Bí ẩn khoảng trống 1 tỷ năm tại Grand Canyon: Nơi nào đã xóa sạch lịch sử địa chất Trái Đất?

Tại hẻm núi Grand Canyon, khi các nhà địa chất đi từ các lớp đá đáy lên những tầng đá phía trên, họ phát hiện một khoảng trống dữ liệu đứt gãy kéo dài tới gần một tỷ năm lịch sử Trái Đất. Các lớp đá đại diện cho giai đoạn từ 1,8 tỷ năm đến 520 triệu năm trước hoàn toàn biến mất, tựa như ai đó đã đột nhập vào một bảo tàng tự nhiên và mang đi toàn bộ một gian trưng bày khổng lồ. Sự đứt gãy lớp đá trầm tích này được coi là một trong những câu hỏi địa chất học thu hút sự chú ý kéo dài nhiều thập kỷ. Nghiên cứu mô phỏng máy tính của nhóm nhà khoa học tại Đại học Southampton đã đưa ra lời giải thích cho bí ẩn này thông qua sự xuất hiện của một vách đá lục địa khổng lồ kết hợp với thời kỳ băng hà toàn cầu cực đoan. [1]

Khoảng trống địa chất bí ẩn giữa các tầng đá cổ

Hẻm núi Grand Canyon từ lâu được biết đến là nơi lưu giữ tương đối liên tục hồ sơ địa chất của Trái Đất trong khoảng hai tỷ năm. Tuy nhiên, khi đối chiếu kỹ niên đại của các tầng địa chất, các nhà nghiên cứu nhận ra khoảng thời gian kéo dài từ 520 triệu năm đến 1,8 tỷ năm trước lại bị thiếu hụt một cách bất thường. Những dấu vết địa chất chứa đựng thông tin về sự phát triển của vỏ Trái Đất trong gần một tỷ năm đã không còn tồn tại trên các vách đá hiện tại. [1]

Quá trình truy tìm nguyên nhân khiến khoảng một tỷ năm lịch sử biến mất được xem là một vụ án điều tra kéo dài của ngành địa chất. Các mô hình bào mòn thông thường khó có thể giải thích được lý do một khối lượng đá lớn và dày như vậy lại bị bóc tách khỏi bề mặt lục địa mà không để lại lớp trầm tích trung gian nào. Để làm sáng tỏ hiện tượng này, nhóm nhà nghiên cứu đã ứng dụng các mô hình máy tính tiên tiến nhằm tái hiện lại sự biến đổi của Trái Đất qua hàng trăm triệu năm lịch sử. [1]

Vách đá khổng lồ sinh ra từ sự tan rã lục địa

Theo báo cáo công bố trên tạp chí Geology của nhà khoa học Trái Đất Thomas Gernon thuộc Đại học Southampton (Anh) cùng các đồng nghiệp, một vách đá lục địa khổng lồ đã bắt đầu hình thành vào khoảng 800 triệu năm trước. Sự kiện này gắn liền với quá trình tan rã của siêu lục địa cổ đại có tên Rodinia. Hoạt động kiến tạo mảng rạn nứt đã đẩy một phần vỏ lục địa nhô cao, tạo nên một đường dốc đứng quy mô lớn chạy dài trên bề mặt hành tinh. [1]

Dải dốc đứng này kéo dài trên phần lớn lục địa Laurentia, vùng đất tiền thân của Bắc Mỹ ngày nay. Đường vách đá trải dài từ khu vực tương ứng với Alaska hiện tại tới Arizona và đạt độ cao chênh lệch từ 1 đến 2 kilômét. Địa hình dốc đứng cùng độ cao khổng lồ này đã tạo ra điều kiện lý tưởng cho các yếu tố tự nhiên như mưa và băng giá liên tục bào mòn bề mặt đá. Quá trình bào mòn diễn ra liên tục tựa như những gợn sóng biển cuốn trôi từng lớp cát trên bờ bãi, dần xóa sạch các tầng đá trầm tích hình thành trước đó. [1]

Sự kết hợp cùng thời kỳ Trái Đất Tuyết cực đoan

Sự xuất hiện của vách đá lục địa không hoạt động đơn độc trong quá trình loại bỏ các tầng đá. Nghiên cứu chỉ ra rằng giai đoạn dải dốc đứng hình thành và bị bào mòn trùng khớp với một thời kỳ khí hậu cực đoan trong lịch sử Trái Đất gọi là Trái Đất Tuyết (Snowball Earth). Trong thời kỳ này, các dải băng khổng lồ đã xuất hiện và mở rộng phạm vi từ hai cực xuống tận những vĩ độ xích đạo. [1]

Khi các sông băng khổng lồ di chuyển và mở rộng diện tích bao phủ, lực ma sát cùng khối lượng nặng nề của băng đá đã càn quét bề mặt vỏ Trái Đất, bào mòn một lượng đá trầm tích khổng lồ. Cao độ lớn của vách đá kiến tạo lại chính là nơi tạo điều kiện thuận lợi cho tuyết đọng và hình thành nên các sông băng tích tụ. Sự kết hợp giữa địa hình dốc do kiến tạo mảng và sức mạnh bào mòn của dòng băng đá đã bóc tách hiệu quả các lớp đá hàng trăm triệu năm tuổi. [1]

Cơ chế nhà máy băng đá từ các đợt kiến tạo mảng

Trong một nghiên cứu riêng biệt đăng trên tạp chí Science, Thomas Gernon và các cộng sự cũng giải thích cách thức một vách đá kiến tạo tương tự đã thúc đẩy sự hình thành của Dải băng Đông Nam Cực vào khoảng 34 triệu năm trước. Các đỉnh đá nhô cao trên dải dốc đứng hoạt động như những "nhà máy sản xuất sông băng", nơi tuyết tích tụ và nhanh chóng hóa thành băng đá trên quy mô lớn. [1]

Hiện tượng kiến tạo mảng tạo nên dải dốc đứng và tác động đến quá trình đóng băng cũng như bào mòn địa chất hiện vẫn có thể quan sát thấy ở một số khu vực trên thế giới. Các nhà khoa học chỉ ra những ví dụ thực tế ngày nay nơi quá trình bào mòn tương tự đang diễn ra, bao gồm các dải dốc đứng ở Nam Cực cũng như tại Nam Phi. [1]

Những mảnh ghép địa chất còn thiếu và ranh giới tri thức

Mặc dù mô hình vách đá lục địa kết hợp cùng thời kỳ băng hà đưa ra lời giải thích hợp lý cho khoảng trống địa chất ở Grand Canyon, các nhà nghiên cứu nhận định vẫn còn những điểm cần làm rõ. Hiện chưa thể xác định chính xác thời điểm quá trình bào mòn diễn ra là trước, trong hay sau các đợt đóng băng toàn cầu của Trái Đất Tuyết. [1]

Nhà địa chất Alan Collins từ Đại học Adelaide (Australia), người không thuộc nhóm nghiên cứu, nhận định việc kết nối sự mất tích của các tầng đá với sự kiện tan rã siêu lục địa Rodinia làm tăng đáng kể tính thuyết phục của lý thuyết. Tuy nhiên, việc dựng lại chi tiết lịch sử bào mòn theo thời gian và không gian trên từng lục địa vẫn là công việc cần tiếp tục nghiên cứu. Lời giải cho khoảng trống một tỷ năm tại Grand Canyon giúp người đọc nhận ra bề mặt Trái Đất không phải là một vách đá cố định, mà là một hệ thống biến đổi liên tục qua hàng trăm triệu năm. [1]