Trước Pangaea, các lục địa đã nhiều lần nhập vào nhau thành siêu lục địa rồi lại tách ra. Hai siêu lục địa cổ được nhiều nhà địa chất chấp nhận nhất là Columbia (còn gọi Nuna), hình thành khoảng 1,8 tỷ năm trước, và Rodinia, hình thành khoảng 1,1–0,9 tỷ năm trước và tan rã từ khoảng 750 triệu năm trước. Xa hơn nữa là Kenorland, khoảng 2,7–2,5 tỷ năm trước, nhưng việc nó có phải một khối duy nhất hay không vẫn đang tranh luận.
Quy luật lặp lại này được gọi là chu kỳ siêu lục địa: đất liền gom lại, tồn tại một thời gian, rồi vỡ ra, mỗi vòng mất vài trăm triệu năm. Càng lùi về quá khứ, bằng chứng càng thưa và hình dạng tái dựng càng nhiều phỏng đoán. Bài này trình bày các siêu lục địa theo thứ tự từ gần đến xa, kèm cách các nhà khoa học đọc ra chúng từ đá và mức độ chắc chắn của từng khối, để bạn phân biệt điều gì đã rõ và điều gì còn là giả thuyết.
Pangaea không phải lần đầu: ý tưởng về một chu kỳ
Ý tưởng các đại dương có thể mở ra rồi khép lại được nhà địa vật lý người Canada J. Tuzo Wilson nêu rõ vào giữa thập niên 1960, khi ông nhận ra dãy Appalachia và các dãy núi cổ ở Scotland, Na Uy là dấu vết của một đại dương cổ đã đóng lại trước khi Đại Tây Dương ngày nay mở ra ở gần đúng chỗ đó. Vòng "mở – đóng" của một đại dương về sau được gọi theo tên ông là chu kỳ Wilson.
Chu kỳ siêu lục địa là phiên bản quy mô toàn cầu: không chỉ một đại dương mà gần như toàn bộ đất liền gom lại một chỗ. Khoảng cách giữa các siêu lục địa thường được ước tính vào cỡ 400–600 triệu năm, nhưng nhịp không đều, và có ý kiến cho rằng giữa các lần gom lớn có những thời kỳ đất liền chỉ tụ thành vài khối vừa.
Điều cần nhớ là chữ "chu kỳ" ở đây không có nghĩa là đồng hồ chạy đều. Nó chỉ một xu hướng lặp lại được nhận ra từ dữ liệu, với số vòng quan sát được rất ít, chỉ ba đến năm lần trong suốt lịch sử Trái Đất. Với số mẫu ít như vậy, mọi khẳng định về "chu kỳ chính xác bao nhiêu năm" đều nên đọc thận trọng.
Đọc một lục địa đã biến mất bằng cách nào
Tìm các lõi cổ. Mỗi lục địa hiện nay có những vùng lõi rất cổ và rất ổn định, gọi là craton, nhiều nơi có đá tuổi trên 2,5 tỷ năm. Craton giống những mảnh ghép cứng sống sót qua nhiều vòng siêu lục địa, nên là đối tượng đầu tiên để thử ghép.
Nối các đai núi cùng tuổi. Khi hai lục địa va nhau, đai núi uốn nếp hình thành ở chỗ khâu. Nếu một đai núi ở Bắc Mỹ có cùng tuổi, cùng kiểu đá với một đai ở Australia hay Nam Cực, đó là gợi ý hai vùng từng nằm sát nhau. Đây là kiểu lập luận chính để dựng lại Rodinia.
Đo từ tính lưu lại trong đá. Một số loại đá ghi lại hướng từ trường lúc chúng hình thành, cho biết vĩ độ cổ. Phương pháp này rất giá trị nhưng có giới hạn lớn: nó gần như không cho biết kinh độ, và đá càng cổ càng dễ bị biến đổi làm sai tín hiệu.
Đếm tuổi các hạt zircon. Zircon là khoáng vật rất bền, giữ được tuổi hình thành qua nhiều lần bị bào mòn và tái lắng. Khi các nhà nghiên cứu tập hợp hàng chục nghìn tuổi zircon trên thế giới, chúng dồn thành các "đỉnh" vào những khoảng thời gian trùng với lúc các siêu lục địa được cho là đang gom lại. Đây là một trong những bằng chứng thống kê ủng hộ chu kỳ siêu lục địa, dù cách giải thích các đỉnh vẫn còn bàn.
Kenorland và những khối đất cổ nhất
Những dấu vết lâu đời nhất của vỏ lục địa không phải là cả một lục địa mà là các hạt khoáng vật đơn lẻ. Ở vùng Jack Hills, miền tây Australia, các hạt zircon có tuổi khoảng 4,4 tỷ năm, nghĩa là chỉ vài trăm triệu năm sau khi Trái Đất hình thành đã có loại đá giàu silic sinh ra chúng. Còn khối đá cổ nhất còn nguyên được biết đến rộng rãi là đá gneiss Acasta ở tây bắc Canada, tuổi khoảng 4 tỷ năm.
Đến khoảng 2,7–2,5 tỷ năm trước, nhiều craton đã đủ lớn và nhiều nhà nghiên cứu đề xuất chúng gom lại thành một siêu lục địa, thường gọi là Kenorland. Một hướng khác cho rằng thời đó chưa có một khối duy nhất mà là vài "siêu craton" riêng rẽ, mỗi khối có tên riêng như Superia hay Sclavia. Hai cách nhìn này khác nhau ở câu hỏi rất cơ bản là đất liền đã từng gom về một chỗ hay chưa, và dữ liệu hiện có chưa đủ để chốt.
Lý do khó chốt là đá cổ như vậy đã bị uốn nếp, biến chất, nung chảy một phần qua hàng tỷ năm. Từ tính gốc trong đá thường bị ghi đè, các đai núi bị cắt vụn và phân tán ra nhiều lục địa hiện nay. Vì thế, khi đọc về Kenorland, nên hiểu đó là một giả thuyết đang được thử nghiệm hơn là một hình ảnh đã xác lập như Pangaea.
Columbia, hay Nuna: siêu lục địa của "tỷ năm buồn tẻ"
Columbia là siêu lục địa được nhiều bằng chứng ủng hộ hơn Kenorland. Các đai tạo núi tuổi khoảng 2,1–1,8 tỷ năm được tìm thấy trên gần như mọi craton lớn, gợi ý một đợt gom đất liền trên quy mô toàn cầu. Hai cái tên song song tồn tại vì hai nhóm nghiên cứu đề xuất độc lập: "Columbia" theo vùng Columbia ở tây bắc Bắc Mỹ, "Nuna" theo một từ của người bản địa vùng Bắc Cực có nghĩa là đất.
Lõi của Columbia trong hầu hết các bản tái dựng là Laurentia, tức craton cổ của Bắc Mỹ và Greenland, nối với Baltica (Bắc Âu), Siberia và các craton của Australia. Khối này bắt đầu rời rạc dần trong khoảng 1,5–1,3 tỷ năm trước, nhưng không vỡ hẳn như Pangaea mà chỉ tách ra một phần ở rìa.
Khoảng thời gian từ khoảng 1,8 đến 0,8 tỷ năm trước đôi khi được giới địa chất gọi đùa là "tỷ năm buồn tẻ": khí hậu tương đối ổn định, không thấy băng hà lớn, sự sống vẫn chủ yếu là vi sinh vật và tiến hoá có vẻ chậm. Một số nhà nghiên cứu liên hệ sự ổn định này với việc đất liền gom thành khối lớn và ít biến động, nhưng đây là ý tưởng để kiểm chứng chứ chưa phải kết luận.
Rodinia: siêu lục địa trước thời có động vật
Rodinia là siêu lục địa cổ được nghiên cứu kỹ nhất sau Pangaea. Tên gọi lấy từ gốc tiếng Nga có nghĩa là "sinh ra", với ý nó là khối mẹ sinh ra các lục địa về sau. Dấu hiệu nổi bật nhất của nó là đai tạo núi Grenville, tuổi khoảng 1,1–1 tỷ năm, chạy dọc miền đông Bắc Mỹ và có các đai tương ứng ở nhiều lục địa khác.
Trong cấu hình được trích dẫn nhiều, Laurentia nằm ở giữa, các craton của Australia và Nam Cực áp vào phía tây của nó theo hướng hiện nay, còn các khối của Nam Mỹ và châu Phi nằm ở phía đông. Tuy vậy, có ít nhất vài cấu hình cạnh tranh, khác nhau ở chỗ Australia hay Siberia nằm cạnh Laurentia ở phía nào. Mỗi cấu hình dựa trên một bộ đai núi và dữ liệu từ tính khác nhau.
Rodinia bắt đầu tách ra từ khoảng 750 triệu năm trước. Không lâu sau đó là thời kỳ được gọi là Trái Đất quả cầu tuyết, khi băng hà có thể đã lan tới gần xích đạo, khoảng 720–635 triệu năm trước. Một giả thuyết cho rằng việc lục địa vỡ ra ở vùng nhiệt đới làm tăng phong hoá đá, rút bớt khí cácbon khỏi khí quyển và làm khí hậu lạnh đi. Sau các đợt băng hà là sự xuất hiện của sinh vật đa bào phức tạp. Mối liên hệ nhân quả giữa ba sự kiện này là đề tài hấp dẫn nhưng còn tranh luận mạnh.
Dựng lại siêu lục địa cổ để làm gì
Câu hỏi "khối nào nằm cạnh khối nào một tỷ năm trước" nghe như chuyện thuần học thuật, nhưng nó có ứng dụng khá thực tế. Các mỏ khoáng sản thường hình thành dọc những đai tạo núi hoặc vùng tách giãn nhất định. Nếu một đai chứa quặng ở Australia từng nối liền với một đai ở Nam Cực hay Bắc Mỹ, các nhà thăm dò có cơ sở để đoán phần kéo dài của nó nằm ở đâu bên kia đại dương.
Ứng dụng thứ hai là khí hậu cổ. Vị trí và kích thước đất liền quyết định dòng hải lưu, lượng mưa và tốc độ phong hoá đá, từ đó ảnh hưởng tới lượng khí cácbon trong khí quyển hàng triệu năm. Không biết lục địa nằm đâu thì các mô hình khí hậu cổ chỉ là đoán.
Ứng dụng thứ ba là lịch sử sự sống. Nhiều mốc lớn, từ lúc ôxy tích tụ trong khí quyển tới lúc sinh vật đa bào xuất hiện, rơi vào những thời kỳ đất liền đang gom lại hoặc tách ra. Dựng lại siêu lục địa cho phép kiểm tra các giả thuyết đó bằng dữ liệu thay vì bằng câu chuyện. Với người đọc bình thường, nó cũng là một cách nhìn khiêm tốn hơn về bản đồ thế giới quen thuộc: hình dạng các châu lục hôm nay chỉ là một khung hình thoáng qua trong một bộ phim rất dài.
Bảng tổng hợp: các siêu lục địa và mức độ chắc chắn
Bảng dưới gom các siêu lục địa thường được nhắc tới, với mốc thời gian làm tròn và mức độ đồng thuận trong giới nghiên cứu. Thời gian ghi "khoảng" vì mỗi nghiên cứu có thể lệch hàng chục triệu năm:
| Tên | Thời gian khoảng | Mức độ đồng thuận | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Kenorland (hoặc các siêu craton) | 2,7–2,5 tỷ năm trước | Thấp, còn tranh luận | Có thể chưa phải một khối duy nhất |
| Columbia (Nuna) | Gom khoảng 1,8 tỷ năm trước, rời dần từ khoảng 1,5–1,3 tỷ năm | Khá cao về sự tồn tại, thấp về hình dạng | Lõi là Laurentia |
| Rodinia | Gom khoảng 1,1–0,9 tỷ năm trước, tách từ khoảng 750 triệu năm | Cao về sự tồn tại, nhiều cấu hình cạnh tranh | Gắn với đai Grenville |
| Pannotia | Khoảng 600 triệu năm trước, rất ngắn | Thấp, nhiều người nghi ngờ | Có thể chỉ là một giai đoạn ghép tạm |
| Gondwana | Ghép xong khoảng 550–500 triệu năm trước | Rất cao | Siêu lục địa phía nam, về sau nhập vào Pangaea |
| Pangaea | Khoảng 320–200 triệu năm trước | Rất cao | Siêu lục địa gần nhất |
Pannotia đáng một lời giải thích: một số nhà nghiên cứu đề xuất rằng ngay sau khi Rodinia vỡ, các mảnh lại ghép thành một khối khác vào khoảng 600 triệu năm trước. Nhưng khối này, nếu có, tồn tại rất ngắn và nhiều người cho rằng nó chưa bao giờ thật sự liền. Đó là lý do nhiều sách chỉ nhắc Rodinia, Gondwana rồi tới Pangaea.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao càng về xa xưa càng khó dựng lại siêu lục địa?
Vì đá cổ bị uốn nếp, biến chất và bị bào mòn qua nhiều lần va chạm; tín hiệu từ tính dễ bị ghi đè; còn vỏ đại dương cổ hơn khoảng 200 triệu năm gần như đã chìm hết vào lòng đất. Các nhà nghiên cứu chỉ còn những mảnh craton rời rạc để ghép.
Chu kỳ siêu lục địa có đều đặn như chu kỳ mùa không?
Không. Khoảng cách giữa các siêu lục địa được ước tính cỡ 400–600 triệu năm nhưng dao động rộng, và số vòng quan sát được rất ít. Vì thế chữ chu kỳ ở đây chỉ một xu hướng lặp lại, không phải một nhịp có thể dùng để tính chính xác.
Đá cổ nhất Việt Nam có thuộc các siêu lục địa này không?
Việt Nam có đá biến chất tuổi Tiền Cambri, chẳng hạn ở khối Kon Tum vùng Tây Nguyên và một số vùng núi phía bắc. Các khối này từng là một phần rìa của những lục địa cổ hơn, nhưng vị trí của chúng trong Rodinia hay Columbia vẫn chưa được xác định chắc.
Siêu lục địa có làm thay đổi sự sống không?
Nhiều nhà nghiên cứu cho là có, qua khí hậu, mực nước biển và diện tích thềm biển nông. Khi siêu lục địa vỡ, đường bờ biển dài ra và thềm nông mở rộng, tạo nhiều môi trường sống. Tuy vậy, liên hệ nhân quả cụ thể cho từng sự kiện vẫn còn tranh luận.
Có siêu lục địa nào trước Kenorland không?
Một số tác giả đề xuất những khối còn cổ hơn, như Vaalbara ghép craton Nam Phi với craton tây Australia vào khoảng hơn 3 tỷ năm trước. Nhưng các đề xuất này dựa trên rất ít dữ liệu và thường được xem là những lục địa nhỏ cổ, chưa phải siêu lục địa đúng nghĩa.
