‘Kho hóa thạch’ kể lại diễn biến vụ thiên thạch rơi 66 triệu năm trước

Đây là di chỉ có nhiều hóa thạch nhất từng được tìm thấy, bao gồm côn trùng, cá, động vật có vú, khủng long và thực vật sống vào thời kỳ cuối kỷ Phấn Trắng. Các hóa thạch này nằm xen lẫn với đá thiên thạch đen (tektite) và đá thường sau vụ va chạm.

Khi sự kiện hủy diệt này xảy ra, nó khởi đầu bằng những cơn rung lắc dữ dội – tạo ra những con sóng khổng lồ trong một vùng biển nội địa, nơi hiện nay là Bắc Dakota (Mỹ).

Sau đó, những hạt thủy tinh nhỏ giống như đạn ghém bắt đầu rơi từ trên trời xuống. Mưa thủy tinh nhiều đến nỗi có thể đã đốt cháy phần lớn thảm thực vật trên đất liền. Dưới nước, những con cá vật lộn để thở khi các hạt thủy tinh bị dính lại trong mang của chúng.

Biển động dữ dội biến thành một bức tường nước cao tới 9m khi đến cửa sông, cuốn phăng đi hàng trăm, thậm chí hàng ngàn con cá nước ngọt, cá tầm và cá mái chèo (paddlefish), lên một bãi cát và tạm thời làm đảo ngược dòng chảy của con sông.

Mắc kẹt bởi dòng nước rút, những con cá bị va đập bởi vô số hạt thủy tinh có đường kính lên tới 5mm, một số con bị vùi sâu trong bùn. “Cơn mưa” đá, như cát mịn và các hạt thủy tinh nhỏ tiếp tục trút xuống thêm 10-20 phút trước khi một đợt sóng lớn thứ hai tràn vào bờ và phủ lên cá với sỏi, cát và trầm tích mịn, qua đó che lấp chúng khỏi thế giới trong suốt 66 triệu năm.

Nghĩa địa hóa thạch khác thường

Đây là một nghĩa địa hóa thạch khác thường: Những con cá xếp chồng lên nhau và trộn lẫn với thân cây bị đốt cháy, cành cây lá kim, xác chết động vật có vú, xương thằn lằn biển, côn trùng, một phần xác của khủng long ba sừng, tảo đơn bào và ốc sên biển.

Di chỉ này được khai quật bởi ông Robert DePalma, nhà cổ sinh vật học từ Đại học Kansas (Mỹ) trong 6 năm qua ở Vỉa Hell Creek, nằm cách không xa Bowman, Bắc Dakota.

DePalma cuối cùng đã xác nhận được điều mà ông nghi ngờ bấy lâu nay trong cuộc khai quật đầu tiên tại nơi này vào mùa hè năm 2013, cụ thể, đây là một “cánh đồng chết chóc” xuất hiện từ ngay sau vụ va chạm của tiểu hành tinh và cuối cùng dẫn đến thảm họa cho các loài khủng long sống trên mặt đất. Vụ va chạm diễn ra vào cuối thời kỳ kỷ Phấn trắng (Cretaceous Period), còn được gọi là Ranh giới K-T, đã hủy diệt 75% sự sống trên Trái đất.

“Đây là vụ tử vong hàng loạt đầu tiên của tập hợp các sinh vật lớn mà bất kỳ ai đều thấy liên quan đến Ranh giới K-T”, DePalma, giám tuyển cổ sinh vật học tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Palm Beach ở Florida (Mỹ) cho hay. “Ở bất cứ mặt cắt [địa chất] Ranh giới K-T nào khác trên Trái đất, bạn cũng không thể tìm thấy một bộ sưu tập số lượng lớn các loài đại diện cho các thời kỳ sinh vật khác nhau và các giai đoạn sống khác nhau như vậy, tất cả đều chết cùng một lúc, trong cùng một ngày”.

Theo một bài báo đăng trên tạp chí của Viện Khoa học Quốc gia (Mỹ), ông và các đồng nghiệp người Mỹ và châu Âu, là các nhà địa chất tại hai trường Đại học California và Berkeley, đã đặt tên cho khu vực này là Tanis, có liên quan tới tiểu hành tinh hoặc sao chổi rơi xuống bán đảo Yucatan, Mexico vào 66 triệu năm trước. Vụ va chạm đã tạo ra một hố sâu khổng lồ, gọi là Chicxulub, làm cho đá bốc hơi và bụi thiên thạch bay vào khí quyển. Đám mây vật chất này rốt cuộc bao trùm lấy Trái Đất và tạo tiền đề cho sự tuyệt chủng hàng loạt của các loài sinh vật.

“Nó giống như một bảo tàng về sự kết thúc của kỷ Phấn trắng chỉ trong một lớp đất đá dày 1,5m” – Mark Richards, giáo sư danh dự của trường Đại học California tại Berkeley (Mỹ) kiêm giáo sư khoa học trái đất và vũ trụ tại Đại học Washington (Mỹ).

Richards và Walter Alvarez, giáo sư của trường Đại học California tại Berkeley, người mà 40 năm trước đã đưa ra giả thuyết rằng một vụ va chạm của một sao chổi hoặc tiểu hành tinh đã gây ra sự tuyệt chủng hàng loạt, đã được DePalma và nhà khoa học người Hà Lan Jan Smit mời tham gia bản thảo về cơn mưa hạt thủy tinh và cơn sóng thần đã chôn vùi loài cá. Các hạt, được gọi là đá thiên thạch (tektites), được hình thành trong bầu khí quyển từ đá tan chảy do vụ va chạm.

Sóng thần hay sóng triều giả?

Richards và Alvarez đã xác định rằng những con cá không thể bị mắc kẹt và sau đó bị chôn vùi bởi một cơn sóng thần điển hình thông thường, một con sóng duy nhất đã chạm tới nơi đây trong vòng 10-12 giờ sau va chạm cách đó 3.000 km. Lý do họ đưa ra là, các viên đá thiên thạch sẽ trút xuống như mưa trong vòng 45 phút đến một giờ sau khi va chạm, tạo ra các hố sâu trong bùn. Điều này chỉ có thể xảy ra khi đáy biển bị lộ ra (không có nước bên trên).

Thay cho sóng thần, họ lập luận rằng, sóng triều giả (seiche) có khả năng đến trong vòng 10 phút sau vụ va trạm từ trận động đất tương đương với trận động đất mạnh cỡ 10 hoặc 11 độ richter. Sóng triều giả là một loại sóng đứng, trong vùng biển nội địa, tương tự nước đánh mạnh trong bồn tắm khi động đất xảy ra.

“Mặc dù các trận động đất lớn thường tạo ra sự sóng sánh dao động mực nước hồ, nhưng chúng hiếm khi được chú ý”, ông Richards cho biết. Trận động đất Tohoku năm 2011 tại Nhật Bản, với cường độ 9.0 độ richter, đã tạo ra sóng cao khoảng 1,8m vào 30 phút sau đó tại một vịnh hẹp Na Uy cách đó 8.000 km.

“Các con sóng địa chấn thường bắt đầu trong vòng 9-10 phút sau va chạm, nên nước sẽ bắt đầu sóng sánh rất sớm trong khi các quả cầu thủy tinh vẫn còn đang rơi xuống từ bầu trời,” ông Richards cho biết. “Những quả cầu này đục lỗ trên các mặt phẳng, tạo ra các hố sâu – bạn có thể lớp bùn mềm bị biến dạng thế nào – sau đó sa khoáng mảnh vụn phủ lên trên những quả cầu thủy tinh. Trước đây chưa từng ai thấy các hố [trong bùn] này”.

Các tảng đá thiên thạch có thể đã rơi theo một quỹ đạo đường đạn từ vũ trụ, đạt vận tốc cuối từ 100 đến 200 dặm một giờ, theo Alvarez, người đã ước lượng thời gian di chuyển của chúng trong nhiều thập kỷ trước đây.

“Bạn có thể tưởng tượng việc mình đang đứng ở đó và bị những quả cầu thủy tinh này lao tới. Chúng có thể sẽ giết chết bạn”, ông Richards nói. Nhiều người tin rằng các mảnh vụn dữ dội đến mức năng lượng của nó có thể đốt cháy không chỉ lục địa Châu Mỹ, mà thậm chí là toàn bộ thế giới.

“Sóng thần từ vụ va chạm ở Chicxulub đã được ghi nhận rất rõ, nhưng không ai biết tác động của nó lên một vùng biển nội địa sẽ mạnh tới mức nào”, ông DePalma nói.

“Khi Mark tham gia, ông đã khám phá ra một điều quan trọng – rằng các sóng địa chấn từ vụ va chạm lan truyền tới [đây] cùng lúc với các vật chất phóng ra từ vụ va chạm, bay trong không khí. Đó là bước tiến lớn của chúng tôi”.

Ít nhất đã có hai đợt sóng triều giả lớn, chỉ cách nhau khoảng 20 phút, đã gây ra hiện tượng ngập lụt phá hủy vùng đất này, để lại lớp trầm tích dày cỡ 1,8m bao phủ xung quanh hóa thạch. Bên ngoài là một lớp đất sét giàu iridium, một kim loại hiếm trên Trái đất nhưng rất thường gặp trong các tiểu hành tinh và sao chổi. Lớp này được gọi là Ranh giới K- T, hoặc K-Pg, đánh dấu sự kết thúc của Thời kỳ kỷ Phấn trắng và bắt đầu Thời kỳ Kỷ đệ tam (Tertiary Period), hay còn gọi là Kỷ Paleogene.

Iridium được tìm thấy trong các lớp đá 66 triệu năm tuổi

Năm 1979, Alvarez và cha của ông, Luis Alvarez, người được trao giải Nobel, thuộc trường Đại học California tại Berkeley, là những người đầu tiên đã nhận ra tầm quan trọng của iridium tìm thấy trong các lớp đá 66 triệu năm tuổi trên khắp thế giới. Họ cho rằng một vụ va chạm của sao chổi hoặc tiểu hành tinh là nguyên nhân cho sự xuất hiện của chất iridium ở Ranh giới K-T cũng như việc tuyệt chủng hàng loạt.

Vụ va chạm có khả năng đã làm tan chảy lớp đá nền dưới đáy biển và phá hủy tiểu hành tinh, mang bụi và đá tan chảy vào tầng bình lưu, nơi gió sẽ mang chúng đi khắp Trái Đất và che lấp Mặt Trời trong nhiều tháng, thậm chí nhiều năm. Những mảnh vỡ có thể đã từ trên trời rơi xuống: Không chỉ các tảng đá thiên thạch, mà cả các mảnh vụn đá từ vỏ lục địa, bao gồm cả loại thạch anh có cấu trúc tinh thể bị biến dạng do va chạm.

Bụi giàu chất iridium từ thiên thạch bị phá hủy sẽ là thứ cuối cùng rơi xuống bầu khí quyển sau vụ va chạm, bao phủ các lớp địa chất của kỷ Phấn trắng.

“Khi chúng tôi đề xuất giả thuyết về vụ va chạm để giải thích cho sự tuyệt chủng, bằng chứng chỉ là lượng iridium cao bất thường – dấu hiệu của một tiểu hành tinh hay sao chổi,” ông Alvarez nói. “Từ khi đó, các bằng chứng đã dần xuất hiện. Nhưng tôi chưa bao giờ nghĩ rằng lại có thể tìm thấy cả một kho hóa thạch như thế này”.

Bằng chứng xác thực chủ yếu của giả thuyết về thiên thạch là việc phát hiện ra một hố va chạm bị chôn vùi, tên Chicxulub, nằm ở ngoài khơi vùng biển Caribê của bán đảo Yucatan tại Mexico, được xác định niên đại chính xác là vào thời kỳ tuyệt chủng. Thạch anh có cấu trúc tinh thể bị biến dạng do va chạm và quả cầu thủy tinh cũng được tìm thấy trong các lớp K-Pg trên toàn thế giới.

Phát hiện mới tại Tanis là lần đầu tiên các mảnh vỡ được tạo ra trong vụ va chạm được tìm thấy cùng với các động vật bị giết ngay sau vụ va chạm.

Các viên đá thiên thạch được bao phủ trong hổ phách

Jan Smit, giáo sư địa chất trầm tích tại trường Đại học Vrije ở Amsterdam, Hà Lan, người được coi là chuyên gia thế giới về đá thiên thạch từ vụ va chạm, đã tham gia nhóm nghiên cứu của DePalma để phân tích và xác định niên đại của các tảng đá thiên thạch tại Tanis. Nhiều tảng đá thiên thạch đã được tìm thấy trong điều kiện gần như hoàn hảo nhờ được nhúng trong hổ phách.

“Tôi đến di chỉ này năm 2015, và trước mắt tôi, ông ấy (DePalma) lấy ra một cành cây bị cháy khoảng 4m được hổ phách bao phủ, nó tạo thành một loại gel và giữ các đá thiên thạch khi chúng rơi xuống”, Smit nói: “Đó là một khám phá lớn, bởi vì nhựa cây, hổ phách, bao phủ đá thiên thạch hoàn toàn, và chúng chính là những viên đá thiên thạch nguyên vẹn nhất tôi từng thấy, ngay cả bị thay đổi 1% cũng không. Chúng tôi đã đem đi đo đồng vị phóng xạ và chúng chính xác là thuộc Ranh giới K-T”.

Smit cũng chỉ ra rằng, dựa theo cơ thể bị chôn vùi của một con khủng long ba sừng và một con khủng long mỏ vịt, có thể kết luận chắc chắn rằng khủng long vẫn còn sống sót tại thời điểm xảy ra vụ va chạm.

Theo Trithucvn