Kỷ (Hệ) Creta là kỷ (hệ) cuối của nguyên đại Mesozoi, do nhà địa chất người Bỉ J.B. dOmalius dHalloy xác lập năm 1822 để chỉ trầm tích phấn rất phổ biến ở vùng ngoại vi Paris và ở Bỉ, Hà Lan v.v..., do đó hệ mang tên Creta (creta – tiếng latin có nghĩa là phấn. Trước đây trong tiếng Việt cũng gọi là kỷ Bạch phấn hoặc kỷ Phấn trắng). Creta được phân làm hai thống – Creta hạ và Creta thượng, mỗi thống gồm 6 bậc, như vậy toàn hệ gồm 12 bậc B. 1. Kỷ Creta dài đến 80 triệu năm và là kỷ dài nhất trong Phanerozoi, bắt đầu cách nay 145,5 tr. năm và kết thúc cách nay 65,5 tr. năm B. 1. Sự kiện kiến tạo nổi bật trong Creta là siêu lục địa Pangea tiếp tục bị tan vỡ và các mảng lục địa di chuyển dần về vị trí hiện nay. Đầu tiên là Laurasia tách dãn để hình thành hai hạt nhân bắc nam của Đại Tây Dương phôi thai, rồi sau đó liên kết với nhau thành một đại dương theo hướng bắcnam – Đại Tây Dương. Sự kiện tiếp theo là sự tách hẳn phần phía nam siêu lục địa Gondwana thành Nam Mỹ, Châu Nam Cực, Ấn Độ và Australia. Mực nước biển trong Creta rất cao, hầu hết các phần nội lục của các nền đều ngập nước biển, tạo điều kiện cho sự phổ biến trầm tích carbonat – đá phấn. Liên quan với mực nước biển cao, kỷ Creta có khí hậu ấm, ổn định kiểu nhà kính trên phạm vi rộng lớn, ngay ở địa cực cũng không có hoặc rất ít băng tuyết. Với điều kiện khí hậu ấm như vậy nên ám tiêu, cá sấu, khủng long có thể phân bố đến tận cả những nơi thuộc vĩ độ 60o bắc. Thành phần khí quyển rất khác với hiện nay, lượng oxy và dioxit carbon đều cao. Địa từ khá yên tĩnh, hiện tượng đảo từ không diễn ra mạnh mẽ, nhưng hoạt động núi lửa lại khá phổ biến. Sinh giới đạt đỉnh cao của sự tiến hóa trong Creta, tiếp tục sự đa dạng sinh học đã bắt đầu từ Jura, nhiều nhóm sinh vật khác nhau tiếp tục phát triển như tảo silic (diatom), Trùng lỗ, Cúc đá và Thân mềm nói chung, sâu bọ, Khủng long, các loại Bò sát dưới nước (Ichthyosauria, Plesiosauria, Mosasauria, bò sát bay và động vật Có vú). Một sự kiện rất quan trọng trong lịch sử sinh giới Creta là hiện tượng tuyệt chủng vào cuối Creta hay còn gọi là tuyệt chủng ở ranh giới CretaĐệ tam (KT).
Trang 199
Bảng 1 Phân chia địa tầng hệ Creta
Hệ Thống Bậc Khởi đầu đoạn Thời
Creta thượng
Maastrich 70,6 5,1 Campan 83,5 12,9 Santon 85,8 2,3 Coniac 89,3 3,5 Turon 93,5 4,2 Cenoman 99,6 6,1
Creta
hạ
Albi 112,0 12,4 Apti 125,0 13,0 Barrem 130,0 5,0 Hauteriv 136,4 6,4 Valagin 140,2 3,8 Berias 145,5 5,3
Khởi đầu: Số triệu năm từ khi bắt đầu của bậc đến nay Thời đoạn: Số triệu năm hình thành mỗi bậc
Creta (Kỷ - Hệ)
Tống Duy Thanh Khoa Địa chất
Trường ĐHKHTN (Đại học Quốc gia Hà Nội)
334 Nguyễn Trãi Thanh Xuân Hà Nội
1 Giới thiệu
Kỷ (Hệ) Creta là kỷ (hệ) cuối của nguyên đại Mesozoi, do nhà địa chất người Bỉ J.B d'Omalius d'Halloy xác lập năm 1822 để chỉ trầm tìch phấn rất phổ biến ở vùng ngoại vi Paris và
ở Bỉ, Hà Lan v.v , do đó hệ mang tên Creta (creta
– tiếng latin có nghĩa là phấn Trước đây trong
tiếng Việt cũng gọi là kỷ Bạch phấn hoặc kỷ Phấn
trắng) Creta được phân làm hai thống – Creta hạ
và Creta thượng, mỗi thống gồm 6 bậc, như vậy
toàn hệ gồm 12 bậc [B 1] Kỷ Creta dài đến 80
triệu năm và là kỷ dài nhất trong Phanerozoi, bắt
đầu cách nay 145,5 tr năm và kết thúc cách nay
65,5 tr năm [B 1]
Sự kiện kiến tạo nổi bật trong Creta là siêu lục
địa Pangea tiếp tục bị tan vỡ và các mảng lục địa di
chuyển dần về vị trì hiện nay Đầu tiên là Laurasia
tách dãn để hính thành hai hạt nhân bắc nam của
Đại Tây Dương phôi thai, rồi sau đó liên kết với
nhau thành một đại dương theo hướng bắc-nam –
Đại Tây Dương Sự kiện tiếp theo là sự tách hẳn
phần phìa nam siêu lục địa Gondwana thành Nam
Mỹ, Châu Nam Cực, Ấn Độ và Australia
Mực nước biển trong Creta rất cao, hầu hết các phần nội lục của các nền đều ngập nước biển, tạo điều kiện cho sự phổ biến trầm tìch carbonat – đá phấn Liên quan với mực nước biển cao, kỷ Creta có khì hậu ấm, ổn định kiểu nhà kình trên phạm vi rộng lớn, ngay ở địa cực cũng không có hoặc rất ìt băng tuyết Với điều kiện khì hậu ấm như vậy nên ám tiêu, cá sấu, khủng long có thể phân bố đến tận cả những nơi thuộc vĩ độ 60o bắc Thành phần khì quyển rất khác với hiện nay, lượng oxy và dioxit carbon đều cao Địa từ khá yên tĩnh, hiện tượng đảo từ không diễn ra mạnh mẽ, nhưng hoạt động núi lửa lại khá phổ biến
Sinh giới đạt đỉnh cao của sự tiến hóa trong Creta, tiếp tục sự đa dạng sinh học đã bắt đầu từ Jura, nhiều nhóm sinh vật khác nhau tiếp tục phát triển như tảo silic (diatom), Trùng lỗ, Cúc đá
và Thân mềm nói chung, sâu bọ, Khủng long, các loại Bò sát dưới nước (Ichthyosauria,
Plesi-osauria, Mosasauria, bò sát bay và động vật Có vú)
Một sự kiện rất quan trọng trong lịch sử sinh giới Creta là hiện tượng tuyệt chủng vào cuối Creta hay còn gọi là tuyệt chủng ở ranh giới Creta/Đệ tam (K/T)
2 Sinh giới trong Creta
2.1 Động vật không xương sống
2.1.1 Ngành Thân mềm
Trang 2100
Hình 1 Cúc đá Creta từ vòng cuộn ôm
đến vòng duỗi dần 1: Acanthoceras
rothomagense; 2 Crioceratites nolani
Hình 2 Cúc đá Creta Vòng cuộn
thay đổi, duỗi ra hoặc cuộn rối theo hướng thoái hóa
1 Ancyloceras matheroni có vỏ thẳng với hai đầu cong cuộn 2 Baculites
anceps có vỏ duỗi thẳng như dạng
nguyên thủy của tổ tiên – Orthoceras trong Paleozoi sớm 3 Nipponites
mirabilis có vỏ cuộn rối – một kiểu thoái
hóa bất lợi cho sự đấu tranh sinh tồn
2.1.1.1 Lớp Chân rìu trong Creta cũng phát triển và có
nhiều đại biểu đặc trưng, trong đó bộ Cơ không đều với các
giống Exogyra, Trigonia, Trigonioides v.v… Đáng chú ý là các
đại biểu của giống Inoceramus có vỏ dày, kìch thước lớn (có
khi tới 1 m) Bộ Gờ ráp thìch nghi với đời sống vùng ám tiêu có
các giống Hippurites, Durania, Toucasia v.v… Hóa thạch
Chân ríu rất hay gặp trong trầm tìch biển nông của các vùng
nền
2.1.1.2 Lớp Chân đầu Cúc đá cũng gồm những đại biểu
của bộ Ammonitida có đường thùy yên phức tạp, nhưng thành
phần giống loài đã thay đổi khác hẳn so với ở Jura Trong Creta
đã diễn ra sự thoái hóa của Cúc đá, thể hiện ở tình chất của
vòng cuộn và sự quay lại trạng thái lạc hậu của đường thùy yên
Vòng ôm có thể duỗi dần, không khớp kìn, vì dụ như
Crioceratites, Ancyloceras [H 1.2 và H 2.1] và cuối cùng
duỗi thẳng như Baculites [H 2.2] lặp lại tình chất của
Orthoceras là dạng cổ xưa của Chân đầu Cũng có loại có kiểu
vòng cuộn rối như Nipponites [H 2.3] Hướng giảm thoái thứ
hai là quay lại kiểu đường thùy yên lạc hậu của Ceratites như
giống Tissotia Có lẽ sự thoái hóa này là dấu hiệu của quá trính
tuyệt chủng nhóm sinh vật này Sự tăng kìch thước khổng lồ có
lẽ cũng là một biểu hiện của quá trính tuyệt chủng như giống
Pachydiscus có đường kình vòng vỏ tới 2 m Cuối Creta, tất cả
Cúc đá đều bị tiêu diệt
Tên đá tiếp tục phát triển rồi tuyệt chủng vào cuối kỷ Creta, các
dạng đặc trưng là Duvalia, Belemnitella
2.1.2 Trùng lỗ trong Creta có ý nghĩa tạo đá rất lớn, chình
những tầng đá phấn trắng tuổi Creta phổ biến rộng rãi ở Tây Âu và
nền Nga chủ yếu do vỏ Trùng lỗ tạo nên và ví thế tên hệ Creta phản
ảnh sự phổ biến đá phấn
2.1.3 San hô sáu tia tiếp tục phát triển trong Creta và cùng
với những nhóm sinh vật tạo vôi khác đã tạo nên đá vôi ám tiêu ở
nhiều nơi
2.1.4 Tay cuộn trong Creta cũng có một số đại biểu, nhưng ìt
ý nghĩa lớn trong địa tầng
Ngoài những nhóm kể trên, trong động vật không xương
sống của Mesozoi còn có thể kể đến những dạng hóa thạch của
Da gai, Chân bụng, Bông biển, Giáp xác v.v , nhưng chúng
không có vai trò lớn đối với địa chất
2.2 Động vật có xương sống
2.2.1 Bò sát Trong Creta, Bò sát khổng lồ vẫn tiếp tục
phát triển, nhưng đến cuối kỷ bị tuyệt chủng hoàn toàn Trong
kỷ có nhiều dạng khổng lồ, ăn thịt như Tyranosaurus dài tới
Trang 3101
Hình 5 Bò sát bay khổng lồ Pteranodon ingens, sải cánh 7 m,
đang bay lượn cùng thủy tổ chim Ichthyornis
Hình 3 Khủng longTyrannosaurus rex
Creta muộn
14 m, cao 5 m, sọ dài đến 1,4 m [H 3]; những dạng ăn
cỏ giảm thoái dần Ở một số nơi thuộc bán cầu nam có
Titanosaurus, kìch thước trung bính, một dạng tương
tự với Titanosaurus cũng tím thấy ở Mường Pha Lan
(Lào), riêng đùi của nó cũng cao bằng đầu người Đó
là Tangvayosaurus hoffeti, trước đây được nhà địa
chất Pháp Hoffet (1942) phát hiện và mô tả là
Titanosaurus falloti
Trong số Bò sát hông chim vẫn còn những dạng đứng
trên hai chân sau, có khả năng chạy nhanh, ăn cỏ như
Iguanodon, dài gần 10 m, cao 5 m, sống ở vùng á nhiệt đới;
những dạng sống lưỡng cư, chân có màng và đuôi dài để
bơi, lỗ mũi ở phìa đỉnh đầu như Corythosaurus Đặc biệt
trong Creta rất phát triển những dạng bốn chân, trên đầu có
những bộ phận bảo vệ rất đặc biệt Đó là giống
Triceratops, dạng bên ngoài như một con tê giác, dài 6-7
m, có ba sừng, mính thô, cổ ngắn, đặc biệt có một cái khiên
phủ gáy bằng da dày
Trong Creta sớm, bò sát bay còn khá đông
đảo [H 4], nhưng rồi chúng phải đối mặt với
cạnh tranh sinh tồn đối với động vật có cánh
tiến hóa hơn là chim, nên cuối kỷ chỉ còn vài
dạng sống sót Tuy vậy, cũng vẫn có những
dạng rất lớn như Pteranodon [H 5], sải cánh
hơn 7 m, sọ dài, mỏ có nhiều răng Ở dưới
nước, Bò sát hính cá đã giảm thoái, nhưng lại
phát triển Bò sát biển kìch thước lớn như
Mosasaurus, Tilosaurus, dài hơn 10 m, cổ
ngắn, đuôi khỏe thuộc nhóm ăn thịt, chỉ
chuyên hóa với hoạt động bơi lội Bắt đầu
xuất hiện rắn, cá sấu biến đổi hiện đại hóa dần, rùa biển rất phát triển
2.2.2 Chim Tuy đã xuất hiện từ Trias, nhưng trong Jura chim vẫn là những dạng cổ sơ, như giống Archaeornis có nhiều nét cấu tạo gần gũi với Bò sát Đến Creta đã có những dạng hoàn
thiện – đuôi đã rút ngắn lại, xương ức phát triển để thuận lợi cho sự bay, cánh chuyên hóa hơn,
tuy nhiên mỏ vẫn còn có răng, vì dụ như Ichthyornis Đến Creta muộn đã xuất hiện một số nhóm dạng hạc, dạng vịt Hóa thạch bò sát dạng chim Anchiornis huxleyi có lông vũ phát hiện trong
trầm tìch cuối Jura muộn - đầu Creta sớm ở Liaoning (Trung Quốc) cho thấy nguồn gốc bò sát của chim
2.2.3 Động vật Có vú Trong kỷ Creta xuất hiện những dạng cổ sơ của nhóm có rau, thai nhi
ở giai đoạn non được bảo vệ trong bụng mẹ, đánh dấu một bước tiến bộ trong sự tiến hóa của động vật Nhóm thú có túi và những dạng đầu tiên của động vật móng guốc cũng xuất hiện trong Creta
Hình 4 Bò sát bay Anhanguera piscator; Creta
sớm - đầu Creta muộn
Trang 4102
Hình 6 Tỷ lệ những đợt tuyệt chủng trong Phanerozoi
(Wikipedia – The Free Encyclopedia)
2.3 Thực vật
Thành phần và dạng chung của thực vật trong nửa đầu kỷ Creta cũng tương tự như ở kỷ
Ju-ra, bao gồm các đại biểu của Tuế, Bạch quả, Quả nón và Dương xỉ Từ bắt đầu nửa sau của
Cre-ta sớm đã bắt đầu xuất hiện thực vật có hoa hạt kìn, là yếu tố mới của KainophyCre-ta Từ CreCre-ta muộn, sự phát triển của thực vật có hoa hạt kìn đã diễn ra rất nhanh chóng, làm biến đổi sâu sắc giới thực vật và đã hính thành hệ Kainophyta thực sự Sự phát triển này bắt đầu diễn ra ở vùng quanh cực bắc, sau đó chuyển dần xuống Bắc Mỹ, Châu Âu , Châu Á và lan nhanh ra các lục địa
khác Từ Creta muộn đã có nhiều giống cây quen thuộc hiện nay như sồi (Quercus), liễu (Salix),
phong
3 Hiện tượng tuyệt chủng trong Creta
Cuối kỷ Creta xảy ra sự kiện lớn trong lịch sử phát triển của sinh giới, hàng loạt sinh vật đột ngột bị tuyệt chủng Sự tuyệt chủng này bao trùm cả động vật biển và động vật trên cạn – dưới biển là Cúc đá, Tên đá, Bò sát bơi, v.v và ở trên cạn – tất cả Bò sát khổng lồ đều biến mất
Về quy mô thí sự tuyệt chủng cuối Creta (tuyệt chủng ở ranh giới K/T) không vượt quá những đợt tuyệt chủng trước đây trong lịch sử địa chất [H 6] Trong đợt tuyệt chủng K-T, chỉ 15% các giống của động vật trên cạn bị biến mất Cũng có một số giống loài đã vượt qua đợt tuyệt chủng này, vì dụ như phần lớn thằn lằn, kỳ
nhông, cá sấu, lưỡng cư, rùa, nhiều loại cá,
v.v… vẫn tiếp tục duy trí sự sống Trong khi đó,
nhiều nhóm sinh vật đặc trưng vốn thống trị
trong đời sống trên lục địa, dưới biển và cả trên
không nữa đều bị biến mất như Khủng long, Bò
sát dạng cá, Bò sát bay và nhiều loại Bò sát
khác, Cúc đá, Tên đá, v.v… Ví thế đợt tuyệt
chủng này được giới khoa học rất chú ý nghiên
cứu
Theo tỷ lệ đồng vị oxy trong xương và vỏ
động vật biển thí nhiệt độ đại dương thế giới hạ mất 10oC trong 10 triệu năm cuối Creta Điều này tác động đến sự phân bố của Khủng long, sự phân bố và đa dạng của thực vật Thực vật giảm đi 50% trong vòng 2 triệu năm cuối Creta Mực nước biển sau quá trính hạ chậm chạp trong khoảng 5 triệu năm, đến cuối Creta, trong vòng 1 triệu năm, đã bị hạ đột ngột Kết quả của nhiệt độ mùa hè nóng hơn và mùa đông lạnh hơn đã tác động mạnh đến giới thực vật Nhiều động vật có vú ở Châu Á và Nam Mỹ di cư đến Bắc Mỹ làm tăng sự cạnh tranh với bò sát ăn cỏ dẫn đến sự giảm sút thực vật Đó cũng là nguyên nhân nữa cho sự tuyệt chủng của Khủng long
3.1 Tuyệt chủng của sinh vật trên cạn
3.1.1 Thực vật trên cạn Có nhiều dẫn liệu về sự suy tàn của thực vật ở ranh giới K/T,
nhưng ở mức độ khác nhau tùy từng khu vực Trong khi ở những vĩ độ cao của bán cầu nam như New Zealand và Châu Nam Cực, hiện tượng tuyệt chủng thực vật diễn ra ở mức độ không đáng
kể thí ở Bắc Mỹ có đến 57% số loài thực vật bị tiêu diệt Sự hủy hoại hàng loạt thực vật cây
xanh ở ranh giới K/T dẫn đến môi trường thuận lợi cho phát triển thực vật hoại sinh, sống không cần quang hợp mà lấy dưỡng chất từ vật chất thối rữa của sinh vật, do đó sau sự kiện tuyệt chủng thực vật cây xanh là thời kỳ phát triển phong phú của nấm
Trang 5103
3.1.2 Bò sát bay Có đến 10 họ của Bò sát bay đã biến mất ở khoảng giữa Creta Đến cuối
Creta muộn chỉ có một họ của Bò sát bay còn sinh sống, nhưng toàn bộ các đại biểu của họ này
cũng bị biến mất ở ranh giới K-T
3.1.3 Khủng long Phần lớn các nhà khoa học đều nhận định thống nhất là Khủng long đã
bị tuyệt diệt ở ranh giới K/T Ví Khủng long không có khả năng đào hang, bơi lội hoặc ẩn nấp nên chúng không có thể trốn tránh được những điều kiện môi trường khắc nghiệt xẩy ra ở thời điểm ranh giới K/T Có thể một số Khủng long nhỏ thoát được sự tuyệt diệt này, nhưng chúng lại đối mặt với sự khan hiếm thức ăn, dù là loại ăn cỏ hay ăn thịt Nếu động vật máu lạnh có nhu cầu thức ăn không quá nhiều như cá sấu có thể không ăn hàng mấy tháng, thí động vật máu nóng lại có nhu cầu thức ăn rất lớn để đảm báo quá trính trao đổi chất của chúng Kết quả nghiên cứu cho thấy Khủng long là động vật máu nóng nên sự khan hiếm thức ăn là một trong những nguyên nhân trực tiếp dẫn đến sự tuyệt chủng của chúng Trong khi đó, cá sấu lại sống sót và tiếp tục phát triển sau biến cố ở ranh giới K/T Một số động vật máu nóng như động vật
Có vú và chim có nhu cầu thức ăn không lớn như Khủng long nên cũng đã vượt qua được cuộc khủng hoảng K-T và tiếp tục phát triển sau sự kiện khủng hoảng này
3.2 Sự tuyệt chủng động vật biển
Sự tuyệt chủng động vật biển ở cuối Creta diễn ra rõ nét hơn so với tuyệt chủng động vật trên cạn Có 15% số họ đã bị tuyệt chủng, còn đối với cấp giống thí có đến 70% bị biến mất Những nhóm lớn bị biến mất ở cuối Creta là Cúc đá, Tên đá, Rudistae và Inoceramid của Chân
ríu, Mosasaurusvà Plesiosauria của Bò sát Đối với động vật sống ở đáy thí sự tuyệt chủng diễn
ra nhiều ở loại có ấu trùng sống bơi lội tự do Trong số động vật bám đáy thí phần lớn Thân mềm, Rêu động vật, Da gai có tốc độ tuyệt chủng chậm hơn; thực vật phù du tạo vôi và Trùng lỗ phù du bị tuyệt chủng nhanh Toàn bộ Trùng lỗ phù du ở Đệ Tam đều là hậu duệ của một loài duy nhất sống ở Bắc Băng Dương trước K-T Sự biến mất đột ngột của sinh vật phù du đã tác động mạnh đến sinh vật biển do làm giảm sút cơ sở của chuỗi thức ăn Tác động tuyệt chủng rõ nét nhất là đối với Chân ríu vùng ám tiêu, phần lớn trai hàu, Cúc đá, San hô, Bò sát biển và cá Những nhóm được coi là bị tuyệt chủng ở ranh giới K/T đã bắt đầu giảm sút dần dần về loài cách nay 88 triệu năm, giảm sút rõ nét hơn vào nửa triệu năm sau cùng của Creta muộn, rồi kết thúc đột ngột ở tầng sét ranh giới K/T Một số trong các nhóm này lại cũng sống sót trong Paleogen sớm Những người ủng hộ giả thuyết tuyệt chủng do sự lao bắn của tiểu thiên thể (asteroid) thường cho hóa thạch của những dạng sống sót này là do tái trầm tìch hoặc do thu thập tư liệu không đầy
đủ Chắc rằng sự tuyệt chủng của động vật biển cũng phức tạp như đối với động vật trên cạn và do nhiều nguyên nhân khác nhau
3.3 Nguyên nhân của sự tuyệt chủng ở ranh giới K/T
Nguyên nhân của sự biến mất nhiều nhóm sinh vật vào cuối Creta từ lâu vẫn là một vấn đề được giới khoa học quan tâm và đã có nhiều giả thuyết giải thìch hiện tượng này
Nhiều chuyên gia cho rằng Khủng long bị tuyệt chủng do điều kiện khì hậu tồi tệ (nóng hoặc lạnh hoặc khô hạn đột ngột), hoặc do chế độ dinh dưỡng (không đủ chất; do độc tố trong nước, trong cây cối, trong khoáng chất hoặc do hoàn toàn mất calci hoặc chất cần thiết khác) Nhiều người lại cho nguyên nhân là do bệnh dịch, ký sinh, sự rối loạn về giải phẫu, về trao đổi chất (trật đĩa đốt sống, sự mất cân bằng của hormon, của hệ nội tiết, hoặc thoái hóa não dẫn đến ngu đần), sự tác động của động vật máu nóng trong thế giới Mesozoi Rất nhiều nguyên nhân khác được nêu ra, nhưng các
nguyên nhân thường hay được nêu lên là: 1) sự thay đổi mực nước biển; 2) sự thay đổi nhiệt độ; 3)
Trang 6104
sự tăng mùa; 4) sự thay đổi sự phân bố thực vật và sự tuyệt chủng thực vật; 5) sự cạnh tranh tăng cường của động vật có vú; 6) sự lao bắn của tiểu thiên thể
Dù rất nhiều giả thuyết về nguyên nhân của sự tuyệt chủng đã được đề xuất, nhưng có lẽ giả thuyết lôi cuốn sự chú ý nhiều nhất là sự lao bắn của tiểu thiên thể vào Trái Đất Đầu tiên ở Bắc Ita-lia đã phát hiện tầng sét Gubbio chứa một lượng lớn iridi và các nguyên tố hiếm ở ranh giới K/T Iridi là kim loại hiếm, rất ìt gặp trong tự nhiên, ngay cả trong thành phần đá phun trào có nguồn gốc
ở dưới sâu, từ manti thí hàm lượng iridi cũng rất thấp Hàm lượng cao của iridi chỉ gặp trong các thiên thạch, thế nhưng trong lớp trầm tìch sét Gubbio nằm dưới cùng của Paleogen, bất chỉnh hợp trên Creta lại chứa một hàm lượng rất cao của iridi
Từ hiện tượng giàu iridi ở ranh giới K/T, Walter Alvarez và Luis Alvarez đề xuất ý kiến rằng tầng sét này chứa những nguyên tố từ thiên thạch (hay tiểu thiên thể) lao vào Trái Đất gây nên sự tuyệt chủng vào cuối Creta Sát ngay dưới tầng sét Gubbio là tầng đá vôi trắng chứa sắt do chắt lọc qua sự di chuyển nước khử xuống từ tầng sét Tình khử của nước xuất hiện do hiện tượng tăng hàm lượng của sinh chất từ sự tuyệt chủng trong thời gian lao vào của tiểu thiên thể Giả thuyết về sự tuyệt chủng do sự lao bắn của tiểu thiên thể phổ biến rất nhanh chóng và nhiều chứng liệu khác củng cố cho thuyết này cũng được phát hiện như tiểu cầu thủy tinh, hạt thạch anh lao bắn và dấu vết muội than Có thể nêu dẫn chứng về sự lao bắn của tiểu thiên thể như dưới đây
Tiểu cầu thủy tinh Những tiểu cầu thành phần felsic, dạng thủy tinh thường gặp trong tầng sét
ranh giới K/T, tương tự như tectit nhưng kìch thước chỉ một vài phần mười milimet (kìch thước của tectit từ vài centimet trở lên) Những tiểu cầu này có lẽ là từ đá nóng chảy và bị đông lạnh nhanh chóng khi lao vào khì quyển
Muội than Những hạt muội than cũng phân bố rộng rãi trong tầng sét ranh giới K/T, chúng có
lẽ cũng có nguồn gốc từ những đám cháy dữ dội khi tiểu thiên thể lao vào Trái Đất
Hạt thạch anh lao bắn và stishovit Sự phân bố rộng rãi của những hạt thạch anh lao bắn trong
tầng sét Gubbio ở ranh giới K/T cũng là một dẫn chứng quan trọng về hiện tượng tiểu thiên thể lao vào Trái Đất Sự phân lớp trong thạch anh rất dễ nhận ra và là kết quả của sóng lao bắn lớn chạy qua
đá Những thạch anh lao bắn như vậy rất phổ biến quanh những nơi thử vũ khì hạt nhân và quanh những vùng phễu do sự lao bắn của tiểu thiên thể Tương tự như thạch anh lao bắn là khoáng vật stishovit cũng phổ biến trong ranh giới K/T Đó là khoáng vật có thành phần như thạch anh (SiO2), nhưng chỉ được hính thành ở điều kiện áp suất lớn, nhiệt độ cao trong sự lao bắn của tiểu thiên thể
Về sự lao bắn của tiểu thiên thể lên Trái Đất
Hiện nay trong số hơn 1000 tiểu thiên thể cận địa có khoảng 50 tiểu thiên thể có đường kình hơn 1 km Khi tiểu thiên thể cận địa có sự nhiễu loạn nhỏ trong quỹ đạo thí có khả năng lao vào Trái Đất Nhưng tiểu thiên thể lao vào Trái Đất gây tuyệt chủng cho động vật phải có đường kình ìt nhất 10 km Theo tình toán xác suất thí đã có khoảng 10 tiểu thiên thể có kìch thước như vậy đã lao vào Trái Đất kể từ cuối Tiền Cambri
Nếu có sự lao bắn của tiểu thiên thể thí đâu là nơi thiên thạch có thể đã lao vào? Biển và đại dương chiếm 3/4 bề mặt Trái Đất, vậy đại dương là nơi có nhiều khả năng bị thiên thạch lao vào, nhưng mọi phễu được tạo nên trên đáy biển do thiên thạch gây nên đều đã bị lấp hết trong lịch sử 65 triệu năm qua Nếu thiên thạch lao vào đại dương, hậu quả lớn về môi trường là tạo nên sóng thần và
có thể quét sạch mọi thứ trên mặt đất, nơi nó đi qua, đồng thời tạo nên sự bào mòn rộng khắp, tạo trầm tìch không chọn lọc ở vùng triều, vùng bãi biển Những trầm tìch như vậy đã gặp ở ranh giới K/T ở các vùng Caribbe, vịnh Mexico và ven bờ tây Đại Tây Dương Cùng với dấu vết của sự lao
Trang 7105
Bảng 2 Các chứng cớ gây tuyệt chủng K/T
Chứng cớ Lao bắn của
tiểu thiên thể
Lao bắn của Sao chổi
Phun trào basalt
Dị thường iridi Có Không rõ Có (rất ít) Tiểu cầu thủy tinh Có Có Không Thạch anh lao đập Có Có Không
Tổng hợp chấp nhận Có thể chấp nhận Có thể chấp Khó
nhận
bắn thiên thạch ở vùng Caribbe là sự phổ biến của tiểu cầu thủy tinh, thạch anh va đập trong tầng sét ranh giới K/T
Việc tím kiếm các phễu do thiên thạch gây nên trên lục địa đang được tiếp tục và cho đến hiện nay, nối tiếng nhất là phễu Chicxulub có đường kình 180 km ở Yucatan (Mexico) Tình toán cho thấy sự tạo phễu Chicxulub ở Mexico có thể gây sóng thần cao đến 100 m kéo dài đến một giờ, làm ngập lụt vùng ven bờ tây Đại Tây Dương và ven vịnh Mexico Xung quanh Caribbe và vịnh Mexico rất phổ biến trầm tìch sóng thần; điều này ủng
hộ thuyết về sự tạo phễu Chicxulub do sự lao
bắn của thiên thạch lên bề mặt Trái Đất
Cơ chế của sự tuyệt chủng
Nếu nguyên nhân sâu xa của tuyệt chủng
là sự lao bắn của tiểu thiên thể thí nguyên
nhân trực tiếp của tuyệt chủng lại là sự thay
đổi môi trường, gây nên sự chết chóc của sinh
vật Nếu có một sự lao bắn của một tiểu thiên thể có đường kình 10 km thí những sự kiện sau đây sẽ xẩy ra
1 Sự tối tăm của bầu trời Vài tháng sau sự lao bắn của thiên thể, bụi và muội than dày đặc
trong thượng tầng khì quyển và che lấp hoàn toàn nguồn ánh sáng Mặt Trời Quá trính quang hợp bị ngừng, khâu đầu của chuỗi thức ăn bị mất Điều này gây nên sự chết chóc hàng loạt sinh vật do mất nguồn thức ăn Nhiều nhóm sinh vật bị tuyệt chủng ở cuối Creta như toàn bộ Khủng long, sinh vật phù du và sinh vật bơi lội ở biển, sinh vật trực tiếp sống bằng thực vật Những sinh vật ìt chịu ảnh hưởng hơn của sự kiện này gồm những loại ăn xác chết, những loại ăn cặn
bã, tức là những sinh vật sống nhờ vật chất từ cây cối, động vật chết
2 Sự lạnh giá Bụi làm tối tăm bầu trời và gây nên sự lạnh giá ghê gớm, đặc biệt là ở lục địa xa
ảnh hưởng của đại dương Chỉ sau vài tháng nhiệt độ của lục địa có thể hạ xuống -20oC
3 Tăng hiệu ứng nhà kính Nếu tiểu thiên thể lao vào đại dương thí cả bụi và hơi nước
sẽ tung vào khì quyển Tình toán cho thấy khi bụi đã lắng xuống rồi thí hơi nước vẫn còn có thể ở lại trên thượng tầng khì quyển làm tăng hiệu ứng nhà kình và nhiệt độ mặt đất có thể
tăng lên quá sức chịu đựng của đa số sinh vật
4 Mưa acid Năng lượng được giải phóng trong quá trính lao bắn của tiểu thiên thể có thể
gây nên phản ứng của các khì trong khì quyển tạo acid nitric và các loại oxit nitric Như vậy, sự kiện một thiên thạch lao vào Trái Đất lại cũng gây nên các trận mưa acid kéo dài cả năm Khi
đó, độ pH thấp của khoảng 100 m tầng nước mặt đủ để giết phần lớn sinh vật phù du
5 Hỏa hoạn Những hạt muội trong tầng sét của ranh giới K/T có thể có nguồn gốc từ hỏa
hoạn lớn xẩy ra do bức xạ hồng ngoại từ vụ lao bắn của tiểu thiên thể Nghiên cứu các hạt muội
cho thấy chúng chủ yếu có nguồn gốc từ sự đốt cháy của rừng thông
6 Sự độc hóa nước biển Sự lao bắn của tiểu thiên thể dẫn đến hậu quả là nhiều nguyên tố
vết xuất hiện trong nước biển, trong đó có nhiều chất độc như thủy ngân, seleni, chí, cadmi Sinh vật sống trong tầng nước mặt lâm vào tính trạng tìch lũy lâu dài những nguyên tố độc hại này và
cũng là một nguyên nhân gây ra sự tuyệt chủng
Tuyệt chủng do núi lửa
Trang 8106
Hình 7 Các mảng trong Creta (Condie K.C & Sloan R E 1998)
Trong những năm gần đây còn có giả thuyết về sự tuyệt chủng K-T liên quan với hoạt động núi lửa Việc phát hiện nhiều iridi trong sản phẩm phun trào ở Kilauea (Hawai) cho thấy iridi có thể tập trung trong chùm phun trào đại dương Sự phổ biến phun trào basalt thường theo chu kỳ 30 triệu năm xem ra cũng trùng hợp với các đợt tuyệt chủng lớn trong lịch sử địa chất Những đợt phun trào lớn có thể sản sinh ra 1 đến 2 triệu mét khối magma và diễn ra trong thời gian tương đối ngắn (dưới 1 triệu năm) Tuổi đồng vị của phun trào bậc thang ở Decan (Ấn Độ) cho thấy chúng phun cách nay 66 triệu năm, trùng với ranh giới K/T và phun làm 3 đợt, mỗi đợt kéo dài 50 nghín đến 100 nghín năm Đợt phun thứ nhất xẩy ra trước khi Khủng long bị tiêu diệt, còn Sauropod, Bò sát ăn thịt và nhiều động vật có vú bị tuyệt chủng vào khoảng giữa hai đợt phun trào đầu Mỗi lần phun trào lớn có thể tuôn vào khì quyển một lượng lớn khì sulfur, tạo nên những trận mưa acid, giảm độ pH của tầng mặt nước biển, ngoài
ra còn tro núi lửa, dioxit carbon và sự suy yếu tầng ozon Sự phun trào núi lửa còn có thể dẫn đến xu thế làm lạnh khì quyển toàn cầu Tất cả những sự kiện này dẫn đến sự tuyệt chủng rộng rãi diễn ra trong 1 triệu năm [B 2]
4 Hoạt động kiến tạo
4.1 Khái quát về các sự kiện địa chất trong Creta
Từ Creta sớm đã hính thành Nam Đại Tây Dương Cuối Creta sớm, Nam Mỹ và Châu Phi tách hẳn nhau và Nam Đại Tây Dương nối liền
với miền trung Đại Tây Dương, tiếp đó đại
dương này mở rộng hơn về phìa bắc làm cho
bán đảo Iberia (Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha) và
Newfoundland (tây bắc Đại Tây Dương, ría bờ
đông bắc của Bắc Mỹ) tách rời nhau; đồng thời
cũng mở rộng thành vùng biển Caribbe ở phìa
tây và Tây Neotethys ở phìa đông của biển này
[H 7] Ấn Độ Dương mở rộng các bồn làm cho
Indostan (Nam Á), Châu Phi và Australia tách
rời nhau, trong khi đó Châu Nam Cực và
Australia vẫn dình liền nhau
Trong Creta sớm, hoạt động tách dãn mạnh mẽ diễn ra giữa Nam Mỹ và Châu Phi, giữa Ấn
Độ và Châu Nam Cực - Australia đồng thời với việc mở của Nam Đại Tây Dương và Ấn Độ Dương [H 7] Sự tách dãn của Anh khỏi Labrador và Newfoundland cũng bắt đầu trong Creta sớm, đồng thời với việc mở biển Labrador
Tây Tạng, Tarim và Đông Nam Á (Malaya và Đông Dương) xô húc với Nam Á và do đó phần phìa đông của Pangea được hoàn thiện Cuối Creta sớm và đầu Creta muộn Borneo tách dãn khỏi ría nam Trung Quốc, đồng thời ở phìa tây do Iberia quay theo ngược chiều kim đồng
hồ theo đứt gãy dọc ría bắc và nam nên mở ra vịnh biển Biscay
Thổ Nhĩ Kỳ, Iran, Afganistan và một số vi mảng của Châu Âu từ cuối Creta đến đầu Đệ Tam xô húc với nhau rồi gắn với lục địa Âu-Á Cũng thời gian này, Greenland và Na Uy bắt đầu tách khỏi nhau, tạo nên biển Na Uy Cuối Creta, Madagascar tách khỏi bờ đông của miền trung Châu Phi, chuyển theo hướng bắc đến vị trì hiện nay của đảo này, còn Ấn Độ từ Creta bắt đầu di chuyển nhanh từ phìa Gondwana qua Tethys để tiến tới xô húc với Tây Tạng [H 7] Biển Tasmania được mở ra do New Zealand bị tách khỏi Australia Liên quan với sự hút chím dọc bờ
Trang 9107
tây của Bắc Mỹ, ở đây đã xẩy ra chuyển động tạo núi Laramid vào cuối Creta, đầu Đệ Tam Các đới hút chím cũng hoạt động tìch cực dọc theo ría đông và nam của Âu-Á cũng như ở ría tây Châu Mỹ và những vùng bán đảo của Nam Cực Những đới hút chím mới cũng xuất hiện ở vùng Caribbe (cung đảo Antille) và dọc ría nam của mảng Thổ Nhĩ Kỳ Mặc dù miền tây của Tethys
bị thu hẹp nhanh, nhưng ở Creta muộn, Tethys vẫn thông thương với Đại Tây Dương thông qua
eo biển khá lớn Biển Đen và Caspi hiện nay chình là di tìch của eo biển thông thương này Trong Creta cũng còn có ba mảng lớn của Thái Bính Dương là Kula, Thái Bính Dương và Farallon [H 7] Mối liên hệ của các mảng này với nhau về sau này đã bị những hoạt động hút chím phá vỡ, mảng Kula bị hút chím xuống dưới Đông Bắc Á, Farallon bị hút chím dưới Bắc
Mỹ Một mảng thứ tư là mảng Phoenix xuất hiện ở đông nam Thái Bính Dương cũng bị hút chím xuống dưới Nam Mỹ vào cuối Creta
Sống núi ngầm Kula bắt nguồn từ đới hút chím Đông Bắc Á trong Creta muộn có lẽ cũng bị hút chím và là nguồn gốc của sự mở ra biển Nhật Bản Trừ di tìch dạng thụ động ở biển Bering, còn phần lớn thành phần của mảng Kula bị hút chím hoàn toàn, mảng Farallon còn lại hai di tìch
là mảng Juan de Fuca và mảng Cocos ở Đông Thái Bính Dương
Đầu Creta sớm, trên nhiều khu vực thuộc những đai động tiếp tục quá trính biến dạng, nâng cao và hoạt động xâm nhập của Cimmeri (Kimmeri) muộn Trong đai Địa Trung Hải, những hoạt động này biểu hiện rõ từ bán đảo Balkan, Crưm, Kavkaz, Pamir, Tây Tạng và Indostan (Nam Á) Sự nâng cao còn vượt ra khỏi địa phận của Tethys và bao trùm cả các khu vực Hoa Bắc và Hoa Nam, được các nhà địa chất gọi là hoạt động tạo núi Yanshan (Yến Sơn)
Giai đoạn kiến sinh Cimmeri muộn cũng đóng vai trò lớn trong vành đai động Thái Bính Dương Chình trong giai đoạn này xẩy ra sự xìch gần của Hyperboria với lục địa Âu-Á, mở ra bồn Canada và sự di chuyển Hyperboria, Chucotka, Alaska khỏi Bắc Canada Sự chuyển động kèm theo xâm nhập granit lan tràn dọc theo ría đông Châu Á, từ các đảo của Nhật Bản qua bán đảo Triều Tiên, Đông Nam Trung Quốc cho đến Việt Nam Trong nửa sau của Creta sớm, dọc theo đai động này xuất hiện đai hoạt động xâm nhập và núi lửa kiểu Andes trải dài từ Chucotca cho đến tận Calimantan, ría phìa bắc của đai núi lửa Okhot-Chucotca này kéo dài đến tận Alaska (Tây Bắc Mỹ) Trên toàn cục, có thể thấy Jura và Creta là thời kỳ tách dãn mạnh mẽ, phá vỡ Pangea, hính thành Đại Tây Dương Đến cuối Creta, những hoạt động địa chất đã tạo nên bộ mặt các lục địa
có hính dạng bắt đầu cho hính thái các lục địa của ngày nay
Các địa vực (terranes) Tư liệu cổ từ cho thấy một địa vực lớn nhất của Tây Bắc Mỹ là địa vực
Wrangellia đã di chuyển hơn 5000 km từ biển Tethys ở bán cầu nam qua Thái Bính Dương trước khi xô húc với Bắc Mỹ cách đây 90 triệu năm Tuy vậy, đa số địa vực ở Alaska dường như chỉ di chuyển một vài trăm kilomet song song với bờ biển, hoặc chỉ xoay tại chỗ Do tác động của đứt gãy kiểu biến dạng, gần như tất cả các địa vực sau khi gắn kết với lục địa, đã di chuyển dọc theo bờ biển
Hoạt động đứt gãy này xẩy ra do sự hội tụ nghiêng ở đới hút chím dọc bờ biển Bắc Mỹ Hội tụ
nghiêng là sự hút chím, trong đó các mảng chuyển động chui xuống theo một góc nghiêng lớn hơn góc vuông tại ranh giới mảng, ví thế một phần của chuyển động sẽ song song với ranh giới mảng Các địa vực đã được hính thành trong những bối cảnh kiến tạo và điều kiện khì hậu rất khác nhau, điều này đã được minh chứng bằng nhiều kết quả nghiên cứu về thạch học và hóa thạch, đặc biệt Radiolaria và các vi hóa thạch khác Ngày nay, nếu nhín vào bồn Thái Bính Dương, chúng ta thấy nhiều địa vực “có tiềm năng”, tức là những địa vực trong tương lai có thể sẽ xô húc với lục địa Các địa vực này bao gồm các cung đảo, vì dụ như New Hebrides, Mariana và Aleutin; các đảo đại dương và các sống núi phi địa chấn, như dãy núi giữa Thái Bính Dương;
Trang 10108
các cao nguyên núi lửa, như cao nguyên Ontong-Java và vùng nâng Galapagos Một số hoặc tất
cả các địa vực này có thể xô húc và bồi kết với các lục địa quanh Thái Bính Dương trong 100 triệu năm tới
4.2 Hoạt động tạo núi
Trong Creta, ở ría tây của Bắc Mỹ đã diễn ra 2 quá trính tạo núi là tạo núi Sevier và tạo núi Laramid Tạo núi Sevier diễn ra cách nay từ 140 đến 50 triệu năm tức từ Valagin (Creta sớm) đến Eocen (Paleogen) ở Bắc Mỹ, từ Canada đến Bắc Mexico Tạo núi Laramid cũng diễn ra ở Tây Bắc Mỹ từ Creta muộn (cách nay 70-80 triệu năm) và kết thúc cách nay 35-55 triệu năm, phạm
vi ảnh hưởng của hoạt động tạo núi này cũng thấy rõ từ Canada đến Bắc Mexico
Tạo núi Sevier ở Tây Bắc Mỹ Hoạt động tạo núi Sevier bắt đầu xẩy ra ở Tây Bắc Mỹ từ
cuối Jura, mạnh mẽ trong Creta sớm, do các mảng đại dương Farallon và Kula (tiền thân của mảng Thái Bính Dương) xô húc với nhau và đới hút chím chui xuống dưới mảng Bắc Mỹ Còn tạo núi Laramid cũng do các mảng Kula và Farallon trượt xuống dưới mảng Bắc Mỹ Do hoạt động tạo núi Sevier và Laramid diễn ra trong những không gian và thời gian tương tự nhau nên nhiều nhà nghiên cứu cho rằng đây chỉ là một quá trính tạo núi diễn ra trong Creta và đầu Đệ Tam ở ría tây của Bắc Mỹ
Tạo núi Yanshan ở Đông Á Từ Jura đến Creta sớm, mảng Thái Bính Dương cổ (Paleo-Pacific)
xô húc mạnh và chúc chím xuống dưới lục địa Âu-Á gây nên hồi sinh kiến tạo của ría lục địa cổ Hoa Đông Các nhà địa chất Trung Quốc gọi đây là hoạt động tạo núi Yanshan (Yến Sơn)
Hoạt động tạo núi Yanshan trong khu vực Thái Bính Dương thúc đẩy sự tan rã hoàn toàn của siêu lục địa Gondwana, kết thúc hoạt động hội tụ của nhiều địa khối ở Đông Á và sự mở rộng của đại dương Tethys Hoạt động tạo núi Yanshan làm hính thành những đai núi ở Hoa Đông, Hoa Bắc, đồng thời tạo hoạt động magma mạnh mẽ, hính thành những nguồn khoáng sản lớn của Trung quốc
5 Cổ địa lý thế giới
Trong Creta, siêu lục địa Pangea hoàn toàn bị phá vỡ để về cơ bản hính thành những lục địa như hiện nay, tuy vị trì của chúng có thay đổi theo thời gian Đại Tây Dương được mở rộng, hoạt động tạo núi diễn ra ở Tây Bắc Mỹ – tiếp diễn tạo núi Nevada, tiếp theo là các hoạt động tạo núi Sevier và Laramid Tuy vào đầu Creta, siêu lục địa Gondwana vẫn còn là một khối thống nhất, nhưng sau đó bị chia cắt và hính thành các lục địa Nam Mỹ, Nam Cực, Australia và tách khỏi Châu Phi, khi đó Ấn Độ và Madagasca vẫn còn dình liền nhau Đồng thời với hiện tượng tách các lục địa này, Nam Đại Tây Dương và Ấn Độ Dương được hính thành
Do hoạt động tách dãn và nâng cao của những dãy núi ngầm dưới đại dương nên mực nước đẳng tĩnh của đại dương được nâng cao đáng kể Ở phìa bắc Châu Phi, biển Tethys vẫn còn là biển hẹp Những khu biển nông rộng lớn phủ khắp Bắc Mỹ, Châu Âu, Siberie, đến cuối Creta lại rút và để lại những tầng trầm tìch biển rất phổ biến ở những khoáng vật vừa nêu Ở đỉnh điểm của biển tiến Creta có đến 1/3 bề mặt Trái Đất bị biển ngập
Trầm tìch Creta nổi tiếng về sự phong phú đá phấn; không có hệ nào trong địa tầng Phane-rozoi lại có nhiều đá phấn như Creta Sự lưu thông nước biển trong quá trính mở rộng các dãy sống núi giữa đại dương làm giàu lượng calci trong đại dương, làm cho nước biển trở nên bão hòa calci hơn Thêm vào đó là sự tăng cường hoạt động của các loại sinh vật tạo vôi như Tảo vôi, Trùng lỗ, v.v… Tất cả những yếu tố này khiến cho trầm tìch Creta rất giàu carbonat calci