Nghiên cứu phục hồi đặc điểm môi trường trong holocen khu vực tỉnh thái bình bằng phương pháp đồng vị bền carbon

DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1 Đặc điểm một số cột mẫu trầm tích trong các nghiên cứu trước tại đồng bằng sông Hồng .... Để xác định đặc điểm trầm tích cũng như mô tả chi tiết tiến trình phát tr

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Chuyên ngành: Địa chất môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN TÀI TUỆ

XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG

Giáo viên hướng dẫn Chủ tịch hội đồng chấm luận văn

thạc sĩ khoa học

TS Nguyễn Tài Tuệ PGS.TS Đinh Xuân Thành

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

Tác giả luận văn

Đặng Minh Quân

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới giáo viên hướng dẫn của mình, TS Nguyễn Tài Tuệ người đã truyền cho tôi tri thức, cảm hứng với bộ môn Địa chất Môi trường và luôn tận tình định hướng, chỉ bảo và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô trong Khoa Địa chất, Trung tâm Nghiên cứu Biển và Đảo, Phòng thí nghiệm trọng điểm Địa môi trường và Ứng phó biến đổi khí hậu đã luôn ủng hộ, tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất, thời gian trong suốt quá trình tôi thực hiện luận văn

Tôi xin cảm ơn Đề tài “Nghiên cứu xây dựng và áp dụng phương pháp hồi phục đặc điểm cổ khí hậu Holocen bằng phân tích đồng vị bền trong trầm tích ở miền Bắc, Việt Nam” (Mã số QG.16.16) thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội đã cho phép sử dụng thông tin, dữ liệu và kết quả nghiên cứu của đề tài để thực hiện luận văn

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân và bạn bè

đã luôn tin tưởng, động viên, chia sẻ và tiếp sức cho tôi trong suốt thời gian qua để có thể hoàn thiện luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Học viên

Đặng Minh Quân

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH 4

DANH MỤC BẢNG 6

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 7

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 11

1.1 Đặc điểm tự nhiên 11

1.1.1 Vị trí địa lý 11

1.1.2 Địa hình, địa mạo 12

1.1.3 Địa chất 12

1.1.4 Khí hậu 18

1.1.5 Hải văn 20

1.1.6 Biến động mực nước biển trong Holocen ở đồng bằng sông Hồng 20

1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 24

1.2.1 Xã hội 24

1.2.2 Kinh tế 25

1.2.3 Cơ sở hạ tầng 26

CHƯƠNG 2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU, PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

2.1 Lịch sử nghiên cứu 28

2.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 28

2.1.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam 32

2.2 Phương pháp luận 36

2.3 Phương pháp nghiên cứu 41

2.3.1 Phương pháp khảo sát thực địa và lấy mẫu 41

2.3.2 Phương pháp xác định tuổi trầm tích 43

2.3.3 Phương pháp phân tích độ hạt trầm tích 45

2.3.4 Phương pháp phân tích thành phần vật chất hữu cơ 46

2.3.5 Phương pháp phân tích đồng vị bền 46

2.3.6 Phương pháp xử lý số liệu 48

CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM BIẾN ĐỔI MÔI TRƯỜNG, KHÍ HẬU TRONG HOLOCEN KHU VỰC TỈNH THÁI BÌNH 50

3.1 Đặc điểm cột mẫu trầm tích 50

3.2 Đặc điểm phân bố độ hạt trong cột mẫu trầm tích 51

3.3 Đặc điểm biến đổi thành phần trầm tích trong Holocen 52

3.3.1 Giai đoạn 11.260 – 8860 năm BP (36,0 – 30,1 m) 52

3.3.2 Giai đoạn 8860 – 4020 năm BP (30,1 – 18,9 m) 53

3.3.3 Giai đoạn 4420 – 2290 năm BP (18,9 – 11,7 m) 54

3.3.4 Giai đoạn 2290 – 1720 năm BP (11,7 – 4,1 m) 54

3.3.5 Giai đoạn 1720 – 550 năm BP (4,1 – 0,5m) 54

3.3.6 Giai đoạn 550 – 0 năm BP (0,5 – 0,0m) 55

3.4 Đặc điểm biến đổi địa hóa (OM, TOC, C/N, δ13C) trong Holocen 55

3.4.1 Giá trị OM 55

3.4.2 Giá trị TOC 55

3.4.3 Tỷ số C/N 56

3.4.4 Giá trị δ13C 56

3.5 Đặc điểm biến đổi nguồn gốc vật chất hữu cơ trong Holocen 57

3.6 Đặc điểm điều kiện môi trường lắng động trầm tích trong Holocen 60

3.7 Đặc điểm biến động cường độ gió mùa trong Holocen 64

KẾT LUẬN 68

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

Tiếng Việt 70

Tiếng Anh 70

PHỤ LỤC 80

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Bản đồ địa lý tỉnh Thái Bình 11Hình 1.2 Đặc điểm cột mẫu VN 17Hình 1.3 Nhiệt độ trung bình tại các trạm quan trắc tại tỉnh Thái Bình (oC) 19Hình 1.4 Lượng mưa trung bình tại các trạm quan trắc tại tỉnh Thái Bình (mm) (Niên giám thống kê năm 2016) 19Hình 1.5 Đường cong mực nước biển về phía bờ tây biển Đông trong suốt 20 nghìn năm qua (Biswas, 1973; Tanabe, S và nnk, 2003) Các dữ liệu được sử dụng cho đường cong này bao gồm dữ liệu thềm Sunda giữa 20.000 và 11.000 năm BP (Hanebuth và nnk, 2006), eo biển Malacca giữa 11.000 và 7.000 năm BP (Geyh và nnk, 1979) và khu vực đồng bằng sông Hồng giữa 7.000 năm BP đến nay (Doãn Đình Lâm & Boyd, 2001; Tran & Ngo, 2000) 22Hình 1.6 Bản đồ chỉ ra sự phát triển đồng bằng sông Hồng trong 9.000 năm BP Đường bờ biển cổ được xác định dựa vào dữ liệu các cột mẫu, bề mặt địa chất, dữ liệu khảo cổ và phân bố độ sâu của trầm tích Pleisticene cuối – Holocene Bề mặt rừng ngập mặn dựa vào trầm tích sét rừng ngập mặn Holocene (Tanabe, S và nnk, 2003) 23Hình 1.7 Cơ cấu kinh tế tỉnh Thái Bình 26Hình 2.1 Mối liên quan giữa đặc trưng khí hậu và quá trình lắng đọng, lưu giữ các chỉ thị khí hậu trong cột trầm tích 37Hình 2.2 Mối quan hệ giữa đặc trưng cường độ gió mùa, nguồn cung cấp trầm tích đến môi trường lắng đọng trầm tích 40Hình 2.3 Sơ đồ thể hiện các đặc điểm trầm tích ở đồng bằng sông Hồng và vị trị địa

lý của cột mẫu VL-01 (trong nghiên cứu này) và cột mẫu VN trong các nghiên cứu trước đó (Li và nnk, 2006; Tanabe và nnk, 2006) 41

Hình 2.4 Hệ thống khoan máy cột mẫu trầm tích tại tỉnh khu vực Thái Bình, đồng

bằng sông Hồng 42

Hình 2.5 Tốc độ lắng đọng trầm tích cột mẫu VL-01 44

Hình 2.6 Loại bỏ carbonat trong mẫu bằng axit HCl 1N 47

Hình 2.7 Loại bỏ dung dịch nước chứa axit bằng máy li tâm 47

Hình 2.8 Mẫu trầm tích được gói trong cốc thiết sạch sau khi cân 47

Hình 2.9 Hệ thống máy phân tích khối phổ đồng vị bền Nu – Perspective 48

Hình 3.1 Hàm lượng thành phần trầm tích trong cột mẫu VL-01 52

Hình 3.2 Các thông số độ hạt trầm tích cột mẫu VL-01 53

Hình 3.3 Sự biến đổi theo độ sâu của các giá trị OM (%), TOC (%), tỉ số C/N và 13C (‰) trong cột mẫu VL-01 56

Hình 3.4 Sự tương quan tuyến tính giữa giá trị TOC và TN cho thấy hàm lượng nitơ vô cơ không đáng kể và có thể bỏ qua trong việc tính tỷ lệ C/N 57

Hình 3.5 Biểu đồ so sánh tỷ số C/N và giá trị δ13C giữa cột mẫu trầm tích VL-01 và các nguồn carbon hữu cơ 59

Hình 3.6 So sánh các kết quả cột mẫu VL-01 và các nghiên cứu khác 66

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1-1 Đặc điểm một số cột mẫu trầm tích trong các nghiên cứu trước tại đồng bằng sông Hồng 15Bảng 1-2 Mực nước và lưu lượng sông Trà Lý tỉnh Thái Bình 20Bảng 2-1 Tốc độ lắng đọng trầm tích cột mẫu VN (Li và nnk, 2006) “Tầng trầm tích

bị xáo trộn” sẽ được lựa chọn và tính toán lại 43Bảng 3-1 Đặc điểm sơ bộ cột mẫu VL-01 50

MỞ ĐẦU

Khôi phục điều kiện cổ môi trường đóng vai trò quan trọng trong dự báo và

mô phỏng biến đổi môi trường mà khí hậu trong tương lai Nhiều phương pháp nghiên cứu truyền thống và hiện đại được áp dụng để xác định đặc điểm biến đổi môi trường trên thế giới trong quá khứ như phương pháp nghiên cứu đặc điểm độ hạt, vi cổ sinh, đồng vị bền tại trầm tích hồ, châu thổ, san hô, thạch nhũ, Trong đó, các tầng trầm tích hình thành do quá trình lắng đọng, tích tụ tại các bồn trầm tích và lưu giữ những đặc điểm phản ánh nguồn gốc vật chất hữu cơ, nguồn gốc trầm tích trong suốt quá trình hình thành Bên cạnh đó, thành phần trầm tích và phân bố độ hạt phản ánh điều kiện tốc độ lắng đọng và cường độ phong hóa trong quá khứ, từ đó luận giải về địa động lực môi trường và điều kiện khí hậu trong quá khứ Do vậy, nghiên cứu cột mẫu trầm tích đóng vai trò rất quan trọng trong dự báo và mô phỏng biến động mực nước biển, biến đổi môi trường, khí hậu trong tương lai, cũng như đánh giá các tác động của hoạt động nhân sinh đến tự nhiên

Việt Nam có hai đồng bằng châu thổ rộng lớn là đồng bằng châu thổ sông Hồng và đồng bằng châu thổ sông Cửu Long dẫn đến các vùng ven biển đồng bằng châu thổ có mức độ tổn thương cao trước tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng Do vậy, dữ liệu chi tiết, chính xác về biến động môi trường, mực nước biển, khí hậu đóng vai trò vô cùng quan trọng trong quy hoạch và phát triển bền vững Trong quá khứ, phương pháp phân tích đặc điểm trầm tích đã được áp dụng để xác định đặc điểm phát triển bờ, dao động mực nước biển (Thạch và nnk, 2004), tiến hóa địa mạo đồng bằng sông Hồng (Tanabe và nnk, 2006) và tiến hóa địa mạo đồng bằng sông Cửu Long (Xue và nnk, 2010) Các phương pháp truyền thống như vi cổ sinh

đã được áp dụng để xác định các giai đoạn khí hậu nóng, lạnh trong Holocen tại đồng bằng sông Hồng (Dương & Linh, 2011) Giá trị đồng vị bền carbon (δ13C), tỷ số C/N cũng đã được áp dụng để khôi phục đặc điểm biến đổi môi trường 100 năm trong quá khứ tại cửa sông Ba Lạt (Tue và nnk, 2011) Tuy nhiên, phương pháp đồng vị bền vẫn chưa được áp dụng để xác định nguồn gốc carbon hữu cơ, biến đổi môi trường, cường độ gió mùa trong Holocen tại khu vực tỉnh Thái Bình, đồng bằng sông Hồng

Xuất phát từ thực tiễn trên, một nghiên cứu chi tiết áp dụng phương pháp đồng

vị bền xác định đặc điểm biến đổi môi trường và khí hậu trong Holocen là cần thiết

Vì vậy, luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu phục hồi đặc điểm môi trường trong

Holocen khu vực tỉnh Thái Bình bằng phương pháp đồng vị bền carbon” được

thực hiện với những mục tiêu và nhiệm vụ sau:

Câu hỏi nghiên cứu:

1 Đặc điểm biến đổi giá trị δ13C và tỷ số C/N có thể sử dụng để xác định nguồn gốc vật chất hữu cơ trong Holocen tại cột mẫu trầm tích khu vực đồng bằng sông Hồng tỉnh Thái Bình?

Mục tiêu nghiên cứu: Xác định được nguồn gốc cacbon hữu cơ và đặc điểm

lắng đọng môi trường trầm tích, đặc điểm biến đổi cường độ gió mùa trong Holocen khu vực tỉnh Thái Bình bằng phương pháp đồng vị bền

Nội dung nghiên cứu:

- Tổng quan khu vực nghiên cứu tỉnh Thái Bình, đồng bằng sông Hồng

- Xây dựng phương pháp luận phục hồi đặc điểm môi trường quá khứ trong cột mẫu trầm tích Holocen

- Xác định đặc điểm biến đổi đặc điểm môi trường, khí hậu trong Holocen khu vực tỉnh Thái Bình, đồng bằng sông Hồng

Nội dung của luận văn được trình bày trong 3 chương, không kể phần mở đầu

và kết luận như sau:

Chương 1: Tổng quan khu vực nghiên cứu

Chương 2: Lịch sử nghiên cứu, phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Đặc điểm biến đổi môi trường, khí hậu trong Holocen khu vực tỉnh Thái Bình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Đặc điểm tự nhiên

bờ biển kéo dài 50 km trong vịnh Bắc Bộ Do đó, tỉnh Thái Bình được hình thành chủ yếu là do phù sa từ hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình bồi đắp

Hình 1.1 Sơ đồ vị trí địa lý tỉnh Thái Bình

Thái Bình là tỉnh ven biển, thuộc đồng bằng châu thổ sông Hồng, nằm trong vùng ảnh hưởng của tam giác tăng trưởng kinh tế Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh Diện tích đất tự nhiên của tỉnh là 1.546,54 km2 Toàn tỉnh gồm có 8 huyện, thành phố

là: Hưng Hà, Đông Hưng, Quỳnh Phụ, Thái Thụy, Tiền Hải, Kiến Xương, Vũ Thư

và thành phố Thái Bình với tổng số 284 xã, phường, thị trấn (http://www.mpi.gov.vn) (Hình 1.1)

1.1.2 Địa hình, địa mạo

Thái Bình là một tỉnh đồng bằng có địa hình tương đối bằng phẳng với độ dốc nhỏ hơn 1%; cao trình biến thiên phổ biến từ 1 - 2 m so với mực nước biển, thấp dần

từ tây bắc xuống đông nam

Thái Bình được bao bọc bởi hệ thống sông, biển khép kín Bờ biển dài trên 50

km và 4 sông lớn chảy qua địa phận của tỉnh: phía bắc và đông bắc có sông Hóa dài 35,3 km, phía bắc và tây bắc có sông Luộc (phân lưu của sông Hồng) dài 53 km, phía tây và nam là đoạn hạ lưu của sông Hồng dài 67 km, sông Trà Lý (phân lưu cấp 1 của sông Hồng) chảy qua giữa tỉnh từ tây sang đông dài 65 km Đồng thời có 5 cửa sông lớn (Văn Úc, Diêm Điền, Ba Lạt, Trà Lý, Lân) Tổng chiều dài các con sông, ngòi của Thái Bình lên tới 8492 km, mật độ bình quân từ 5–6 km/km2 Hướng dòng chảy của các con sông đa số theo hướng tây bắc xuống đông nam Phía bắc, đông bắc Thái Bình còn chịu ảnh hưởng của sông Thái Bình Các sông này đều chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều, mùa hè mức nước dâng nhanh, lưu lượng lớn, hàm lượng phù sa cao, mùa đông lưu lượng giảm nhiều, lượng phù sa không đáng kể Nước mặn ảnh hưởng sâu vào đất liền (15-20 km) (https://thaibinh.gov.vn)

1.1.3 Địa chất

Đồng bằng châu thổ sông Hồng được bao quanh bởi các dãy núi đá kết tinh tuổi Tiền Cambri đến các đá trầm tích tuổi Paleozoi - Mesozoi, và nằm trong bể trầm tích Neogen kéo dài theo hướng đông bắc-tây nam 500 km và rộng 50-60, bị khống chế bởi các đứt gãy cùng phương (Mathers và nnk, 1996; Mathers & Zalasiewicz, 1999) Toàn bộ lưu vực sông Hồng được phủ đầy bởi lớp trầm tích Neogen và Đệ tứ

có độ dày hơn 3 km, tốc độ sụt lún là 0,04-0,12 mm/năm (Mathers và nnk, 1996; Mathers & Zalasiewicz, 1999; Tran & Dinh, 2000) Các trầm tích Neogen được phủ không chỉnh hợp bởi các trầm tích Đệ tứ có thành phần chủ yếu là cát, sỏi, bùn và sét

Từ sau thời kỳ băng hà cuối cùng, các thành tạo Đệ tứ gồm ba hệ tầng: hệ tầng Vĩnh Phúc, hệ tầng Hải Hưng và hệ tầng Thái Bình theo thứ tự tăng dần (Mathers và nnk, 1996; Tanabe và nnk, 2003b; Tanabe, S và nnk, 2003) Để xác định đặc điểm trầm tích cũng như mô tả chi tiết tiến trình phát triển của đồng bằng châu thổ sông Hồng, các nghiên cứu trước đã thực hiện lấy các lỗ khoan từ 0,5-70 m để phân tích đặc điểm trầm tích và xác định tuổi bằng phương pháp đồng vị phóng xạ 14C tại các tỉnh Nam Định, Hà Nội, Hải Dương, Thái Bình, và khu vực ven đồng bằng sông Hồng được

mô tả cụ thể tại Bảng 1-1 Trầm tích Holocen châu thổ sông Hồng được phân chia thành hai hệ tầng: hệ tầng Hải Hưng có tuổi Holocen sớm-giữa (Q21-2) và hệ tầng Thái Bình có tuổi Holocen muộn (Q2 ) (Mathers và nnk, 1996; Tanabe và nnk, 2003b; Tanabe, S và nnk, 2003)

Chiều dày trầm tích hệ tầng Hải Hưng có xu hướng tăng dần theo hướng tây bắc-đông nam và phân bố theo các trũng có hướng tây bắc-đông nam: trũng Phủ Lí-Hoài Đức và trũng Tứ Lộc-Hải Dương Trong phạm vi trũng Phủ Lí-Hoài Đức, các thành tạo Hải Hưng có chiều dày tăng dần từ rìa ngoài vào trung tâm, dao động từ 1-

2 m đến 20-25 m, chiều dài khoảng 65-70 km và chiều rộng khoảng 15-20 km mở rộng dần ra phía biển Trũng Tứ Lộc-Hải Dương có chiều dài ngắn hơn, chỉ khoảng 40-45 km, chiều rộng 15-17 km, trải rộng ra phía biển Tại vùng ven biển, các trầm tích hệ tầng Hải Hưng có chiều dày dao động từ 15-20 m đến 30-35 m Trong khi đó, tại vùng trung tâm đồng bằng như vùng Thanh Miện-Hải Dương, Tiên Lữ, Phủ Cừ- Hưng Yên, chiều dày trầm tích Hải Hưng khá mỏng, từ 8-10 đến 12 m, phân bố trên diện khá rộng, bề mặt tương đối bằng phẳng

Kết quả phân tích cổ sinh, đặc điểm thành phần vật chất cùng các số liệu tuổi tuyệt đối cho thấy hệ tầng Hải Hưng được hình thành trong thời gian Holocen sớm-giữa (Trần Đức Thạnh, 1993) Chiều dày trầm tích hệ tầng Hải Hưng dao động từ 2-

5 m tại vùng ven biển, 15-20 m tại vùng trung tâm đồng bằng và 30-35 m tại vùng ven biển

Hệ tầng Thái Bình

Trầm tích hệ tầng Thái Bình hình thành trong giai đoạn cuối thời kì biển lùi (từ 3.000 năm trước đến nay), gồm các thành tạo sông hoạt động, hồ-đầm lầy ven biển, châu thổ và biển, nằm phủ lên trên các trầm tích hệ tầng Hải Hưng Chiều dày trầm tích hệ tầng Thái Bình dao động từ 1-2 m tại vùng ven rìa bắc, tây bắc và tây nam đến 15-20 m tại vùng ven biển Tại vùng Sơn Tây, trầm tích hệ tầng Thái Bình

có chiều dày từ 0 đến 5-10 m Các điểm có chiều dày lớn của thành tạo hệ tầng Thái Bình trong khu vực này có liên quan đến quá trình hoạt động đào khoét và bồi lấp của sông Các điểm này phân bố dưới dạng tuyến theo phương tây bắc-đông nam Điều này chứng tỏ hoạt động mạnh mẽ của lòng sông Hồng trong thời gian cuối Holocen giữa-đầu Holocen sớm Tại vùng nam Hà Nội, trầm tích hệ tầng Thái Bình

có chiều dày trung bình 5-7 m, có nơi đạt 15-20 m Trũng nam Hà Nội có phương đông bắc-tây nam

Chiều dày của các thành tạo hệ tầng Thái Bình tăng nhanh tại vùng ven biển

từ nam Hưng Yên trở ra Trong phạm vi vùng ven biển có một số trũng nhỏ mà tại

đó, các trầm tích hệ tầng Thái Bình có chiều dày khá lớn Trầm tích Thái Bình phổ biến trên hầu khắp diện tích châu thổ sông Hồng Tổ hợp cổ sinh và các số liệu tuổi tuyệt đối đã xác lập thời gian thành tạo của các trầm tích hệ tầng Thái Bình là Holocen muộn (Ky, 1989) Một số đặc điểm trầm tích trong các lõi khoan trầm tích nghiên cứu trước được liệt kê chi tiết dưới Bảng 1-1

Một số vùng trũng kéo dài từ Nam Định, Hà Nam và đến Hà Nội bề dày trầm tích thường có thể 50-70m Tại khu vực Kiến Xương (Thái Bình), lớp trầm tích dày khoảng 40m (Tanabe và nnk, 2006) Lớp trầm tích chuyển giao giữa Holocen muộn

và Pleistocen sớm là lớp trầm tích cát bùn màu xám xanh đến xám sẫm chứa ít mùn thực vật màu nâu đen (Thành, 2016) Vì vậy, cột mẫu trầm tích trong Holocen sẽ được khoan sâu đến khi gặp lớp trầm tích màu xám xanh thì kết thúc

Bảng 1-1 Đặc điểm một số cột mẫu trầm tích trong các nghiên cứu trước tại

Nam

Định

ND-1 Các nhóm trầm tích

bao gồm: các trầm tích sông hoạt động, trầm tích cửa sông, trầm tích châu thổ

70 m 14.950±580

năm BP

(Tanabe

và nnk, 2003)

HV Nhóm trầm tích biển

nông Pleaitocen muộn

và nhóm trầm tích châu thổ

32 m 4410±40

năm BP

(Tanabe

và nnk, 2006)

Hà Nội CC Nhóm trầm tích chủ

yếu là trầm tích cửa sông và trầm tích châu thổ

29,4

m

8490±40 năm BP

(Hori và nnk, 2004)

m

7204±54 năm BP

(Funabiki

và nnk, 2007)

20 m 21069±292

năm BP

cửa sông và các nhóm trầm tích Holocen châu thổ sông Hồng

Thái

Bình

VN Nhóm trầm tích chủ

yếu là trầm tích cửa sông và trầm tích châu thổ

35 m 9210±40

năm BP

(Tanabe

và nnk, 2006) Ven

năm BP

NP Nhóm trầm tích bao

gồm trầm tích Pleistocen, trầm tích cửa sông và trầm tích châu thổ

70m 12031

năm BP tại 62m

(Duong, 2009)

Những nghiên cứu trước đây đã sử dụng nhiều cột mẫu trầm tích trải khắp đồng bằng sông Hồng từ Hà Nội (đỉnh đồng bằng) ra đến ven đồng bằng sông Hồng (các tỉnh Thái Bình, Nam Định) để nghiên cứu sự phát triển địa mạo, sự biến động mực nước biển của đồng bằng sông Hồng qua các tướng trầm tích Nhìn chung, tướng trầm tích của đồng bằng sông Hồng tuân theo chu kỳ bao gồm 4 tướng trầm tích chính: Nhóm 0 - Tướng trầm tích biển nông Pleistocen muộn, Nhóm 1 - Tướng trầm tích sông, Nhóm 2- Tướng trầm tích cửa sông, Nhóm 3- Tướng trầm tích châu thổ (Tanabe và nnk, 2006) Cột mẫu VN được thực hiện bởi Tanabe và cộng sự vào năm

2006 được khoan tại khu vực tỉnh Thái Bình Hai nhóm trầm tích được xác định trong cột mẫu VN theo thứ tự tăng dần (Hình 1.2): nhóm trầm tích 2 là trầm tích cửa sông, nhóm trầm tích 3 là nhóm trầm tích châu thổ

Nhóm trầm tích 2: Chiều sâu tầng mẫu: 35,0 – 29,8 m

Đặc trưng của tướng này là

màu xám đỏ Phần lớn trầm tích bị xáo

trộn, nhưng những lớp cát mịn, lớp sét

mỏng vẫn giữ được kiến trúc thấu kính

mờ nhạt dày 3-8 mm Phần dưới của

cột mẫu VN, từ 32,5-33 m, các lớp

trầm tích mỏng 3-5 mm được bảo

quản Lớp cát mịn dày 3-10 mm biến

đổi và hình thành phân lớp dạng thấu

kính Đường ranh giới giữa các lớp

bùn rõ ràng Trong khi đó, phía trên

cột mẫu, lớp trầm tích chuyển dần

sang lớp sét Lớp động vật hai mảnh

vỏ dày 2-3 cm như các loài

Potamocorbula laevis và Corbicula

fluminea Mảnh vụn thực vật và thân

cây nằm rải rác trong tướng này

Tuổi 14C dao động từ 8,1 đến

9,2 nghìn năm BP Môi trường trầm

tích của nhóm này bao gồm trầm tích

bãi dưới triều và bãi gian triều

Ammonia beccarii Từ độ sâu 18,7-11,5 m, thành phần trầm tích bao gồm các lớp sét

mỏng màu xám đỏ hoặc đen Thành phần độ hạt tăng dần lên trên cột mẫu Các lớp

Hình 1.2 Đặc điểm cột mẫu VN (Tanabe và nnk, 2006)

cát mịn và bùn có độ chọn lọc cao, độ dày từ 1-10 cm, thường xen lẫn lớp sét Xuất hiện nhiều lỗ hổng trong trầm tích, vỏ động vật thân mềm, vỏ cua, mảnh vụn thực vật, đá vôi kết hạch

Độ sâu từ 11,5-3,0 m, trầm tích gồm các phân lớp cát và bùn mỏng Thành phần độ hạt thay đổi từ cát có độ chọn lọc tốt đến sét pha cát có độ dày lần lượt 5-65

cm và 30-90 cm Phân lớp cát dày và cấp độ hạt tăng dần lên trên cột mẫu từ rất mịn đến trung bình Các phân lớp song song với góc dốc nhỏ Các lớp sét pha cát có màu tối do chứa các mảnh vụn thực vật

Từ 3,0-0,5 m, thành phần bao gồm các phân lớp cát mịn xen kẽ lớp than bùn

có độ dày 1-5 cm Các lỗ hổng trong trầm tích dạng ống có đường kính khoảng 2 mm, kiến trúc dạng ống từ 3 đến 10 mm xuất hiện ở lớp sét

Độ sâu từ 0,5-0,0 m, trầm tích bao gồm phân lớp sét lốm đốm đỏ nâu, tương ứng với lớp đá ong phong hóa tại đồng bằng bồi tích và đê tự nhiên trên bề mặt vị trí cột mẫu Rễ phụ thực vật với cặn sắt và thạch anh kết tinh phổ biến trong độ sâu này

Tuổi 14C dao động từ 1,8 đến 8,1 nghìn năm BP Môi trường trầm tích của nhóm này bao gồm trầm tích thềm và sườn châu thổ, tiền châu thổ dốc, tiền châu thổ, trầm tích bãi dưới triều, đồng bằng bồi tích và đất bề mặt

1.1.4 Khí hậu

Thái Bình nằm trong vùng khí hậu cận nhiệt đới ẩm: mùa hè nóng ẩm, mưa nhiều từ tháng 5 đến tháng 9; mùa đông khô lạnh từ tháng 11 năm trước đến tháng 3 năm sau; tháng 10 và tháng 4 là mùa thu và mùa xuân tuy không rõ rệt như các nước nằm phía trên vành đai nhiệt đới

Nhiệt độ trung bình cao nhất xấp xỉ 30oC vào mùa hè khoảng từ tháng 5 đến tháng 8 Mùa đông nhiệt độ hạ thấp xuống 15oC trong giai đoạn từ tháng 1 đến tháng

3 (Hình 1.3) Tỉnh Thái Bình nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, nên hàng năm đón nhận một lượng mưa lớn (1.700-2.200mm), lại là vùng bị chia cắt bởi các con sông

lớn, đó là các phân lưu của sông Hồng, trước khi chạy ra biển Mùa mưa thường bắt đầu từ tháng 6 đến tháng 10 (Hình 1.4)

Hình 1.3 Nhiệt độ trung bình tại các trạm quan trắc tại tỉnh Thái Bình ( o C)

(Niên giám thống kê năm 2016)

Hình 1.4 Lượng mưa trung bình tại các trạm quan trắc tại tỉnh Thái Bình

(mm) (Niên giám thống kê năm 2016)

Tháng 3

Tháng 4

Tháng 5

Tháng 6

Tháng 7

Tháng 8

Tháng 9

Tháng 10

Tháng 11

Tháng 12

Tháng 3

Tháng 4

Tháng 5

Tháng 6

Tháng 7

Tháng 8

Tháng 9

Tháng 10

Tháng 11

Tháng 12

1.1.5 Hải văn

Thái Bình làm một vùng đất có hệ thống sông ngòi chằng chịt và tiếp giáp với Biển Hệ thống sông tự nhiên chủ yếu hình thành từ dòng chảy chính hoặc phân lưu của sông Hồng Các sông chính tỉnh Thái Bình bao gồm: sông Hồng, sông Luộc, sông Hóa, sông Trà Lý chảy ra cửa biển và chia đôi tỉnh Thái Bình thành 2 khu vực Bắc, Nam (Bảng 1-2), sông Diên Hộ

Bảng 1-2 Mực nước và lưu lượng sông Trà Lý tỉnh Thái Bình

(Niên giám thống kê 2016) Đơn vị tính 2012 2013 2014 2015 2016 Mực nước sông Trà Lý cm

1.1.6 Biến động mực nước biển trong Holocen ở đồng bằng sông Hồng

Mực nước biển tại đồng bằng sông Hồng đã được nghiên cứu dựa trên phương pháp phân tích độ hạt và hệ tầng trầm tích Mực nước biển tại thời điểm 8.000-7.000 năm BP bằng mực nước biển ngày nay; sau đó dâng cao khoảng 2-3 m từ 6.000-4.000

năm BP so với mực nước biển hiện tại và có xu hướng dâng chậm dần (Hình 1.5) Mực nước biển thời điểm 4.000 năm BP đến nay rút dần và thấp hơn mực nước biển ngày nay Kết quả nghiên cứu biến động mực nước biển của Tanabe và công sự cho thấy, biến đổi mực nước biển đồng bằng sông Hồng có thể chia ra làm 3 giai đoạn: giai đoạn I (9.000-6.000 năm BP), giai đoạn II (6.000-4.000 năm BP), giai đoạn III (4.000 năm BP đến nay)

Trong giai đoạn I, mực nước biển đã tăng từ 15 m dưới mực nước biển ngày nay đến 3 m, cao hơn so với mức hiện tại với tốc độ 6 mm/ năm Trong giai đoạn II, mực nước biển ổn định Trong giai đoạn III, mực nước biển giảm từ 3 m so với mức hiện tại đến ngày nay với tốc độ trung bình của 0,6701 mm/ năm (Tanabe, S và nnk, 2003)

Giai đoạn I (9.000 – 6.000 năm BP)

Trong giai đoạn này, các thung lũng ngập nước của đồng bằng sông Hồng (Hình 1.6A và B) được lấp đầy chủ yếu bởi trầm tích ven sông và các khu vực rộng lớn hiện nay được bao phủ bởi hệ thống rừng ngập mặn Đây là kết quả của sự gia tăng mực nước biển sau giai đoạn băng hà cuối cùng (Hình 1.6A-D)

Các thung lũng ngập nước của đồng bằng sông Hồng đã được lấp đầy bởi các quá trình trầm tích sau đây: từ 10.000-9.000 năm BP, tích tụ trầm tích ven sông trong vùng lân cận của Hà Nội đã được tăng cường do tốc độ của mực nước biển dâng giảm dần Vị trí các cột mẫu DT và ND-1 trong giai đoạn này là bãi dưới triều-bãi gian triều Giai đoạn 9.000-7.000 năm BP, một thể trầm tích (bãi bồi cửa sông) nhanh chóng di chuyển và lấp đầy thung lũng, các vùng lân cận của Hà Nội về phía Vịnh Bắc Bộ (Hình 1.6A-C) Kết quả là, vị trí cột DT đã nhanh chóng được phủ bởi trầm tích lòng sông lấp đầy chịu tác động của thủy triều trong giai đoạn này Từ 7.000-6.000 năm BP, bờ biển cổ di chuyển từ vị trí cột mẫu DT về phía cột mẫu ND-1 (Hình 1.6C-D) Kết quả là, cột mẫu ND-1 thay đổi từ môi trường sườn châu thổ sang môi trường tiền châu thổ Các thung lũng ngập nước đồng bằng sông Hồng đã được lấp đầy hoàn toàn trong giai đoạn 6.000 năm BP (Hình 1.6D) Lớp trầm tích dày (tướng

trầm tích đầm phá) trong lõi DT là kết quả của sự gia tăng tổng thể mực nước biển trong giai đoạn này Từ 8.000-6.000 năm BP, rừng ngập mặn phát triển hướng vào

bờ do mực nước biển tăng lên, nhưng các tướng tiếp nối của đất sét rừng ngập mặn Holocen và sự phân bố của các thềm biển giữa Holocen (Hình 1.6F) chỉ ra rằng đường

bờ biển cổ ổn định trong vùng lân cận các vị trí HH và GL tại Ninh Bình (Hình D)

1.6B-Hình 1.5 Đường cong mực nước biển về phía bờ tây biển Đông trong suốt 20 nghìn năm qua (Biswas, 1973; Tanabe, S và nnk, 2003) Các dữ liệu được sử dụng cho đường cong này bao gồm dữ liệu thềm Sunda giữa 20.000 và 11.000 năm BP (Hanebuth và nnk, 2006), eo biển Malacca giữa 11.000 và 7.000 năm BP (Geyh và nnk, 1979) và khu vực đồng bằng sông Hồng giữa 7.000 năm BP đến nay (Doãn Đình Lâm & Boyd, 2001; Tran & Ngo, 2000)

Trầm tích sét tại rừng ngập mặn trong Holocen được bồi tụ tại các vị trí cột mẫu HH, GL, PN và tại Ninh Bình giữa 8.000 và 5.000 năm BP (Doãn Đình Lâm & Boyd, 2001; Tran & Ngo, 2000) Dọc theo sông Mã, đường bờ biển cổ xuất hiện gần nơi khảo cổ học tại gần Đa Bút trong khoảng 7.000-6.000 năm BP

Hình 1.6 Sơ đồ mô tả sự tiến hóa đồng bằng sông Hồng trong 9.000 năm BP Đường bờ biển cổ được xác định dựa vào dữ liệu các cột mẫu, bề mặt địa chất,

dữ liệu khảo cổ và phân bố độ sâu của trầm tích Pleisticene cuối – Holocene Bề mặt rừng ngập mặn dựa vào trầm tích sét rừng ngập mặn Holocene (Tanabe, S

và nnk, 2003)

Giai đoạn II (9.000 – 6.000 năm BP)

Trong giai đoạn này, phần lớn khu vực châu thổ bồi tích được bao phủ bởi rừng ngập mặn do mực nước biển ổn định (Tanabe, S và nnk, 2003) Rừng ngập mặn

và các bờ biển cổ di chuyển vài kilomet về phía biển do sự bồi đắp trầm tích từ phụ lưu của sông Hồng (Hình 1.6D và E) Kết quả của việc đường bờ biển di chuyển, cột mẫu ND-1 thay đổi từ môi trường tiền châu thổ sang đồng bằng lấn biển Hàng loạt bãi bồi ven biển mở rộng sang vị trí ND-1 từ khoảng 4.900 năm BP Vì vậy, vị trí ND-1 xuất hiện cách đây khoảng 5 nghìn năm

Giai đoạn III (4.000 năm BP)

Trong giai đoạn này, các khu vực rộng lớn được bao phủ bởi các khu rừng ngập mặn nổi lên như thềm biển giữa Holocen trong giai đoạn đầu, là kết quả mực nước biển nhanh chóng giảm trong giai đoạn III (Hình 1.6F) Các khu rừng ngập mặn nổi lên trong 4 nghìn năm qua Các bậc thềm phía đông bắc và tây nam của vùng đồng bằng châu thổ trước đây được bao phủ bởi các bãi triều ngừng hoạt động/bãi lạch triều (hệ thống thủy triều chiếm ưu thế) hoặc kênh tự nhiên/đồng bằng bồi tích (hệ thống sông ngòi thống trị) (Hình 1.6F) (Mathers & Zalasiewicz, 1999)

Đồng bằng lấn biển, bãi bồi (hệ thống sóng thống trị) được phát triển tại các cửa sông Hồng (Hình 1.6F) Các bờ biển lấn dần từ vị trí cột mẫu ND-1 đến vị trí hiện tại của nó với tốc độ >10 m/năm Tuy nhiên, tại các cửa sông Thái Bình không

có hiện tượng lấn dần ra phía biển Sự khác biệt này có thể là do sự khác biệt trong khối lượng trầm tích đổ ra biển giữa các sông Các phân lưu sông Hồng chứa hơn 80

% tổng lưu lượng nước và trầm tích, lớn hơn nhiều so với các phân lưu sông Thái Bình

1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội

1.2.1 Xã hội

Dân số Thái Bình năm 2016 ước tính khoảng 1 triệu 586 ngàn người với mật

độ dân số 1.128 người/km2; Trong đó dân số thành thị chiếm 10.5%, dân số nông

thôn chiếm 89.5% Tỷ lệ nam nữ khoảng 1.06 nam/1.00 nữ Bình quân nhân khẩu là 3,75 người/hộ; tỷ lệ phát triển dân số tự nhiên hiện nay là 1,02% (Niên giám thống

kê năm 2016)

Nguồn lao động trong độ tuổi: 1 triệu 73 ngàn người Trong đó lao động trong khu vực nông, lâm nghiệp chiếm 74,3%, công nghiệp và xây dựng chiếm 17%, khu vực dịch vụ - thương mại chiếm 8,7% Lao động qua đào tạo chiếm 23,5% (Công nhân kỹ thuật và nghiệp vụ 13,5%; Trung cấp 5,5%; Cao đẳng, đại học và trên đại học 4,5%)

Hiện toàn tỉnh có 54.399 hộ nghèo (chuẩn theo giai đoạn 2006-2010) Theo số liệu khảo sát và thẩm định, hiện toàn tỉnh có 2379 hộ nghèo, hộ chính sách nhà ở dột nát, xuống cấp và chưa có nhà ở (http://www.mpi.gov.vn)

1.2.2 Kinh tế

Tổng số giá trị sản xuất tỉnh Thái Bình đạt 138.122 tỷ Việt Nam đồng Trong

đó, nông, lâm nghiệp và thủy sản chiếm 24.65%, công nghiệp và xây dựng đạt 53.11%, dịch vụ đóng góp 22.24% (Hình 1.7)

Tổng sản phẩm GDP của tỉnh năm 2010 ước đạt 11.420 tỷ đồng Tốc độ tăng trưởng GDP bình quân 5 năm (2006-2010) đạt 12,05%/năm, cao hơn 4,85%/năm so với bình quân giai đoạn 2001-2005 (+7,2%/năm) Trong tốc độ tăng trưởng 12,05% thì khu vực nông, lâm nghiệp và thuỷ sản đóng góp 1,95%; khu vực công nghiệp và xây dựng đóng góp 6,2%; khu vực dịch vụ đóng góp 3,9%

Cơ cấu kinh tế (GDP- theo giá hiện hành) có sự chuyển dịch theo hướng tích cực: Tỷ trọng ngành nông, lâm, ngư nghiệp trong GDP giảm từ 41,8% năm 2005 xuống còn 33% năm 2010 (giảm 8,8%); tương tự tỷ trọng ngành công nghiệp-xây dựng tăng từ 24,05% lên 33,0% (tăng 8,95%), ngành dịch vụ từ 34,15% còn 34% (giảm 0,15%) Bình quân GDP đầu người (tính theo giá hiện hành) tăng khá nhanh,

từ 6,09 triệu đồng/người (386 USD) năm 2005 lên 16,2 triệu đồng (850 USD) năm

2010, gấp 2,66 lần so với năm 2005 (trừ trượt giá thì gấp 1,16 lần) (http://www.mpi.gov.vn)

Hình 1.7 Cơ cấu kinh tế tỉnh Thái Bình 1.2.3 Cơ sở hạ tầng

Hệ thống cơ sở hạ tầng tỉnh Thái Bình được phát triển đồng bộ gồm hệ thống giao thông, năng lượng, bưu điện, hạ tầng dịch vụ, thủy lợi và cơ sở giáo dục,…

Giao thông

+ Đến năm 2007, hệ thống đường bộ bao gồm 4.079 km đường các loại, 5 bến phà (phà Bến Hiệp, phà Cống Vực, phà Tịnh Xuyên, phà Thái Hạc, phà Cổn Nhất),

3 bến xe liên tỉnh và 14 bến xe liên huyện

+ Thái Bình có cảng biển Quốc gia Diêm Điền đáp ứng được tàu 400-600 tấn lưu thông Một số bến hàng hoá nhỏ là bến Hiệp trên sông Luộc, các bến Vực, Trà

Lý, Thái Phúc, Ngũ Thôn trên sông Trà Lý chỉ cho phép tàu thuyền có trọng tải dưới

200 tấn chạy được Đường biển (từ cửa sông Hoá đến cửa Ba Lạt) dài 56 km và có 5 cửa sông (cửa Trà Lý-sông Trà Lý, cửa Diêm Hộ-sông Diêm Hộ, cửa Thái Bình-sông Hoá, cửa Lân- sông Kiên Giang, cửa Ba Lạt-sông Hồng)

Hệ thống năng lượng

Ngành điện lực, công suất cực đại 178,5MW, năm 2010: toàn tỉnh đạt 130 MW

Hệ thống bao gồm: 01 nguồn cung cấp điện có 1 trạm 220/110/10KVA-125 MVA Thái Bình (Đặt tại Nguyên Xá Đông Hưng), 5 trạm (7 máy) 110 KVA, 19 trạm 35/10KV

24.65%

53.11%

Công nghiệp và xây dựngDịch vụ

và 281 trạm 35/0,4 KV và 1452 trạm 10/0,4 KV, hệ thống đường dây có 3 lộ 220 KV dài 146 Km, 119,6 Km đường 110KV, 358 Km dây 35 KV, 1362 Km dây 10KV và 5.020 Km dây hạ thế

Hệ thống thủy lợi

Hệ thống thủy lợi tỉnh Thái Bình bao gồm 584 Km đê, 89 Km kè, 244 cống dưới đê, 1183 trạm bơm điện tổng công suất 280M3/h, 1936 Km sông dẫn, 1953 cống đập nội đồng, hơn 8200 Km kênh mương Hệ thống giúp cung cấp nước sinh hoạt và tưới tiêu nông nghiệp thường xuyên (http://www.sokhdt.thaibinh.gov.vn)

CHƯƠNG 2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU, PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Lịch sử nghiên cứu

2.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Biến đổi môi trường và khí hậu trong Holocen đóng vai trò quan trọng trong duy trì và phát triển xã hội hiện đại Do đó, trên thế giới đã áp dụng đa dạng các phương pháp nhằm nghiên cứu sự biến động môi trường và khí hậu trong cột mẫu trầm tích trong quá khứ như phương pháp phân tích đặc điểm trầm tích (Abbott và nnk, 2000; Liu và nnk, 2016), phân tích bào tử phấn hoa, tảo (Rosén và nnk, 2001), phân tích vòng vân gỗ (Buckley và nnk, 2010), phân tích địa hóa (Minyuk và nnk, 2007), phân tích đồng vị bền trong trầm tích (Anderson, 2011; Anderson và nnk, 2001) và trong san hô (Gorman và nnk, 2012; Xiangjun & Yinshuo, 1991),

Kết quả nghiên cứu trầm tích hồ

Phương pháp phân tích đặc điểm trầm tích trong cột mẫu trầm tích hồ được áp dụng phổ biến trong những năm gần đây Các lớp trầm tích hồ lắng đọng theo thời gian phản ánh điều kiện môi trường lắng đọng trầm tích và tốc độ lắng đọng trầm tích Tám cột mẫu trầm tích tại hồ Alaska được sử dụng phương pháp phân tích đặc điểm trầm tích để nghiên cứu biến động mực nước hồ trong quá khứ Kết hợp với phương pháp phân tích đồng vị 14C, nghiên cứu đã chỉ ra rằng mực nước hồ cao hơn 18m trong giai đoạn 12700-12000 năm, mực nước có xu hướng giảm nhẹ và giữ nguyên trong khoảng 14-17m (11600-10600 năm), tiếp tục giảm mạnh xuống 6-9m tại thời điểm năm 8800 và xuống thấp nhất 2-6m vào năm 4800 (Abbott và nnk, 2000) Sự khác biệt về lắng đọng tướng trầm tích cát tại hồ Shelby chỉ ra những trận bão lớn cấp 4-5 xảy ra trong giai đoạn 3200-3000, 2600, 2200, 1400, 800 năm, với tần suất xuất hiện khoảng 600 năm (Liu & Fearn, 1993) Sự phân bố độ hạt và thành phần trầm tích trong hồ được sự dụng để quan trắc mực tại hồ trong quá khứ Cột mẫu trầm tích 8,5m với được chia nhỏ các đoạn 1cm để quan trắc sự biến động mực nước hồ Dali tại trung tâm Mông Cổ, nghiên cứu đã cho thấy sự biến động của nước

hồ được chia làm 5 giai đoạn khác nhau: Giai đoạn 1 (11500-9800 năm BP) mực nước hồ không ổn định có sự tăng giảm mạnh và liên tục; Giai đoạn 2 (9800-7100) mực nước hồ ổn định ở mực nước cao; Giai đoạn 3 (7100-3650) mực nước hồ giảm xuống thấp và không xuất hiện thay đổi lớn trong giai đoạn này; Giai đoạn 4 (3650-1800) mực nước hồ tăng nhanh và giảm dần với tốc độ chậm cho đến ngày nay (Xiao

và nnk, 2009)

Các chỉ thị về đặc điểm trầm tích, bào tử, phấn hoa, đồng vị bền… được sử dụng rộng rãi trong trầm tích hồ để phục hồi đặc điểm khí hậu trong Holocen Vào đầu thế kỷ 21, điều kiện khí hậu Holocen được khôi phục tại cột mẫu trầm tích từ hồ núi lửa (Sjuodjijaure) phía Bắc Thụy Điển áp dụng phương pháp nghiên cứu tảo biển

và bào tử phấn hoa Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, khoảng những năm 8500, 8200

và 7600 là giai đoạn khí hậu lạnh Tuy nhiên, năm 7300, hiện tượng khí hậu ấm dần lên được ghi nhận (Rosén và nnk, 2001) Giá trị δ18O dao động trong khoảng -6,1‰ đến -5,4‰ trong khoảng 8900-8500 năm BP cho thấy lượng hơi nước bốc hơi giảm mạnh tại hồ Loch Avolla và Loch Gealáin phía Tây Ireland trong giai đoạn lạnh, khô này (Holmes và nnk, 2016) Sự biến động giá trị δ18O cũng phản ánh lượng mưa trong mỗi giai đoạn nghiên cứu Khoảng thời gian từ năm 10.000 đến năm 8000, giá trị

δ18O có xu hướng giảm cho thấy lượng mưa tăng dần hoặc giảm lượng tuyết rơi Ngược lại, khoảng 8000 đến 3500 năm, giá trị δ18O trong trầm tích hồ tại trung tâm núi đá ở Hoa Kỳ có xu hướng tăng dần cho thấy nhiệt độ trung bình mùa hè giảm dần kéo theo lương mưa ít hơn và tuyết rơi có xu hướng tăng dần lên (Anderson, 2011) Nghiên cứu về sự dao động giá trị δ18O trong trầm tích hồ Salpetén phía bắc Guatemala cũng cho thấy sự tương đồng giữa xu hướng tăng giá trị δ18O sẽ phản ánh giai đoạn lượng mưa giảm đột ngột vào những giai đoạn 3300, 2900, 500 và 200 năm

BP và những giai đoạn khô hạn 1500 và 800 năm BP (Rosenmeier và nnk, 2016) Giá trị C/N, δ13C, δ15N được sử dụng để nghiên cứu sự đóng góp vật chất hữu cơ từ thực vật bậc cao trên cạn tại hồ Victoria phía Tây Phi và chỉ ra giai đoạn lũ lụt lớn cùng với khí hậu ẩm ướt trong khoảng thời gian 15200 năm BP (Talbot & Lærdal, 2000)

Sự biến đổi giá trị 13C của vật chất hữu cơ trong cột trầm tích hồ Wunglungu (Trung

Quốc) giải thích sự biến đổi thành phần thực vật từ C4 (đồng cỏ) sang thực vật C3

(Savan sa mạc), tương ứng với sự biến đổi điều kiện môi trường từ nóng ẩm sang khô (Liu và nnk, 2008) Cột mẫu trầm tích từ hồ Nattmalsvatn phía Bắc Na Uy lắng đọng trong khoảng 15000 năm BP, giá trị TOC xấp xỉ 45% và giá trị LOI550> 60% Tuy nhiên, giá trị TOC và LOI550 không có mối quan hệ tuyến tính và rất khó để luận giải trong các điều kiện khí hậu cụ thể (Janbu và nnk, 2011)

Kết quả nghiên cứu trầm tích đồng bằng châu thổ

Bằng phương pháp định tuổi đồng vị 14C trong cột mẫu trầm tích tại đồng bằng trẻ Dunabe, khu vực Địa Trung Hải, đường bờ cột cổ đã được xác định lại từ 5200 năm BP Dao động mực nước biển Đen được xác định bằng phương pháp phân tích đặc điểm độ hạt cột mẫu trầm tích trong giai đoạn giữa Holocen đạt 15m Trong giai đoạn 5000 năm BP, mực nước biển dao động trong khoảng -2.0 và +1.5m so với mực nước biển hiện tại (Giosan và nnk, 2006) Dựa vào đặc điểm phân bố kích thước độ hạt và thành phần khoáng vật trong trầm tích đồng bằng châu thổ, biến động mực nước biển tại Tây Phi được xác định chia ra làm 2 giai đoạn chính: Giai đoạn I (10,000-8,000 năm), mực nước biển dâng với tốc độ thấp tại Tanzania, giai đoạn II (khoảng 8,000 năm), nguồn gốc trầm tích chủ yếu từ trong lục địa và mực nước biển

ổn định như hiện tại (Liu và nnk, 2016) Nghiên cứu phân bố đặc điểm độ hạt trong cột mẫu trầm tích tại khu vực ven biển vịnh Mexico có thể xác định cường độ và tần suất bão trong quá khứ (Liu & Fearn, 2000) Bằng phương pháp trên, cột mẫu trầm tích tại đồng bằng Mississippi xác định được tốc độ sụt lún đạt 1mm/năm dẫn đến mực nước đạt -2m trong khoảng 8000 năm BP và tăng lên gần 2m trong giai đoạn 6000-4000 năm BP so với hiện tại (Törnqvist và nnk, 2004) Các khoáng vật trong trầm tích sét tại khu vực châu thổ Đông Nam Trung Quốc được nghiên cứu để xác định nguồn gốc và quá trình trầm tích nhằm đánh giá sự tiến triển của gió mùa Đông

Á trong 2000 năm qua (Liu và nnk, 2003) Nghiên cứu tổng quát về cột mẫu trầm tích tại 31 địa điểm khu vực Trung Quốc bằng phương pháp phân tích bào tử phấn hoa đã xác định sự biến đổi của khí hậu, thảm thực vật và độ ẩm trong quá khứ Độ ẩm trong quá khứ tại phía Đông Trung Quốc tăng nhẹ trong giai đoạn 11500-9500 năm BP, và

giảm mạnh trong giai đoạn 6000-5000 năm BP; cường độ gió mùa chuyển hướng giảm xuống đột ngột vào khoảng năm 4500 năm BP (Zhao và nnk, 2009) Cùng phương pháp trên, 2 cột mẫu tại đồng bằng châu thổ Changjiang khu vực sông Yangtze Trung Quốc chỉ ra khí hậu chủ yếu lạnh và khô giai đoạn cuối Pleistocen

12900-10300 năm BP do sự phổ biến chủ yếu là loài cỏ Artemisia, loài hạt trần, cây

lá kim Giai đoạn 10300-9000 năm BP là giai đoạn nóng ẩm được xác định do sự phát triển của khu rừng lá thường xanh và đồng cỏ tại vùng cao Khoảng năm 4500 BP

xuất hiện loài Fagopyrum đánh dấu sự xuất hiện của loài người tại địa điểm này (Yi

và nnk, 2003)

Đặc điểm giá trị δ13C, δ18O kết hợp với giá trị Sr/Ca và Mg/Ca tại cột mẫu trầm tích phía bắc đồng bằng Dakota đã chứng minh giai đoạn 11700-9500 năm BP, khí hậu lạnh và ẩm ướt Độ ẩm có xu hướng giảm trong giai đoạn tiếp theo từ năm 9500-7100 và xuất hiện 3 giai đoạn ngắn khí hậu khô trong khoảng 6600-6200, 5400-

5200, 4800-4600 năm BP (Valero-Garcés và nnk, 1997) Bên cạnh đó, sự thay đổi gió mùa Đông Á được nghiên cứu dựa trên biến đổi giá trị δ13C và tỷ số C/N từ cột mẫu tại cửa sông Châu Giang, miền nam Trung Quốc Giá trị δ13C tăng dần, giá trị TOC và tỷ số C/N đồng loạt giảm trong giai đoạn giữa Holocen (6650-2150) chỉ ra một xu hướng dài suy giảm đột ngột lượng nước ngọt nguyên nhân do lượng mưa giảm dần (Yu và nnk, 2012) Trong nghiên cứu phía đông nam Trung Quốc, khu vực cửa sông Châu Giang, giá trị δ13C dao động trong khoảng -21,1 ± 0,3‰ tại môi trường biển Tuy nhiên, giá trị δ13C biến đổi từ -23,2 ± 0,8‰ đến -23,7 ± 0,8‰ trong môi trường lắng đọng tại khu vực cửa sông gần biển và giảm dần xuống -24,7 ± 1,3‰ trong môi trường cửa sông gần nguồn nước ngọt Kết hợp với giá trị δ13C, tỷ số C/N tại cột mẫu trầm tích và tảo, nghiên cứu đã chỉ ra rằng cường độ gió mùa tăng mạnh trong giai đoạn 7500-6000 năm BP, khoảng 6000 năm BP lượng nước ngọt cung cấp

từ thượng nguồn giảm dần so với ngày nay phản ánh giai đoạn gió mùa suy yếu (Zong

và nnk, 2006) Tương tự, nghiên cứu tảo biển và bào tử phấn hoa từ cột mẫu trầm tích tại vịnh Chesapeake, Hoa Kỳ cùng với kết quả vòng cây cho thấy có bốn giai đoạn khí hậu khô nóng vào khoảng những năm 2300, 1300, 900 và 700 năm trong khoảng

từ 2300 năm đến nay (Willard và nnk, 2003) Sự xuất hiện và mật độ các loại vi sinh vật biển trong cột mẫu trầm tích phản ánh điều kiện sống của chúng (mực nước biển,

độ mặn, nhiệt độ,…), qua đó xác định được sự biến đổi của điều kiện môi trường

trong quá khứ Sự xuất hiện của hai loài sinh vật biển Emiliania huxleyi và

Braarudosphaera bigelowii trong cột mẫu trầm tích cho thấy sự dịch chuyển điều kiện môi trường biển từ nước lợ sang điều kiện môi trường biển có độ mặn thấp ở biển Đen (Giunta và nnk, 2007) Kết hợp dữ liệu giá trị δ18O, δ13C cùng với dữ liệu của trùng lỗ tại biển Hoàng Hải chỉ ra sự biến đổi mực nước biển và độ mặn của nước biển trong Holocen Giá trị δ18O (1,6 đến 1,8‰) và δ13C (−0.1 đến −0.7‰) của loài

Ammonia ketienziensis phản ánh sự mở rộng của biển Hoàng Hải, xu hướng tăng của

độ mặn nước biển và vùng nước sâu bị ảnh hưởng bởi dòng nước lạnh Hwanghae như ngày nay (Kim & Kennett, 1998)

Nhận xét các kết quả nghiên cứu

Như vậy, phương pháp truyền thống (đặc điểm trầm tích, địa tầng, vi cổ sinh) đến các phương pháp hiện đại (đồng vị bền) đã được áp dụng để nghiên cứu sự biến đổi điều kiện môi trường và khí hậu trong Holocen trên thế giới Phương pháp nghiên cứu đồng vị bền trong trầm tích là phương pháp nghiên cứu hiện đại với sự chính xác cao do khả năng nhạy cảm với sự thay đổi của các tham số khí hậu, môi trường và khả năng lưu giữ ổn định, lâu dài có độ tin cậy cao hơn phương pháp sử dụng các chỉ thị truyền thống như đặc điểm trầm tích, bào tử, phấn hoa,… (Stocker và nnk, 2014) Bên cạnh đó, các nghiên cứu hồi phục đặc điểm cổ môi trường bằng những phương pháp hiện đại chủ yếu được thực hiện tại các quốc gia phát triển Vì vậy, nghiên cứu biến đổi điều kiện cổ môi trường tại các nước đang phát triển, đặc biệt Việt Nam là rất cần thiết; bổ sung và hoàn thiện phương pháp nghiên cứu, cơ sở dữ liệu phục vụ phân tích, quy hoạch và phát triển bền vững

2.1.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam

Đặc điểm biến đổi cổ môi trường tại Việt Nam được nghiên cứu chủ yếu dựa vào phương pháp phân tích đặc điểm phân bố độ hạt trầm tích và địa tầng Các hệ

tầng trầm tích tại Việt Nam (đồng bằng sông Cửu Long, đồng bằng sông Hồng, khu vực ven biển miền trung) được hình thành chủ yếu từ trầm tích trong lục địa theo năm chu kỳ sau: (V) Holocen thượng (hệ tầng Thái Bình); (IV) Holocen hạ (hệ tầng Hải Hưng); (III) Pleistocen thượng (hệ tầng Vĩnh Phúc); (II) Pleistocen giữa (hệ tầng Hà Nội và Thủ Đức); (I) Pleistocene hạ (hệ tầng Lệ Chi, Trảng Bom và Hoằng Hóa) (Nghi và nnk, 1991)

Kết quả nghiên cứu trầm tích hồ

Các kết quả nghiên cứu cổ khí hậu, cổ môi trường trong trầm tích hồ chưa được triển khai rộng rãi tại Việt Nam Các nghiên cứu chỉ tập trung tại khu vực hồ

Ao Tiên, vườn quốc gia Ba Bể - khu vực hình thành do hoạt động kiến tạo vùng Karst trong giai đoạn hạn hán khắc nhiệt Bằng phương pháp phân tích giá trị δ18O trong trầm tích carbonate, nghiên cứu đã xác định khí hậu trong khoảng 650 năm, trong thời kỳ Tiểu Băng Hà sau năm 1850 CE cho thấy khí hậu khô hơn so với ngày nay Kết hợp với các dữ liệu vòng vân gỗ tại miền Nam Việt Nam, nghiên cứu cũng đã chỉ

ra các đợt hạn hán Angkor I, II vào cuối thế kỷ 13, đầu thế kỷ 14 và một đợt hạn hán nghiêm trọng vào cuối thế kỷ 17, đầu thế kỷ 18 Bên cạnh đó, sự biến động giá trị

δ18O chỉ ra sự giảm thiểu độ ẩm trong vòng 30 năm qua và được đối chiếu với các nghiên cứu về sự suy yếu tuần hoàn dòng chảy Thái Bình Dương (Pacific Walker Circulation) (Stevens và nnk, 2018) Kết hợp các chỉ thị đặc điểm thành phần độ hạt trầm tích, hàm lượng vật chất hữu cơ, giá trị đồng vị bền carbon δ13C và tỷ số C/N trong cột mẫu trầm tích, đặc điểm môi trường và khí hậu trong khoảng 700 năm tại khu vực hồ Ao Tiên được chia thành 3 giai đoạn: Giai đoạn I (1300-1424) là giai đoạn mưa nhiều, mực nước trong hồ tương đối cao, Giai đoạn II (1424-1864) là giai đoạn mực nước hồ giảm liên tục và thấp nhất, Giai đoạn III (1864-nay) là giai đoạn mực nước hồ tăng ghi nhận sự hoạt động mạnh của gió mùa (Quan và nnk, 2018)

Kết quả nghiên cứu trầm tích đồng bằng châu thổ

Cột mẫu DT-1 sâu 51,5m tại đồng bằng sông Cửu Long cho thấy mực nước biển tại đồng bằng sông Cửu Long ổn định trong giai đoạn 8000 năm trước sau một

giai đoạn tăng nhanh vào khoảng 8800-8200 năm Mực nước biển tiếp tục tăng khoảng 5m trong giai đoạn 7500-7000 năm trước nhưng không ảnh hưởng đến sự di chuyển đường bờ biển mà ảnh hưởng đến lắng đọng trầm tích tại bãi triều trên và tiền châu thổ (Nguyen và nnk, 2010) Mực nước biển thay đổi sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và nguồn gốc trầm tích lắng đọng Do đó, cột mẫu trầm tích tại đồng bằng sông Cửu Long là một ví dụ điển hình cho thấy sự biến đổi địa hình từ đồng bằng triều chi phối (giai đoạn 6500-2500 năm) sang đồng bằng sóng triều chi phối (giai đoạn 2500 đến nay) Địa hình đồng bằng sông Cửu Long hiện nay có địa hình chủ yếu là thềm biển trên đồng bằng lấn biển, nguồn gốc trầm tích chủ yếu là trầm tích ảnh hưởng mạnh bởi sóng triều (Tanabe và nnk, 2010) Kết quả trên tương đồng với nghiên cứu

về biến đổi cổ môi trường trong ba cột mẫu trầm tích tại tỉnh Bến Tre, đồng bằng sông Cửu Long là đồng bằng sóng triều chi phối với đặc điểm trầm tích hạt thô tiền châu thổ và được bao phủ bằng trầm tích hạt mịn bãi triều và bãi triều trên (Ta và nnk, 2002) Đồng bằng sông Cửu Long được phủ kín bởi trầm tích sông trong giai đoạn 13000-9500 khi mực nước biển trong giai đoạn này tăng ổn định khoảng 10 mm/năm Điều này dẫn đến một giai đoạn ngập lụt từ 9500-8500 năm BP tại vùng ven biển Việt Nam và vùng trũng ở Campuchia (Tjallingii và nnk, 2010) Kết quả nghiên cứu kích thước và phân bố độ hạt, bào tử phấn hoa trong giai đoạn Holocen giữa cũng chỉ ra rằng một vành đai rừng ngập mặn phát triển chủ yếu bởi loài thực vật Rhizophora bao phủ các bãi triều trong giai đoạn này tại đồng bằng sông Cửu Long Dưới sự ảnh hưởng của mực nước biển, rừng ngập mặn phát triển dần ra phía biển trong thời gian dài dẫn đến sự đan xen giữa thảm thực vật nước ngọt và thảm thực vật ngập mặn (Kandelia, Excoecaria và Phoenix, ) tạo ra sự đa dạng địa hình trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long trong Holocen (Proske và nnk, 2010)

Kết hợp với phân tích đồng vị 14C cột mẫu trầm tích tại đồng bằng sông Hồng cho thấy trong giai đoạn 9000-6000 năm mực nước biển tăng nhanh đã nhấn chìm hầu hết đồng bằng sông Hồng, giai đoạn 6000-4000 năm mực nước biển tăng 2-3m dẫn đến sự phát triển của hệ thống rừng ngập mặn và hình thành các vịnh tại Hạ Long

và khu vực tỉnh Ninh Bình Giai đoạn 4000 năm, mực nước biển giảm dần dẫn đến

xuất hiện địa hình thềm biển và cồn cát biển (Tanabe, S và nnk, 2003) Kết quả phân tích tướng trầm tích, phân tích cổ sinh cũng cho thấy mực nước biển cao nhất trong giai đoạn 6000 năm trước với tốc độ dâng khoảng 9-12 mm/năm (Lâm, 2005) Sự thay đổi mực nước biển ảnh hưởng đến đặc điểm hình thành địa mạo tại đồng bằng sông Hồng Giai đoạn đầu Holocen, đồng bằng sông Hồng được phát triển trong điều kiện biển tiến theo cơ chế lấp đầy Giai đoạn Holocen giữa, địa mạo đồng bằng sông Hồng phát triển trong điều kiện vùng vịnh biển nông ven bờ do mực nước biển ổn định Giai đoạn cuối Holocen, bề mặt đồng bằng sông Hồng dần lộ ra do quá trình biển lùi (Nguyễn, 2004)

Dựa vào đặc điểm bào tử, phấn hoa và trầm tích trong cột mẫu trầm tích, Nguyễn Thùy Dương và cộng sự đã chỉ ra các kiểu môi trường trầm tích tại đồng bằng sông Hồng với những đặc điểm bào tử phấn hoa như sau: Môi trường nước ngọt (sông, đầm lầy nước ngọt) có bào tử khoảng 25-50% và vắng mặt các dạng phấn hoa thực vật ngập mặn (TVNM) và thực vật nước lợ (TVNL), môi trường cửa sông có tỷ

lệ phấn hoa TVNM, TVNL và bào tử lần lượt là 0-5%, 0-5% và 20-30% cùng với tỷ

lệ phấn hoa vùng núi cao hơn tỷ lệ phấn hoa vùng đồng bằng; môi trường bãi triểu, tiền châu thổ, châu thổ ngầm với tỷ lệ phấn hoa TVNM và TVNL tăng dần cùng với

tỷ lệ đa dạng bào tử phấn hoa theo các kiểu môi trường khác nhau Dựa vào đặc trưng bào tử, phấn hoa được kết hợp với đặc điểm trầm tích, 17 kiểu môi trường Holocen vùng đồng bằng Sông Hồng đã được xác định (Dương & Thuận, 2016) Kết quả phân tích bào tử phấn hoa trong hai lỗ khoan HN và HT khu vực Hà Nội cho thấy sự biến

đổi hệ thực vật và điều kiện khí hậu trong khoảng 10000 năm trở lại đây (Nguyễn Thùy Dương & Nguyễn Mạnh Linh, 2011) Giai đoạn 10,5 đến5,8 nghìn năm, với tỷ

lệ các dạngphấn hoa nhiệt đới và cận nhiệt đới chứng tỏ thời kỳ này khí hậu Hà Nội nhìn chung nóng và ẩm Tuy nhiên, có một giai đoạn ngắn với khí hậu lạnh và khô vào khoảng 8,2 - 8,4 nghìn năm trước thể hiện qua sự giảm tỷ lệ phấn hoa nhiệt đới và cận nhiệt đới, đồng thời tỷ lệ các dạng phấn hoa ôn đới có xu hướng tăng Sau 6,5 nghìn năm, sựphát triển đa dạng và phong phú các dạng thực vật cả nhiệt đới, cận nhiệt đới chứng tỏ đây là một giai đoạnnóng ẩm mưa nhiều tạo điều kiện thuận lợi

cho các dạng thực vật của rừng mưa nhiệt đới phát triển Giá trị δ13C và tỷ số C/N được sử dụng để xác định nguồn gốc carbon tại cửa sông Ba Lạt Kết quả cho thấy giá trị đồng vị bền δ13C và tỷ số C/N trong cột trầm tích chứng minh và phân biệt nguồn gốc lắng đọng trầm tích từ thực vật ngập mặn và thực vật biển phù du Do đó biến đổi môi trường ven biển, môi trường trầm tích trong khoảng 100 năm đã được xác định: bãi dưới triều, bãi gian triều và bãi triều trên (Tue và nnk, 2011)

Nhận xét các kết quả nghiên cứu

Qua đó, các phương pháp truyền thống (địa tầng, đặc điểm thạch học, vi cổ sinh) đã được áp dụng chủ yếu tại đồng bằng châu thổ tại Việt Nam và đạt được một

số thành tựu Phương pháp đồng vị bền đã được ứng dụng, tuy nhiên chỉ áp dụng tại trầm tích hồ và nghiên cứu chủ yếu về biến đổi khí hậu trong khoảng thời gian 1000 năm trở lại đây Do đó, nghiên cứu chi tiết về biến đổi điều kiện cổ môi trường, cổ khí hậu trong Holocen áp dụng phương pháp đồng vị bền tại khu vực tỉnh Thái Bình, đồng bằng châu thổ sông Hồng là cần thiết – bổ sung và hoàn thiện hệ thống cơ sở

dữ liệu về phương pháp luận, phương pháp nghiên cứu đóng góp hiểu biết khoa học

về quá trình tương tác sông biển, các giai đoạn biển tiến – biển thoái ở đồng bằng sông Hồng trong Holocen

2.2 Phương pháp luận

Các chỉ thị môi trường là những thành phần lưu giữ trong môi trường có thể chiết xuất, xác định và định lượng các thông tin về điều kiện môi trường và khí hậu trong quá khứ với độ tin cậy cao Khôi phục cổ khí hậu, cổ môi trường là xác định các chỉ thị và vai trò của chúng trong phản ánh điều kiện khí hậu, môi trường trong quá khứ Tùy thuộc vào tính chất các chất chỉ thị môi trường và các đặc điểm môi trường và khí hậu có thể xác đinh theo chu kỳ hàng năm hoặc theo mùa Các tầng trầm tích được hình thành thông qua quá trình lắng đọng và tích tụ tại các bồn trầm tích dưới tác động của nhiều quá trình thủy động lực, sinh địa hóa và phong hóa (Hình 2.1) Trong đó, các tham số khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, ) trong điều kiện lịch sử lắng đọng cột trầm tích cũng gây tác động trực tiếp lên quá trình phong hóa