Haden không phải là một giai đoạn địa chất, không có một loại đá nào có tuổi này, trừ thiên thạch, nhưng là một thời gian Trái Đất đã trải qua. Tên gọi Haden bắt nguồn từ gốc chữ Hy Lạp cổ là Hades (có nghĩa là âm phủ, địa phủ), là giai đoạn Trái Đất mới hình thành, hiện nay chưa có dẫn liệu địa chất trực tiếp nên hiểu biết về giai đoạn này còn lờ mờ như là thời kỳ hỗn mang của trời đất. Trong Haden có lẽ hệ Mặt Trời đã được hình thành từ một đám mây khổng lồ của khí và bụi gọi là đĩa bồi tụ. Sự phong phú các nguyên tố nặng trong hệ Mặt Trời cho phép nghĩ rằng những khí và bụi này bắt nguồn từ một hay nhiều tinh vân – sự bùng nổ của một ngôi sao cổ đặc xít. Một hiện tượng khác thường xẩy ra là các nguyên tố nặng được sinh ra trong ngôi sao do sự kết hạch hydro. Chúng ta có thể thấy những quá trình tương tự hiện nay đang xẩy ra ở tinh vân khuếch tán trong các dải ngân hà như dải ngân hà M16. Mặt Trời hình thành trong đám mây và bụi, bị co rút lại do kết đặc trọng lực cho đến khi chính nó trải qua sự kết hạch đồng thời toả ra ánh sáng và nhiệt. Do trọng lực nên những phần tử ngoại vi bắt đầu kết liên lại thành một đám lớn gọi là nguyên hành tinh, rồi tiếp tục kết tập lại thành hành tinh. Sự đụng độ giữa các nguyên hành tinh lớn đã giải phóng một lượng nhiệt khổng lồ, nên buổi ban đầu Trái Đất và các hành tinh khác chắc là ở dạng nóng chảy. Việc định tuổi đồng vị các đá magma cho kết quả từ lúc chúng kết cứng, như tuổi của thiên thạch và đá trên Mặt Trăng là 4,5 tỷ năm, nhưng đá già nhất trên Trái Đất lại có tuổi 3,9 tỷ năm (ở Canada). Trong khoảng 800 triệu năm đầu tiên từ khi hình thành, Trái Đất luôn luôn bị các nguyên hành tinh hay các sao băng lao bắn (impact) vào nên chắc là phải ở dạng nóng chảy. Tuổi của đá già nhất trên Trái Đất ứng với tuổi của thời kỳ chịu lao bắn lớn cuối cùng của Mặt Trăng. Đá đông cứng được hình thành trên Trái Đất và thời kỳ lịch sử địa chất bắt đầu khi phần lớn các nguyên hành tinh bị gom tụ lại do sự tăng trưởng của hành tinh.
Trang 12
Haden (Kỷ nguyên)
Tống Duy Thanh
Khoa Địa chất Trường ĐHKHTN
(Đại học Quốc gia Hà Nội)
334 Nguyễn Trãi Thanh Xuân Hà Nội
1 Giới thiệu
Haden không phải là một giai đoạn địa chất, không có một loại đá nào có tuổi này, trừ thiên thạch, nhưng là một thời gian Trái Đất đã trải qua Tên gọi Haden bắt nguồn từ gốc chữ Hy Lạp
cổ là Hades (có nghĩa là âm phủ, địa phủ), là giai đoạn Trái Đất mới hính thành, hiện nay chưa
có dẫn liệu địa chất trực tiếp nên hiểu biết về giai đoạn này còn lờ mờ như là thời kỳ hỗn mang của trời đất Trong Haden có lẽ hệ Mặt Trời đã được hính thành từ một đám mây khổng lồ của khì và bụi gọi là đĩa bồi tụ Sự phong phú các nguyên tố nặng trong hệ Mặt Trời cho phép nghĩ rằng những khì và bụi này bắt nguồn từ một hay nhiều tinh vân – sự bùng nổ của một ngôi sao cổ đặc xìt Một hiện tượng khác thường xẩy ra là các nguyên tố nặng được sinh ra trong ngôi sao do sự kết hạch hydro Chúng ta có thể thấy những quá trính tương tự hiện nay đang xẩy ra ở tinh vân khuếch tán trong các dải ngân hà như dải ngân hà M16
Mặt Trời hính thành trong đám mây và bụi, bị co rút lại do kết đặc trọng lực cho đến khi chình
nó trải qua sự kết hạch đồng thời toả ra ánh sáng và nhiệt Do trọng lực nên những phần tử ngoại vi bắt đầu kết liên lại thành một đám lớn gọi là nguyên hành tinh, rồi tiếp tục kết tập lại thành hành tinh Sự đụng độ giữa các nguyên hành tinh lớn đã giải phóng một lượng nhiệt khổng lồ, nên buổi ban đầu Trái Đất và các hành tinh khác chắc là ở dạng nóng chảy Việc định tuổi đồng vị các đá magma cho kết quả từ lúc chúng kết cứng, như tuổi của thiên thạch và đá trên Mặt Trăng là 4,5 tỷ năm, nhưng đá già nhất trên Trái Đất lại có tuổi 3,9 tỷ năm (ở Canada) Trong khoảng 800 triệu năm đầu tiên từ khi hính thành, Trái Đất luôn luôn bị các nguyên hành tinh hay các sao băng lao bắn (im-pact) vào nên chắc là phải ở dạng nóng chảy Tuổi của đá già nhất trên Trái Đất ứng với tuổi của thời kỳ chịu lao bắn lớn cuối cùng của Mặt Trăng Đá đông cứng được hính thành trên Trái Đất và thời kỳ lịch sử địa chất bắt đầu khi phần lớn các nguyên hành tinh bị gom tụ lại do sự tăng trưởng của hành tinh
2 Những kiến giải về Haden
Trên Trái Đất không có chứng liệu về giai đoạn từ khi hính thành hệ Mặt Trời (cách nay 4,6 tỷ năm) cho đến khi có được chứng liệu địa chất đầu tiên Tuổi của đá già nhất (cách nay 3,9 tỷ năm) trên Trái Đất đã xác định được ở Canada và cách nay 3,8 tỷ năm ở Nam Green-land Khoảng thời gian 700-800 triệu năm (giữa hai mốc 4,6 và 3,9-3,8 tỷ năm) chưa phải là thời gian địa chất, ví chúng ta không có dẫn liệu địa chất nào Có thể luận đoán rằng trong thời gian đó Trái Đất là một quả cầu nóng chảy và luôn luôn bị các nguyên hành tinh lao bắn Chắc rằng trong khoảng thời gian này một số loại đá đã được thành tạo ví đã phát hiện được những hạt vụn zircon trong đá Arkei ở Australia có tuổi 4,2 tỷ năm
Tuổi đồng vị của thiên thạch (~ 4,6-4,7 tỷ năm) ứng với thời kỳ đầu của kỷ nguyên Haden
Đó là những thể được nguội lạnh nhanh ngay sau khi thành tạo hệ Mặt Trời và không bị nóng chảy do quá trính lao bắn liên tục Những cao nguyên trên Mặt Trăng đã được thành tạo trong nửa đầu của kỷ nguyên Haden, còn basalt trong các trũng đã được phun lên bề mặt Mặt Trăng vào nửa sau của kỷ nguyên Haden và nửa đầu của Arkei
Trang 23
Hình 1 Sơ đồ lịch sử vỏ Trái Đất trong kỷ nguyên Haden
a) 4,6-4,3 tỷ năm trước: sự hoàn quy nhanh của vỏ chưa
ổn định; b) 4,3-3,8 tỷ năm trước: Sự hình thành đảo lục địa
(Condie K.C & Sloan R.E., 1998)
Trong kỷ nguyên Haden, nhân của Trái Đất được hính thành (~ 4,5-4,4 tỷ năm trước đây)
và một nguồn nhiệt khổng lồ được giải phóng, cùng với nguồn nhiệt nguyên thủy đã làm nóng chảy phần bên ngoài của Trái Đất, tạo thành một đại dương magma đạt tới bề sâu > 500 km Sự nguội lạnh dần trên bề mặt Trái Đất đã sinh ra vỏ nguội có lẽ có thành phần komatiit Do tiếp tục bị các vật thể vũ trụ lao bắn vào và sự đối lưu bên trong Trái Đất nên vỏ mỏng này không bao lâu sau khi được hính thành lại bị gãy vỡ, chím xuống và bị lôi cuốn vào chất lỏng kém đậm đặc hơn ở bên dưới [H 1] Sự nguội lạnh tiếp tục làm cho vỏ nguyên thủy này trở nên bền vững hơn và dĩ nhiên tạo thành những mảng nhỏ
dạng men rạn, di chuyển nhanh [H 1] Vỏ
đại dương và thạch quyển được hính thành
mới dọc theo mạng sống núi đại dương, tiếp
đó những sự lao bắn của vật chất vũ trụ cùng
với đối lưu lại phá vỡ và tái nóng chảy vỏ
nguyên thủy này Những tư liệu từ bề mặt
của Mặt Trăng cho thấy sự lao bắn của vật
chất vũ trụ trong hệ Mặt Trời còn tiếp diễn
cho đến cách nay 3,9 tỷ năm Sự tái nóng
chảy của vỏ nguyên thủy diễn ra ở những
dòng đối lưu chím Hoạt động núi lửa cũng
có thể xẩy ra trong các mảng, nơi mà các
chùm manti trồi lên qua thạch quyển chưa ổn
định Khì quyển và các đại dương có lẽ cũng
được hính thành trong thời gian này do núi lửa giải phóng khì và hơi nước từ manti Có thể sự sống đã được hính thành trong các đại dương không lâu sau 4 tỷ năm
3 Sự hình thành nhân và manti
3.1 Đại dương magma và lịch sử nhiệt Trái Đất
Cấu trúc, thành phần đồng nhất và tuổi của vỏ trên các cao nguyên Mặt Trăng là dẫn liệu về
sự phân bố rộng rãi đại dương magma nguyên thủy trong lịch sử của vệ tinh này Sự kết tinh của đại dương magma hỗn hợp đều sinh ra một vỏ đồng nhất như cấu trúc phân tầng của phần ngoài Mặt Trăng Do lượng nhiệt lớn của Trái Đất nên có lẽ cũng đã từng có một đại dương magma như vậy trên Trái Đất Hơn nữa, chế độ nhiệt dự đoán trong sự bồi tụ Trái Đất cho phép phần ngoài của nó bị nóng chảy trong quá trính bồi tụ Độ sâu dự đoán của đại dương magma Trái Đất vào khoảng từ 100 đến 1000 km, và có thành phần chủ yếu là sắt và magnesi Quá trính kết tinh bắt đầu từ đáy và ví mất nhiệt nhanh do đối lưu nên quá trính kết tinh đã hoàn thành vào khoảng dưới
100 triệu năm
Vỏ nguyên thủy có lẽ được thành tạo trên bề mặt của đại dương magma Trái Đất, chủ yếu gồm komatiit là loại đá núi lửa thành phần siêu mafic ở nhiệt độ cao Vỏ nguyên thủy này bị gãy
vỡ dễ dàng và do đối lưu mạnh cùng với sự lao bắn mạnh mẽ của vật thể vũ trụ nên lại bị hoàn quy xuống đại dương magma
3.2 Lịch sử nhiệt của Trái Đất
Tuy hiện nay chưa biết được lượng nhiệt ban đầu của Trái Đất, tốc độ sản sinh nhiệt và tốc độ truyền nhiệt lên bề mặt Trái Đất và nhiệt bị mất đi, nhưng chúng ta có thể biết một số nhân tố quan
trọng đóng góp vào lượng nhiệt ban đầu [H 2] Trước hết là nhiệt từ sự lao bắn của các vật thể vũ
Trang 34
Hình 2 Bốn nguồn nhiệt quan trọng nhất trong lịch sử
nguyên sơ của Trái Đất (Condie & Sloan 1998)
trụ truyền vào Trái Đất trong quá trính bồi tụ
hành tinh Nguồn nhiệt này phụ thuộc vào tốc độ
và sự phân bố của các vật thể lao bắn lên Trái
Đất, và có lẽ đây là nguồn nhiệt quan trọng ban
đầu Thứ hai là nguồn nhiệt từ sự sụp đổ trọng
lực của Trái Đất do tăng trưởng ví sự lao bắn của
các vật thể vũ trụ lên bề mặt Khi vật chất mới
được tăng thêm trên bề mặt hành tinh thí tâm của
nó phải chịu sự tăng áp lực Như đã biết, những
tổ hợp khoáng vật ở dưới sâu trải qua pha biến
đổi trở thành những khoáng vật đặc xìt hơn làm
tăng áp lực và giải tỏa nhiệt Nguồn nhiệt thứ ba
là nhiệt được giải phóng trong quá trính phân rã
đồng vị phóng xạ chu kỳ ngắn Trong sự hính
thành hành tinh, nhiều chất đồng vị chu kỳ ngắn
đã được sinh ra trong vòng vài triệu năm và ngày
nay chúng đã hoàn toàn bị phân rã hết Trong
thời kỳ đầu khi bị phân rã nhanh chóng, chắc
chắn chúng đã đóng góp một lượng nhiệt lớn cho sự tăng trưởng của Trái Đất Nguồn nhiệt thứ tư
được tạo ra từ sự hính thành nhân và có lẽ đây là nguồn nhiệt quan trọng nhất trong giai đoạn đầu của Trái Đất sau khi hính thành Ngay cả trường hợp không có nguồn nhiệt khác thí nhiệt sinh ra
do sự hính thành nhân sắt của Trái Đất mà được giữ lại hoàn toàn thí cũng đủ làm nóng chảy toàn
bộ Trái Đất trong giai đoạn bồi tụ ban đầu Tuy nhiên, Trái Đất đã không bị nóng chảy hoàn toàn
ví nếu thế thí những nguyên tố dễ bay hơi đã bị mất hết, nhưng ngày nay những nguyên tố đó vẫn còn trên Trái Đất
Hiện nay, nguồn nhiệt quan trọng nhất được tạo ra từ sự phân rã phóng xạ của bốn nguyên tố phóng xạ chu kỳ dài là 40K, 238U, 235U và 232Th Có thể ước lượng sự tập trung của kali, urani và
tho-ri trong Trái Đất từ sự kết hợp nghiên cứu thiên thạch và những mảnh vỏ ở sâu và đá của manti trên được đưa lên bề mặt trong quá trính phun trào của núi lửa Do những đồng vị này bị phân rã theo thời gian nên nhiệt được sinh ra trong Trái Đất ìt dần, do đó Trái Đất bị nguội lạnh dần Tình toán cho thấy nhiệt do phân rã các đồng vị chu kỳ dài trong Arkei lớn gấp nhiều lần so với ngày nay
3.3 Sự hình thành nhân Trái Đất
Nhờ sử dụng phương pháp truyền sóng địa chấn, chúng ta biết nhân ngoài được cấu tạo từ sắt nóng chảy với một lượng nhỏ của một vài nguyên tố có số nguyên tử thấp như lưu huỳnh Những nguyên tố này có tác động hạ thấp điểm nóng chảy của sắt nguyên chất Vì dụ ở độ sâu
2000 km nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp này là 1000o, thấp hơn so với sắt nguyên chất Như vậy, với nhiệt độ cao trong Trái Đất nguyên thủy, từ nguồn nhiệt như đã nói trên, sự nóng chảy bắt đầu từ độ sâu khoảng 1000 km và tạo thành một tầng nóng chảy trong manti Sự bắt đầu nóng chảy được xác định bằng giao điểm của địa nhiệt với đường cong nóng chảy của chất có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất Địa nhiệt là sự phân bố của nhiệt độ theo độ sâu của bất kỳ điểm nào trong Trái Đất Trong trường hợp này chất nóng chảy đầu tiên là hỗn hợp sắt - sulfur sắt Khi nhiệt độ dâng cao liên tục, tầng nóng chảy này dày dần lên thí địa nhiệt giao cắt đường cong nóng chảy ở độ sâu kém hơn và quay lại cắt nó ở độ sâu lớn hơn Như thế xẩy ra sự tăng trưởng tầng nóng chảy của sắt và sulfur sắt có tỷ trọng cao hơn silicat bao quanh ở phần ngoài của Trái
Trang 45
Hình 3 Hai mô hình về sự thành tạo nhân Trái Đất (Condie
K C & Sloan R E 1998)
Đất Tính trạng này làm trọng lực không ổn định
và tầng nóng chảy đậm đặc chuyển dần về phìa
tâm Trái Đất, nhưng nó chuyển như thế nào thí còn
chưa rõ Có hai khả năng xẩy ra [H 3]: Một “giọt”
của tầng nóng chảy lớn được hính thành và di
chuyển về phìa tâm, chiếm chỗ của vật chất manti
[A] Khi có sự phân bố không đối xứng của tầng
nóng chảy, có thể tạo ứng suất lớn trong tâm Trái
Đất và gây sự gãy vỡ [B] Chất lỏng sắt khi đó
chảy về tâm qua các đường nứt vỡ, thay chỗ của
những mảnh manti ở phìa trên Tình toán năng
lượng cho thấy, bất luận chất lỏng chảy vào tâm ra
sao, sự hính thành nhân là một hiện tượng tai biến,
tự hành và có lẽ đã diễn ra khoảng 100 triệu năm
sau sự bồi tụ Trái Đất
4 Sự hình thành vỏ Trái Đất
4.1 Vỏ nguyên thủy
Vỏ Trái Đất được thành tạo như thế nào và từ bao giờ là vấn đề được quan tâm rộng rãi và tranh luận sôi nổi trong địa chất học Quan sát bề mặt các hành tinh khác cho thấy vỏ Trái Đất là một thể độc đáo trong hệ Mặt Trời Liên quan chặt chẽ với vấn đề vỏ đầu tiên được thành tạo như thế nào là các câu hỏi: vỏ đầu tiên phân bố như thế nào và thành phần của nó ra sao Mặc dù các nhà địa chất đã cố gắng tím kiếm đá già hơn 4 tỷ năm, nhưng đến nay vẫn không tím thấy và
có lẽ sẽ không bao giờ tím được Trong khi đó, chúng ta lại biết rõ tuổi của những mảnh vỏ Mặt Trăng và các hành tinh đất là 4,5-4,6 tỷ năm Tại sao lại không có di tìch của vỏ nguyên thủy trên Trái Đất? Phải chăng vỏ nguyên thủy không được hính thành trên Trái Đất? Điều này không ứng với những gí chúng ta biết được về thành phần và lịch sử nhiệt của các hành tinh đất Một khả năng có thể là sự lao bắn mãnh liệt của các vật thể vũ trụ lao vào Trái Đất trong thời kỳ đầu sau bồi tụ đã phá hủy vỏ đầu tiên của nó Thế nhưng sự lao bắn này lại không phá hủy toàn
bộ vỏ nguyên thủy của Mặt Trăng thí cũng không thể phá hủy vỏ nguyên thủy của Trái Đất Có
lý hơn cả là vỏ nguyên thủy của Trái Đất đã bị hoàn quy vào manti Sự hoàn quy này diễn ra do đối lưu nhanh và các lực ở đáy vỏ đủ để kéo vỏ trở vào manti cũng nhanh như khi được hính thành
4.2 Thành phần vỏ nguyên thủy
Thành phần vỏ nguyên thủy chỉ có thể biết được qua các tư liệu gián tiếp, ví hiện nay không
có di tìch nào của nó Có thể thông qua thành phần của đá già nhất hiện biết, nhưng những đá này còn trẻ hơn tuổi Trái Đất đến 500 triệu năm, nên không có gí đảm bảo rằng những đá này giống với thành phần của vỏ nguyên thủy Một cách khác là dựa vào thành phần của đá vỏ già nhất trên Mặt Trăng và cho rằng vỏ nguyên thủy Trái Đất cũng giống như vậy Một cách khác nữa có tình chất lý thuyết là dựa trên cơ sở nghiên cứu mô hính magma để thừa nhận thành phần
và nhiệt độ của manti nguyên thủy
Vỏ nguyên thủy của Trái Đất có thành phần granit, sau đó quá trính kiến tạo mảng đã tập hợp chúng lại thành lục địa Nhưng ý kiến này không được hưởng ứng rộng rãi Trước hết, đá già nhất trên Trái Đất phải giống như trên Mặt Trăng, nhưng trên Mặt Trăng đá già nhất không phải là granit
Trang 56
Bảng 1 Đặc điểm vỏ nguyên thủy của Trái Đất
Vỏ đại dương
Vỏ lục địa
Khi xuất hiện
- 4,5 tỷ năm - 4 tỷ năm
Nơi hình thành
Sống núi đại dương
Đới hút chìm
Thành phần
Basalt-komatiit
Granodiorit-tonalit
Phân bố ngang
Phân bố rộng rãi
Phân bố địa phương
Kiểu hình thành Nóng chảy bộ
phận đá siêu mafic chìm vào manti trên
Nóng chảy bộ phận đá mafic của những tấm bị nhấn chìm
Mặt khác, vỏ granit có khả năng nổi trồi nên kháng lại sự hút chím Hiện nay cũng chưa phát hiện được tàn dư vỏ granit có tuổi 4,5 tỷ năm
Những cao nguyên trên Mặt Trăng là tàn dư của vỏ cổ đã hính thành cách nay hơn 4,5 tỷ năm, thành phần chủ yếu của đá từ các cao nguyên Mặt Trăng là gabro và anorthosit (= plagioclasit, là một loại đá magma hạt thô, gần với gabro, nhưng chứa đến 80-90% plagioclas giàu vôi) có tuổi đồng vị ở khoảng 4,36 tỷ năm Vỏ nguyên thủy này của Mặt Trăng có lẽ được hính thành do sự kết tinh phân đoạn của đại dương magma basalt Do tỷ trọng kém hơn magma nên plagioclas nổi lên thành váng vỏ, còn pyroxen và olivin chím xuống bên dưới manti của Mặt Trăng Một số đá già nhất được phát hiện trên Trái Đất (vì dụ như tại khiên Anabar ở Bắc Siberia) cũng có thành phần anorthosit và gabro tương tự như trên Mặt Trăng Điều này củng cố ý tưởng cho rằng vỏ nguyên thủy của Trái Đất cũng có thành phần anorthosit Tuy nhiên, khi chấp nhận ý tưởng về thành phần anorthosit của vỏ Trái Đất nguyên thủy, chúng ta lại đối mặt với những vấn đề lớn Trước hết tài liệu thực nghiệm cho thấy plagioclas giàu vôi chỉ nổi lên trong điều kiện magma khô như magma ở Mặt Trăng, còn nếu có nước như ở Trái Đất thí plagioclas lại chím xuống và không thể tạo vỏ
Những đặc điểm chủ yếu của vỏ nguyên thủy Trái Đất có thể như sau (Bảng 1) Khả năng lớn nhất về thành phần vỏ nguyên thủy Trái Đất là komatiit (dung nham siêu mafic), vỏ nguyên thủy này có lẽ nhanh chóng bị hoàn quy vào manti do tỷ trọng lớn và do bị lực kéo ở đáy Do vỏ nguyên thủy bị hoàn quy hết nên vỏ đại dương hiện nay chỉ có tuổi 160 triệu năm
Sự nguội lạnh đáng kể của manti phải diễn ra
trước khi hính thành loại vỏ granit được thành
tạo, những loại vỏ này không giống với vỏ
komatiit-basalt có thể tạo thành những đảo
riêng lẻ nằm trên dòng đối lưu chím
4.3 Những lục địa đầu tiên
Không giống với vỏ đại dương bị hoàn quy
nhanh chóng vào manti, vỏ lục địa nhờ khả
năng nổi trồi của nó đã kháng lại được sự hoàn
quy Nghiên cứu địa hóa cho thấy vỏ lục địa nguyên thủy tuổi Arkei được sinh ra trên những đới hút chím hoặc trong đồng bằng đại dương, hoặc do nóng chảy bộ phận của vỏ đại dương Như vậy phải có vỏ đại dương hoặc bính nguyên đại dương trước khi hính thành lục địa Sự nóng chảy bộ phận của vỏ basalt bị chím sẽ sản sinh ra magma tonalit, khi trồi lên tạo thành những đảo nhỏ của lục địa nằm ở phìa trên của đới hút chím Sự hút chím tiếp tục đã cung cấp magma mới cho sự tăng trưởng đảo nguyên thủy và sự xô húc (collision) của những đảo này lại tạo nên lục địa lớn hơn Tàn dư của vỏ lục địa có tuổi 4-3,8 tỷ năm có mặt ở mọi lục địa hiện nay, phần lớn chúng nhỏ hơn 500 km và bao gồm tonalit, granodiorit Zircon từ cát kết Arkei ở Australia chứa đồng vị U-Pb có tuổi 4,2 tỷ năm, nhưng ví zircon được bào mòn từ granitoid nên những nhân lục địa nhỏ phải có tuổi hơn 4 tỷ năm
4.4 Sự tăng trưởng lục địa
4.4.1 Cơ chế tăng trưởng
Có hai loại tăng trưởng là tăng trưởng theo chiều đứng hay dày thêm và tăng trưởng theo
chiều ngang Vỏ đại dương tăng trưởng cả theo chiều đứng và chiều ngang nhờ bồi đắp magma ở
sống núi đại dương Chúng bị phá hủy tại đới hút chím, trừ những mảnh được bảo tồn ở dạng
Trang 67
Hình 4 Năm cơ chế tăng trưởng lục địa
(Condie K.C & Sloan R.E., 1998)
) T¨ng tr-ëng
nhanh nguyªn thuû
T¨ng tr-ëng tuyÕn tÝnh
T¨ng tr-ëng ph©n ®o¹n
Tû n¨m
HiÖn nay
4 3 2 1 50
100
Hình 5 Ba mô hình tốc độ tăng trưởng lục địa Trục tung
là phần trăm tích luỹ của vỏ lục địa theo thời gian Mô hình phân đoạn phần lớn tương thích với tuổi đồng vị (Condie K.C
& Sloan R.E 1998)
ophiolit Vỏ lục địa có thể dày thêm mà không mở
rộng đáng kể nhờ bồi đắp bên dưới bằng magma
xâm nhập Dù sự bồi đắp bên dưới này được tím
thấy ở ranh giới hội tụ và bên dưới rift lục địa,
nhưng vẫn chưa biết vai trò của chúng ra sao trong
sự tăng trưởng lục địa nguyên thủy Hiện nay ta
thấy đá biến chất cao tuổi Tiền Cambri ở mức sâu
35-40 km trồi lên và nằm dưới vỏ bính thường với
độ dày 40 km Phần lớn sự tăng trưởng ngang và
thẳng đứng của lục địa diễn ra tại các đới hút chím
hoặc bên trên đó, hoặc dọc theo ranh giới xô húc
[H 4] Chúng bao gồm magma bồi đắp trên đới hút
chím dẫn đến làm dày lục địa (4A) và nếu đới hút
chím di chuyển về phìa biển thí cũng tạo nên tăng
trưởng ngang [4B] Do đới hút chím di chuyển về
phìa biển nên tổ hợp cung cũng tiến về phìa biển,
bồi đắp thêm cho ría lục địa Xô húc địa vực
(ter-rane) - lục địa [4C], lục địa - lục địa [4D] gây tụ
hợp và dày thêm của những mảnh lục địa đã có
trước Đây chình là cơ chế chủ yếu của sự tăng
trưởng lục địa trong Paleozoi thành siêu lục địa –
Pangea Có lẽ cũng những sự xô húc như vậy đã
diễn ra cách nay 3,5 tỷ năm, tạo nên sự tụ hợp của những mảnh vỏ lục địa riêng lẻ Lục địa cũng
có thể tăng trưởng ngang do bồi đắp thêm trầm tìch dọc theo ría lục địa thụ động (ổn định) [4E], vì
dụ như sự tăng trưởng của Bắc Mỹ dọc theo ría Đại Tây Dương trong Mesozoi và Kainozoi 4.4.2 Tốc độ tăng trưởng lục địa
Tốc độ tăng trưởng lục địa là tổng khối lượng của vỏ lục địa đạt được trong một đơn vị thời gian Ví vỏ lục địa có thể được tách ra từ manti hoặc hoàn quy lại manti do hút chím, nên tốc độ tăng trưởng của vỏ lục địa có thể dương, bằng không hoặc âm Có ba mô hính của tốc độ tăng trưởng lục địa được trính bày trên hính 5 Mô hính sớm nhất về tăng trưởng lục địa chủ yếu dựa trên sự phân bố tuổi đồng vị trên các lục địa và cho thấy lục địa tăng trưởng chậm trong Arkei và nhanh hơn sau 2 tỷ năm Ngày nay, ta biết rằng mô hính này không
thìch hợp để đánh giá tốc độ tăng trưởng lục địa ví
nhiều tuổi đồng vị Rb-Sr và K-Ar trong những
nghiên cứu đó đã bị thay đổi do hoạt động tạo núi
về sau, nên tuổi thực của sự thành tạo lục địa già
hơn nhiều so với những số liệu này
Các mô hính khác lại cho thấy ở giai đoạn
đầu của lịch sử Trái Đất sự tăng trưởng diễn ra rất
nhanh, tiếp sau là sự hoàn quy mạnh mẽ vào
manti [đường cong 1 trên H 5] Chắc chắn có sự
hoàn quy, ví ngày nay trên Trái Đất không có vỏ
lục địa tuổi này (> 4 tỷ năm) Có lẽ có sự hoàn
quy là do sự hút chím của trầm tìch lục địa Một
Trang 78
mô hính trung gian của các mô hính vừa nêu bao gồm sự tăng trưởng tuyến tình theo thời gian [đường cong 2, H 5] và tăng trưởng phân đoạn [đường cong 3, H 5]
Một số vấn đề lớn của các mô hính liên quan với sự tăng trưởng lục địa nhanh trước 4 tỷ năm và tiếp sau là sự hoàn quy vỏ mạnh mẽ vào manti Trước hết là lục địa có khả năng nổi trồi
và kháng lại sự lôi kéo vào manti Thứ hai là tại sao trầm tìch lục địa lại tránh được sự nóng chảy tại đới hút chím trước khi chúng bị chím sâu xuống manti do đối lưu Với nhiệt độ cao ở Arkei, trầm tìch có thể bị hút chím và bị nóng chảy trước khi đạt độ sâu 100 km rồi lại nổi trồi lên như magma Nghiên cứu đồng vị niodymi có thể đánh giá được tuổi thành tạo vỏ và cho thấy rất ìt vỏ lục địa tồn tại được trước 3 tỷ năm Tuổi thành tạo vỏ là thời gian mà một mảnh vỏ tách
ra khỏi manti Tuổi thành tạo vỏ của Bắc Mỹ và Châu Âu cho thấy các lục địa tăng trưởng nhanh chậm tùy thời gian, điều này làm cho mô hính tăng trưởng phân đoạn ngày nay được thừa nhận rộng rãi [đường cong 3] Mặc dù ý nghĩa của mô hính phân đoạn hiện chưa được nhận thức đầy đủ, nhưng nhiều đoạn thời gian của tăng trưởng lục địa nhanh lại trùng với các thời kỳ tạo núi; như vậy sự tăng trưởng lục địa và tạo núi là những hiện tượng song hành
5 Sự chuyển tiếp từ kỷ nguyên Haden đến nguyên đại Arkei
Tuổi của đá già nhất trên Trái Đất ứng với thời kỳ lao bắn lớn cuối cùng của sao băng vào Mặt Trăng Sau 3,8 tỷ năm hệ Mặt Trời trở thành nơi yên tĩnh hơn Trường trọng lực của “Trái Đất nguyên thủy” trở nên mạnh hơn khi hành tinh nguội dần từ trạng thái nóng chảy và dẫn đến hai kết quả chình của trường lực: 1) Hành tinh co rút lại, trở nên đậm đặc hơn và phân dị thành các lớp đồng tâm sắp xếp theo tỷ trọng (nhân Fe-Ni, manti giàu silicat); 2) Sự co rút của hành tinh vào cuối kỷ nguyên Haden có lẽ vẫn giữ một phần hành tinh ở trạng thái nóng chảy do sự tập trung của chất phóng xạ
Những hiện tượng này phải sinh ra dòng nhiệt rất cao và khoang đối lưu hoạt động mạnh trong manti Hoạt động của manti gây ra sự thoát khì mạnh qua hoạt động núi lửa Hydro và
He-li (các nguyên tố phong phú nhất trong vũ trụ) và các khì trơ thoát khỏi trường trọng lực của Trái Đất và bay vào hệ Mặt Trời nhờ gió Mặt Trời Hơi nước, các khì CO2, CO, N2, HCl, NH3, H2S và CH4 không bị mất ví chúng có hoạt tình hoá học và do đó trở thành một phần của tư liệu địa chất, sự lao bắn của thiên thạch có thể sản sinh ra magma felsic (granit) vào cuối kỷ nguyên Haden và bắt đầu quá trính hính thành lục địa
Tài liệu đọc thêm
1 Condie K C & Sloan R E 1998 Origin and Evolution of Earth Principles of Historical Geology Printice-Hall,
Inc 498 pgs
2 Selley R.C, Cocks L.R.M., Plimer I.R (Editors) 2005 Encyclopedia of Geology, Volume 1-5 Elsevier
Academic Press
4 Tống Duy Thanh 2008 Lịch sử Tiến hóa Trái Đất (Địa sử) NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Hà Nội Tái bản
2009 (Chỉnh sửa, bổ sung và cập nhật tài liệu mới) 340 tr
5 Wicander R J & Monroe S 1993 Historical Geology West Publishing Compagny Minneapolis, St New York,
Los Angeles San Francisco 640 pgs
6 Wikipedia, the free encyclopedia en.wikipedia.org/wiki/Hadean
7 Хаин Β Ε., Коровковский Н.В., Ясамнов Н А 1997 Историческая геология Издат Московского
Университета 448 стр.