với mẫu xử lý đặc biệt đo được gần 55.000 năm. Xa hơn, lượng carbon-14 còn lại quá ít để phân biệt với nhiễm bẩn và mức nền của máy.
Khủng long tuyệt chủng cách đây bao lâu?
Khủng long không phải chim tuyệt chủng khoảng 66 triệu năm trước, ở ranh giới kỷ Phấn Trắng và kỷ Cổ Cận. Con số được định tuổi bằng argon–argon và urani–chì trên các lớp tro núi lửa.
Hoá thạch có định tuổi trực tiếp được không?
Thường không. Hoá thạch được định tuổi gián tiếp qua lớp tro núi lửa nằm trên và dưới, hoặc qua hoá thạch chỉ thị và đảo cực từ trường trong cùng chuỗi đá.
Vì sao có báo cáo xương khủng long cho tuổi carbon vài chục nghìn năm?
Vì khi mẫu không còn carbon-14 gốc, con số đo được đến từ nhiễm bẩn như vi khuẩn, rễ cây, keo bảo quản và mức nền của máy, luôn tương ứng tuổi vài chục nghìn năm.
Hoá thạch chỉ thị là gì?
Là hoá thạch của loài sống trong khoảng thời gian ngắn và phân bố rộng, như cúc đá hay trùng lỗ. Gặp loài ấy ở đâu, người ta biết lớp đá thuộc khoảng thời gian tương ứng.