Lịch sử Trái Đất

Chia sẻ: Nguyễn Xuân Quang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:58

Thêm vào BST

Báo xấu

69
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu thông tin đến quý độc giả các kiến thức về sự hình thành, lịch sử của Trái đất thông qua các giai đoạn niên đại địa chất, liên đại hiển sinh, liên đại Thái Viễn Cổ hay Hỏa Thành... Đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho những ai muốn tìm hiểu về trái đất, các nhà nghiên cứu về trái đất. Mời các bạn cùng tham khảo tài liệu để nắm chi tiết nội dung.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Lịch sử Trái Đất

LỊCH SỬ TRÁI ĐẤT Trái Đất được hình thành cùng với Hệ Mặt Trời. Mặt Trời, các hành tinh và hành tinh lùn trong Hệ Mặt Trời. Hệ Mặt Trời ban đầu tồn tại như một đám mây bụi và khí lớn, quay tròn, gọi là tinh vân Mặt Trời. Tinh vân này gồm hydro và heli và những nguyên tố hóa học nặng hơn khác được tạo ra từ vụ nổ của các ngôi sao rất nặng đã chết trước đó. Vào khoảng 4,6 tỷ năm trước một ngôi sao ở gần tinh vân Mặt Trời bắt đầu trở thành một siêu tân tinh. Vụ nổ supernova này đã gây sóng chấn động nén ép tinh vân Mặt Trời. Lực hấp dẫn và quán tính làm đám mây của Hệ Mặt trời trở nên phẳng dẹt như hình dạng một cái đĩa. Phần lớn khối lượng tập trung vào tâm và nóng lên. Khi trọng lực làm cho vật chất cô đặc lại xung quanh các tâm bụi, phần còn lại của đĩa bắt đầu phân tán thành những vành đai bụi và thiên thạch. Các mảnh nhỏ va chạm vào nhau, chồng chất nhau kết thành những mảnh lớn hơn... Những mảnh nằm cách tâm khoảng 150 triệu km sẽ tạo thành Trái Đất. Khi Mặt Trời ngày càng cô đặc lại sẽ nóng lên đến mức đủ lớn sẽ kích hoạt phản ứng tổng hợp nhiệt hạch và phát sáng như ngày nay. 1
Minh họa đĩa bồi tiền hành tinh đang hình thành quanh một hệ sao đôi. Niên đại địa chất được sử dụng bởi các nhà địa chất để miêu tả thời gian và quan hệ của các sự kiện đã diễn ra trong lịch sử Trái Đất. Khái niệm này cũng có thể được dùng để miêu tả các sự kiện của vật thể khác trong vũ trụ ví dụ như niên đại địa chất của Mặt Trăng; bài viết này chỉ tập trung vào niên đại địa chất trên Trái Đất. Các nhà địa chất cho rằng Trái Đất hình thành cách đây khoảng 4.570 triệu năm. Khoảng thời gian địa chất trong quá khứ của Trái Đất tạo thành thang thời gian địa chất có các cấp tính từ cao xuống thấp là liên đại (eon), đại (era), kỷ (period), thế (epoch), kỳ (age) và thời (chron) khác nhau, tương ứng với thang phân vị địa tầng: liên giới, giới, hệ, thống, bậc và đới. Nhưng cần lưu ý đây hà hai hệ thống khác nhau. Ví dụ một đại là khoảng thời gian liên tục nhất định trong lịch sử Trái Đất, trong khi địa tầng tương ứng của đại đó (nghĩa là giới) ở một khu vực nào đó thì là các lớp đá có niên đại thuộc đại này nhưng có thể không liên tục, bị đứt đoạn hay mất tích. 2
Tóm tắt: Niên đại địa chất: Liên đại (Eon) Đại (Era) Kỷ (Period) Thế (Epoch) Thời gian Đại Cryptic (Cryptic Era) 4.56b - 4.50b Liên đại Hỏa Thành Đại các Nhóm Lòng chảo (Basin Groups Era) 4.50b - 3.95b (Hadean Eon) Đại Nectaris (Nectarian Era) 3.95b - 3.85b Đại Imbrium Sớm (Early Imbrian Era) 3.85b - 3.80b Liên đại Thái Đại Tiền Thái Cổ (Eoarchean Era) 3.80b - 3.60b Cổ Đại Cổ Thái Cổ (Paleoarchean Era) 3.60b - 3.20b (Archean Eon) Đại Trung Thái Cổ (Mesoarchean Era) 3.20b - 2.80b Đại Tân Thái Cổ (Neoarchean Era) 2.80b - 2.50b Liên đại Đại Cổ Nguyên Kỷ Thành Thiết (Siderian) 2.50b - 2.30b Nguyên Sinh Sinh Kỷ Tằng Xâm (Rhyacian) 2.30b - 2.05b 3
Kỷ Tạo Sơn (Orosirian) 2.05b - 1.80b (Paleoproterozoic Era) Kỷ Cố Kết (Statherian) 1.80b - 1.60b (Proterozoic Đại Trung Nguyên Kỷ Cái Tằng (Calymmian) 1.60b - 1.40b Eon) Sinh (Mesoproterozoic Kỷ Duyên Triển (Ectasian) 1.40b - 1.20b Era) Kỷ Hiệp Đái (Stenian) 1.20b - 1.00b Đại Tân Nguyên Kỷ Lạp Thân (Tonian) 1.00b - 850m Sinh (Neoproterozoic Kỷ Thành Băng (Cryogenian) 850m - 635m Era) Kỷ Ediacara (Ediacaran) 635m - 542m Liên đại Hiển Đại Cổ Sinh Kỷ Cambri (Cambrian) 542m - 490m Sinh Kỷ Ordovic (Ordovician) 490m - 442m (Paleozoic Era) Kỷ Silur (Silurian) 442m - 415m (Phanerozoic Kỷ Devon (Devonian) 415m - 359m Eon) Kỷ Than Thế Mississippi 359m - 318m đá (Carboniferous) Thế 318m - 299m Pensyvania Kỷ Permi (Permian) 299m - 251m Đại Trung Sinh Kỷ Tam Điệp (Triassic) 251m - 199m (Mesozoic Era) Kỷ Jura (Jurassic) 199m - 145m Kỷ Phấn Trắng (Cretaceous) 145m - 65m Đại Tân Sinh Kỷ Đệ Tam hạ Thế Paleocen 65m - 56m (Paleogen) Thế Eocen 56m - 34m (Cenozoic Era) Thế Oligocen 34m - 23m Kỷ Đệ Tam Thế Miocen 23m - 5.33m thượng (Neogen) Thế Pliocen 5.33m - 1.80m 4
Kỷ Đệ Thế Pleistocen 1.80m - Tứ (Neogen) 10000y Thế Holocen 10000y - present 1. Liên đại Thái Viễn Cổ hay Hỏa Thành (Hadean): 3.800-4.500 triệu năm trước. Liên đại Hỏa Thành trải dài từ khi bắt đầu hình thành Trái Đất và kết thúc vào khoảng 3.800 triệu năm trước, mặc dù niên đại của nó dao động rất mạnh trong các nguồn tài liệu địa chất khác nhau. Tên gọi "Hadean" có nguồn gốc từ Hades, nó gợi ra hình ảnh của âm phủ hoặc là ám chỉ tới các điều kiện trên Trái Đất vào thời gian đó. Các văn bản cũ hơn đơn giản chỉ gọi liên đại này là Tiền- Thái Cổ, trong khi trong phần lớn thời gian của thế kỷ 19 và 20 thì thuật ngữ "Azoic" (tức vô sinh - nghĩa là không có hoặc trước sự sống) nói chung hay được sử dụng. Cuộc oanh tạc lớn muộn đã diễn ra trong thời kỳ Hỏa Thành và ảnh hưởng tới cả Trái Đất lẫn Mặt Trăng. Những vụ phun trào núi lửa diễn ra thường xuyên trong buổi đầu lịch sử Trái đất. Một lượng nước đáng kể có lẽ đã có mặt trong vật chất tạo ra Trái Đất. Các phân tử nước có lẽ đã thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái Đất cho đến khi bán kính của Trái Đất đạt tới khoảng 40% kích thước ngày nay, và nước (cùng các nguyên tố dễ bay hơi khác) có lẽ đã được giữ lại sau thời điểm này. Một phần 5
của hành tinh non trẻ này có lẽ đã bị phá vỡ bởi một va chạm để tạo nên Mặt Trăng, nó có lẽ được gây ra bởi sự nóng chảy của của một hoặc hai khu vực lớn. Các thành phần hiện nay không phù hợp với sự nóng chảy hoàn toàn, và va chạm đó rất khó để có thể nung chảy hoàn toàn và trộn lẫn các khối đá khổng lồ. Nghiên cứu về Ziricon đã phát hiện ra rằng nước ở trạng thái lỏng lỏng có thể đã tồn tại từ khoảng 4.400 Ma, rất sớm sau sự hình thành của Trái Đất. Điều này chứng tỏ có sự hiện diện của khí quyển. Hydro và Hêli có lẽ vẫn tiếp tục bị mất khỏi bầu khí quyển này, nhưng sự thiếu vắng các khí trơ nặng hơn trong khí quyển ngày nay đã gợi ý rằng có lẽ đã có một điều gì đó mang tính thảm họa đã xảy ra với bầu khí quyển ban đầu này. Tuy nhiên, một phần đáng kể các vật chất có lẽ đã bị hóa hơi bởi va chạm này, tạo thành một bầu khí quyển dày đặc hơi đá xung quanh hành tinh non trẻ. Đá bốc hơi có lẽ đã ngưng tụ trong phạm vi khoảng 2.000 năm, để lại sau lưng nó các chất dễ bay hơi còn nóng bỏng, tạo ra một bầu khí quyển dày CO2 cùng hydro và hơi nước. Các đại dương chứa nước lỏng có lẽ đã tồn tại mặc dù nhiệt độ bề mặt ở mức khoảng 230 °C, dưới áp suất khí quyển rất lớn của CO2. Khi quá trình nguội đi được tiếp diễn, các sự lún sụt của đất và sự hòa tan trong nước biển đã loại bỏ phần lớn CO2 ra khỏi khí quyển nhưng nồng độ của nó dao động một cách dữ dội do bề mặt mới và các chu trình tạo lớp vỏ Trái Đất đã xuất hiện. 1.1 Đại Cryptic hay đại Bí ẩn: 4.100-4.500 triệu năm trước. Đây là đại cổ nhất của liên đại Hỏa Thành , và nói chung được chấp nhận là bắt đầu vào khoảng 4.567,17 triệu năm trước khi Trái Đất và Mặt Trăng hình thành. Không tồn tại các mẫu vật có niên đại vào khoảng thời gian chuyển tiếp từ đại Cryptic sang đại kế tiếp theo là đại Nhóm Lòng chảo của Mặt Trăng, mặc dù đôi khi người ta cho rằng nó kết thúc vào khoảng 4.150 triệu năm trước đối với một hoặc cả hai thiên thể này. 6
Minh họa đĩa bồi tiền hành tinh Đại này là bí ẩn là do có rất ít chứng cứ địa chất còn tồn tại từ thời gian này. Phần lớn các hình thái đất đá thời kỳ này có lẽ đã bị phá hủy trong thời kỳ bắn phá ban đầu, hay bị phá hủy bởi các hiệu ứng của các kiến tạo địa tầng sau này. Trong thời kỳ này, Trái Đất được bồi đắp để lớn dần lên, các phần bên trong của nó phân hóa và bề mặt nóng chảy của nó bắt đầu đông đặc lại. Sự va chạm (giả thuyết trong Thuyết va chạm khổng lồ) đã dẫn tới sự hình thành của Mặt Trăng cũng diễn ra vào thời kỳ này. Các khoáng chất cổ nhất đã biết là của thời kỳ này. Về nguồn gốc của Mặt trăng, đa số bằng chứng tồn tại ủng hộ giả thuyết "Sự va chạm dữ dội". Theo đó, Trái đất không phải là hành tinh duy nhất được tạo thành ở khoảng cách 150 triệu km từ Mặt trời. Giả thuyết này cho rằng đã tồn tại "một tập vật chất" ở khoảng cách 150 triệu km so với cả Trái đất và Mặt trời. Hành tinh này được gọi là Theia, nó nhỏ hơn so với Trái đất, có cùng kích thước và khối lượng như Sao Hoả. Quỹ đạo của nó ban đầu là ổn định nhưng về sau khi Trái đất ngày càng có khối lượng lớn hơn sau khi thu thập thêm vật chất ở xung quanh, thì quỹ đạo của Theia trở nên bất ổn định. Theia đu đưa theo Trái đất cho tới khi cách nay khoảng 4.533 tỷ năm, nó đã va chạm vào Trái đất. Do tốc độ tương đối chậm và góc va chạm nhỏ không đủ để nó tiêu diệt Trái đất, nhưng một phần đáng kể của lớp vỏ Trái đất đã bị bắn ra. Những phần tử nặng từ Theia chìm sâu vào vỏ Trái đất, trong khi những phần còn lại và vật chất phóng ra đã tập hợp lại thành một vật thể duy nhất trong không gian. Dưới ảnh hưởng của trọng lực nó trở thành một vật thể có hình cầu: đó là Mặt trăng ngày nay. Sự va chạm này đã làm thay đổi trục của Trái đất làm nó nghiêng đi 7
23,5°, trục quay nghiêng gây ra mùa trên Trái đất. Có thể nó cũng đã làm tốc độ quay của Trái đất tăng thêm và khởi động những kiến tạo địa tầng. Hình ảnh giả định về hành tinh Theia hình thành tại điểm L5 của Trái đất, sau đó bị mất ổn định bởi trọng lực, lao vào Trái đất hình thành nên Mặt trăng. 1.2 Đại các nhóm Lòng chảo (Basin Groups): 3.920-4.100 triệu năm trước. Việc tạo ra các đơn vị phân chia nhỏ của đại Nhóm Lòng chảo là việc xếp đặt 30 thung lũng va chạm Tiền Nectar thành 9 nhóm niên đại tương đối. Niên đại tương đối của lòng chảo đầu tiên trong mỗi nhóm dựa trên mật độ của hố và các quan hệ chồng chập, trong khi các lòng chảo khác được đưa vào dựa trên các lớp đất đá yếu hơn. Nhóm lòng chảo 1 không có niên đại chính thức cho lớp đáy của nó, và ranh giới giữa nhóm lòng chảo 9 và kỷ Nectaris được xác định bằng sự hình thành của lòng chảo va chạm Nectaris. 8
Mặt sáng của Mặt trăng - các Basin 1.3 Đại kỷ Nectaris (Nectarian): Niên đại của lòng chảo Nectaris ở một mức độ nào đó là gây bất đồng, với con số thường xuyên được trích dẫn đưa ra giá trị 3,92 tỷ năm (Ga), hay không thường xuyên được trích dẫn là 3,85 Ga. Tuy nhiên, gần đây người ta cho rằng lòng chảo Nectaris trên thực tế có thể cổ hơn nhiều và có lẽ đã được hình thành vào khoảng 4,1 Ga. Các nhóm lòng chảo không được sử dụng như là các thời kỳ địa chất tại bất kỳ bản đồ địa chất Mặt Trăng nào. 1.4 Đại kỷ Imbrium Sớm (Lower Imbrian): khoảng 3.800-3.850 triệu năm trước, cùng niên đại với sự xuất hiện của biển Imbrium (biển Mưa) trên Mặt Trăng. Nó gối lên khoảng thời gian kết thúc của sự kiện bắn phá mạnh muộn của khu vực bên trong của hệ Mặt Trời. Các va chạm đã tạo ra lòng chảo biển Imbrium diễn ra vào đầu kỷ. Các lòng chảo lớn khác thống lĩnh phía bên trái của Mặt Trăng (chẳng hạn Crisium, Tranquilitatis, Serenitatis, Fecunditatis và Procellarum) cũng đã được hình thành trong thời kỳ này. Các lòng chảo này được nhồi đầy các loại đá bazan chủ yếu trong kỷ Imbrium Muộn tiếp theo. Trước khi diễn ra kỷ Imbrium Sớm là giai đoạn thuộc kỷ Nectaris. 9
2. Liên đại Thái Cổ (Archean/Archaean/Archeozoic) hay Vô Sinh (Azoic): Vào đầu thời kỳ Thái Cổ, nhiệt của Trái Đất gần như đã cao gấp 3 lần so với ngày nay, và vào khoảng cỡ 2 lần cao hơn so với mức bức xạ nhiệt ở đầu liên đại Nguyên Sinh. Lượng nhiệt dư thừa này có thể là tàn dư từ sự lớn dần lên của hành tinh, một phần là nhiệt của sự hình thành của phần lõi sắt, và rất có thể một phần là do nhiệt sinh ra từ các hạt nhân có chu kỳ bán rã ngắn như urani-235. Phần lớn các loại đá thời Thái Cổ nếu tồn tại đều là các loại đá lửa biến chất, phần lớn trong đó là đá xâm nhập. Hoạt động núi lửa là tương đối tích cực hơn ngày nay, với hàng loạt các điểm nóng và thung lũng do rạn nứt, với sự phun trào của các dung nham bất thường như komatiit. Các loại đá lửa xâm nhập như các vỉa nóng chảy lớn và các khối đá sâu đồ sộ chứa granit, diorit, các xâm nhập thành lớp dạng siêu mafic tới mafic, anorthosit và monzonit được biết đến như là sanukitoid thống lĩnh trong suốt các tàn dư vùng im lìm kết tinh của lớp vỏ Trái Đất thời Thái Cổ mà còn tồn tại tới ngày nay. Trái Đất thời kỳ đầu Thái Cổ có thể có kiểu kiến tạo khác biệt. Một số nhà khoa học cho rằng do Trái Đất là nóng hơn, và hoạt động kiến tạo địa tầng là mãnh liệt hơn so với ngày nay, nên kết quả là có một tốc độ tái sinh các vật liệu lớp vỏ lớn hơn. Điều này có thể ngăn cản quá trình tạo vùng im lìm và sự hình thành của các châu lục cho tới khi lớp phủ nguội đi và sự đối lưu bị chậm lại. Các nhà khoa học khác lại cho rằng lớp phủ thạch quyển tiểu lục địa là quá nổi để có thể ẩn chìm và sự thiếu vắng của các loại đá thời Thái Cổ là do tác động xói mòn của các sự kiện kiến tạo tiếp theo sau đó. Câu hỏi về có hay không có hoạt động kiến tạo địa tầng nào đã tồn tại trong thời Thái Cổ là lĩnh vực hoạt động tích cực của các nghiên cứu địa chất học hiện đại. Không tồn tại các châu lục lớn cho tới tận cuối thời kỳ Thái Cổ; các tiền- châu lục nhỏ là quy phạm chung, chúng bị ngăn chặn không cho kết hợp thành các khối lớn hơn do tốc độ cao của hoạt động địa chất. Các tiền lục địa giàu fenzit này có lẽ đã được tạo ra tại các điểm nóng hơn là tại các khu vực ẩn chìm, từ các nguồn đa dạng như: sự phân hóa do lửa của các loại đá mafic để tạo thành các loại đá trung gian và đá fenzit, macma mafic dễ nóng chảy hơn đá fenzit và thúc đẩy quá trình granit hóa các loại đá trung gian, nóng chảy một phần của đá mafic, cũng như từ sự thay đổi biến chất của đá fenzit trầm tích. Các mảng lục địa như thế có thể không được bảo tồn nếu chúng không đủ nổi hay đủ may mắn để tránh các đới ẩn chìm mạnh mẽ. Một diễn giải khác cho sự thiếu vắng chung các loại đá thời kỳ đầu Thái Cổ (trên 3.800 Ma) là khối lượng các mảnh vụn ngoài hệ Mặt Trời đã hiện diện bên trong hệ Mặt Trời khi đó. Thậm chí ngay sau khi hình thành hành tinh thì một lượng lớn các tiểu hành tinh và thiên thạch vẫn còn tồn tại, và chúng bắn phá Trái Đất thời kỳ đầu cho tới khoảng 3.800 Ma. Sự bắn chặn cụ thể của các 10
vật thể va chạm lớn được biết đến như là sự bắn phá mạnh muộn cố thể đã ngăn chặn bất kỳ mảng vỏ lớn nào không cho chúng hình thành bằng cách làm tan vỡ các tiền lục địa ban đầu theo đúng nghĩa đen của cụm từ này. Khí quyển thời Thái Cổ dường như không có ôxy tự do. Nhiệt độ dường như đã ở gần mức như ngày nay trong khoảng 500 Ma của sự hình thành Trái Đất, với nước ở dạng lỏng đã tồn tại, do sự tồn tại của các loại đá trầm tích trong các loại đá gơnai bị biến dạng cao. Các nhà thiên văn học cho rằng Mặt Trời khi đó đã tối hơn khoảng 33%, và điều này có thể đã góp phần hạ thấp nhiệt độ tổng thể của Trái Đất hơn so với dự kiến. Đây là suy nghĩ để phản ánh các lượng lớn hơn của các khí nhà kính so với các giai đoạn muộn hơn trong lịch sử Trái Đất. Vào cuối thời kỳ Thái Cổ, khoảng 2.600 Ma, hoạt động kiến tạo địa tầng có thể đã gần giống như ngày nay. Các lòng chảo trầm tích được bảo tồn khá tốt và chứng cứ của các vòng cung núi lửa, các vết nứt nội châu lục, các va chạm lục địa-lục địa và các sự kiến kiến tạo sơn trải rộng toàn cầu đã cho thấy sự gắn kết và phá hủy của một và có lẽ là của vài siêu lục địa. Nước dạng lỏng là phổ biến, và các lòng chảo đại dương sâu được biết là đã tồn tại do sự hiện diện của các lớp thành hệ sắt dải, đá phiến silic, các trầm tích hóa học và các lớp đệm bazan. Sự sống có lẽ đã hiện diện trong suốt liên đại Thái Cổ, nhưng có lẽ chỉ hạn chế trong các dạng sinh vật đơn bào không nhân, gọi là sinh vật nhân sơ (Prokaryota hay trước đây làMonera); do không thấy có bất kỳ hóa thạch nào của sinh vật nhân chuẩn (Eukaryota), mặc dù chúng có thể đã tiến hóa trong liên đại này và đơn giản là không để lại hóa thạch. Tuy nhiên, không có chứng cứ hóa thạch cũng tồn tại cho các sinh vật siêu nhỏ nội bào như các virus. 2.1 Đại Tiền Thái Cổ (Eo-archean): khoảng 3.600-3.800 triệu năm trước. Siêu lục địa đầu tiên Vaalbara có lẽ đã xuất hiện trong thời kỳ này. 11
Cảnh quan của Đại tiền Thái cổ - núi lửa ở khắp nơi, bầu trời màu da cam (nhiều metan), biển màu lục (nhiều sắt) 2.2 Đại Cổ Thái Cổ (Paleo-archean): khoảng 3.200-3.600 triệu năm trước. Dạng sự sống cổ nhất đã biết, các hóa thạch vi khuẩn được bảo tồn khá tốt có niên đại trên 3.460 Ma tại miền tây Australia là thuộc về đại này. 2.3 Đại Trung Thái Cổ (Meso-archean): khoảng 2.800-3.200 triệu năm trước. Các hóa thạch từ Australia chỉ ra rằng các tấm đệm vi khuẩn lam dưới dạng stromatolit đã sống trên Trái Đất kể từ thời kỳ thuộc đại Trung Thái Cổ này. Siêu lục địa Ur có lẽ đã hình thành trong giai đoạn này. 12
Thành tạo dải sắt, Australia. 2.4 Đại Tân Thái Cổ (Neo-archean): khoảng 2.500-2.800 triệu năm trước. Sự quang hợp giải phóng ôxy lần đầu tiên đã xuất hiện trong giai đoạn này (khoảng 2.700 Ma) và nó là nguyên nhân của thảm họa ôxy xảy ra sau này trong đại Cổ Nguyên Sinh (khoảng 2.400 Ma) do sự tích tụ gây ngộ độc của ôxy trong khí quyển Trái Đất, được các sinh vật quang tự dưỡng, đã tiến hóa trong đại này, giải phóng ra. 3. Liên đại Nguyên Sinh hay Nguyên Cổ (Proterozoic): khoảng 540-2.500 triệu năm trước. Đây là một thời kỳ có các thay đổi lớn về địa chất của Trái Đất. Mảng kiến tạo cuối cùng đã hình thành trong thời kỳ này. Các bằng chứng đầu tiên của sự sống đa bào và sinh sản hữu tính từ khoảng 1,2 tỷ năm trước, ở giữa liên đại Nguyên Sinh. Trái đất nguội đi nhanh chóng, và trong thời gian cuối liên đại đã hoàn toàn đóng băng. Sự sống đa bào phức tạp lần đầu tiên xuất hiện. 13
Liên đại Nguyên Sinh bao gồm ba đại địa chất, từ cổ nhất tới trẻ nhất là: - Đại Cổ Nguyên Sinh (Paleoproterozoic) - Đại Trung Nguyên Sinh (Mesoproterozoic) - Đại Tân Nguyên Sinh (Neoproterozoic) Các sự kiện chính đã được xác định khá tốt là: - Sự quá độ sang khí quyển giàu ôxy trong đại Trung Nguyên Sinh. - Một vài thời kỳ băng hà hóa, bao gồm cả quả cầu tuyết Trái Đất trong kỷ Cryogen ở cuối đại Tân Nguyên Sinh. - Kỷ Ediacara (635 tới 542 Ma) được đặc trưng bằng sự tiến hóa của các sinh vật đa bào thân mềm khá phổ biến. 14
Đá trầm tích liên đại Nguyên Sinh hạ từ Bolivia, Nam Mỹ Một trong những sự kiện quan trọng nhất của liên đại Nguyên Sinh là sự tích lũy ôxy trong khí quyển Trái Đất. Mặc dù sự giải phóng ôxy do quang hợp từ thời kỳ Thái Cổ là điều không còn nghi ngờ gì nữa, nhưng trong thời kỳ đó sự tích tụ ôxy chưa đủ lớn cho đến khi quá trình chìm lắng hóa học của các chất như lưu huỳnh và sắt không bị ôxi hóa đã được thực hiện xong. Vào khoảng 2,3 tỷ năm trước, ôxy trong khí quyển có lẽ chỉ đạt được mức khoảng 1-2% của mức như ngày nay. Các tạo thành sắt theo dải, cung cấp phần lớn các quặng sắt trên thế giới, cũng là lắng đọng hóa học đáng chú ý. Phần lớn các tích tụ đã giảm mạnh sau 1.900 Ma, hoặc là do sự gia tăng của ôxy hoặc là thông qua sự phối trộn của các cột nước đại dương. Các địa tầng màu đỏ do hematit, một chỉ báo cho thấy sự gia tăng của ôxy trong khí quyển 2 tỷ năm trước; chúng không được tìm thấy trong các tầng đá cổ hơn. Sự tích tụ ôxy có lẽ là do 2 yếu tố: sự nhồi đầy của các chất chìm lắng hóa học và sự gia tăng của sự chôn vùi cacbon, nó cô lập các hợp chất hữu cơ mà nếu không thì chúng rất dễ dàng bị ôxi hóa bởi ôxy trong khí quyển. 15
Các lớp vỏ đá rắn của Trái Đất (thạch quyển) nằm trên một vùng đá nóng bán chảy có độ nhớt cao (quyển mềm), trong đó các dòng phát sinh nhiệt được mô tả như hình trên. Tại điểm nơi hai dòng đối lưu gặp nhau, thạch quyển bị tách ra, tạo thành các đại dương. Dung nham phun trào ở khu vực này sẽ tạo ra đáy đại dương mới (thể hiện bằng màu nâu sẫm). Sự tác động lên thạch quyển theo cách này gây ra áp lực lớn bên trên làm một số khu vực chìm xuống. Nơi chìm xuống là những khu vực có lớp vỏ mỏng hơn của các đại dương nằm bên dưới lớp vỏ lục địa dày hơn rất nhiều. Vì nó bắt buộc ở sâu hơn nên sẽ nóng hơn và có độ nhớt cao và lần lần sáp nhập vào quyển mềm. 3.1 Đại Cổ Nguyên Sinh (Paleo-proterozoic): khoảng 1.600-2.500 triệu năm trước. Gồm các kỷ: - Kỷ Thành Thiết (Siderian): 2.50b - 2.30b - Kỷ Tằng Xâm (Rhyacian): 2.30b - 2.05b - Kỷ Tạo Sơn (Orosirian): 2.05b - 1.80b - Kỷ Cố Kết (Statherian): 1.80b - 1.60b Trong đại này, lần đầu tiên các châu lục được ổn định. Đây cũng là giai đoạn mà các loài vi khuẩn lam tiến hóa. Chúng là loại vi khuẩn có thể sử dụng các phản ứng sinh hóa của quang hợp để sản sinh ra năng lượng và ôxy. Trước khi có sự gia tăng đáng kể của ôxy trong khí quyển thì gần như tất cả mọi dạng sự sống đều tồn tại dưới dạng kị khí, nghĩa là quá trình trao đổi chất của sự sống phụ thuộc vào dạng hô hấp tế bào không đòi hỏi cần có ôxy. Ôxy dạng tự do với lượng lớn là chất độc cho phần lớn vi khuẩn kỵ khí, và tới thời điểm đó (khoảng giữa kỷ Sideros) thì phần lớn các dạng sự sống kị khí trên Trái Đất bị tiêu diệt. Sự sống duy nhất có khả năng tồn tại là những dạng có khả năng chống lại quá trình ôxi hóa cũng như các hiệu ứng độc hại của ôxy hoặc những dạng có thể trải qua toàn bộ cuộc đời của chúng trong môi trường giàu ôxy tự do. Sự kiện chính này được gọi là thảm họa ôxy. 16
Mặt cắt ngang của stromatolite hiển thị các cấu trúc đa lớp. Trong thời kỳ của đại này thì các siêu lục địa như Nena và Atlantica (khoảng 2.000 Ma) đã hình thành, để sau đó (~ 1.800 Ma) nhập lại thành siêu lục địa Columbia . Siêu lục địa Columbia bắt đầu tách ra vào cuối đại này. 3.1.1 Kỷ Sideros (Siderian) hay kỷ Thành Thiết: khoảng 2.300-2.500 triệu năm. Sự phổ biến của các sự kiện tạo thành sắt (BIF) đạt tới đỉnh cao vào đầu kỷ này. BIF được hình thành khi các loài tảo kỵ khí sinh ra ôxy dưới dạng chất thải để nó kết hợp với sắt, tạo thành magnetit (Fe3O4, một loại ôxít sắt). Quá trình này làm hết sắt của đại dương, có lẽ đã làm cho nước biển có màu xanh lục trở thành trong. Cuối cùng, khi không còn ôxy chìm lắng trong các đại dương thì quá trình này tạo ra khí quyển giàu ôxy của ngày nay. Băng hà Huronia đã bắt đầu trong kỷ Sideros, vào khoảng 2.400 Ma và kết thúc vào cuối kỷ Rhyax (khoảng 2.100 Ma). 3.1.2 Kỷ Rhyax (Rhyacian) hay kỷ Tằng Xâm: khoảng 2.050-2.300 triệu năm. Phức hợp Bushveld và các xâm nhập tương tự khác đã hình thành trong thời kỳ này. Thời kỳ băng hà Huronia kết thúc vào cuối kỷ Rhyax, khoảng 2.100 Ma. 3.1.3 Kỷ Orosira (Orosirian) hay kỷ Tạo Sơn: khoảng 1.800-2.050 triệu năm. Nửa sau của kỷ này là khoảng thời gian của các hoạt động kiến tạo sơn gần như trên tất cả các lục địa. Có lẽ trong kỷ này thì khí quyển Trái Đất đã thay 17
đổi sang dạng giàu ôxy do quang hợp của vi khuẩn lam. Hai sự kiện va chạm lớn nhất đã biết trên Trái Đất diễn ra trong kỷ Orosira. Ở rất gần thời kỳ đầu của kỷ, khoảng 2.023 Ma, va chạm với một tiểu hành tinh đã tạo ra cấu trúc va chạm Vredefort. Sự kiện va chạm đã tạo ra cấu trúc của lòng chảo Sudbury diễn ra vào gần thời kỳ kết thúc của kỷ này, khoảng 1.850 Ma. Miệng núi lửa Vredefort ở Nam Phi. Lưu ý các cạnh gợn sóng, chúng rất hiếm trên trái đất nhưng thường thấy trên miệng núi lửa trên các hành tinh khác và mặt trăng (ảnh NASA) 3.1.4 Kỷ Statheros (Statherian) hay kỷ Cố Kết: khoảng 1.600-1.800 triệu năm. Trong kỷ này sự sống đơn bào phức tạp đầu tiên đã xuất hiện. Siêu lục địa Columbia đã hình thành vào đầu kỷ này. 3.2 Đại Trung Nguyên Sinh (Meso-proterozoic): khoảng 1.000-1.600 triệu năm trước. Gồm các kỷ: - Kỷ Cái Tằng (Calymmian): 1.60b - 1.40b - Kỷ Duyên Triển (Ectasian): 1.40b - 1.20b - Kỷ Hiệp Đái (Stenian): 1.20b - 1.00b Các sự kiện chính trong đại này là sự hình thành của siêu lục địa Rodinia và sự tiến hóa của sinh sản hữu tính. Trong kỷ này sự sống đơn bào phức tạp đầu tiên đã xuất hiện. Siêu lục địa Columbia đã hình thành vào đầu kỷ này. 3.2.1 Kỷ Calymma (Calymmian) hay kỷ Cái Tằng: khoảng 1.400-1.600 triệu năm. 18
Cái Tằng là có nghĩa là che phủ, tằng là tầng. Đây là kỷ địa chất thứ nhất trong đại Trung Nguyên Sinh. Nó kéo dài từ khoảng 1.600 triệu năm trước (Ma) tới khoảng 1.400 Ma. Thay vì dựa trên địa tầng, các niên đại này được xác định bằng địa thời học. Kỷ này được đặc trưng bằng sự mở rộng của các tầng che phủ đang tồn tại hay bằng các thềm lục địa mới trên các nền móng mới im lìm hóa. Siêu lục địa Columbia đã tách rời ra trong kỷ Calymma vào khoảng 1.500 Ma. 3.2.2 Kỷ Ectasis (Ectasian) hay kỷ Duyên Triển: khoảng 1.200-1.400 triệu năm. Tên gọi này có nguồn gốc từ sự tiếp tục mở rộng của các tầng che phủ trong kỷ này. Chứng cứ về tảo đỏ nhân chuẩn (Bangiomorpha pubescens) đã được xác định có trong đá cổ có niên đại khoảng 1.200 Ma tại đảo Somerset , Canada . Đây là sinh vật cổ nhất đã biết có sự sinh sản hữu tính và vì thế là sinh vật đa bào phức tạp cổ nhất đã biết. 3.2.3 Kỷ Stenos (Stenian) hay kỷ Hiệp Đái: khoảng 1.000-1.200 triệu năm trước. Cụm từ Hiệp Đái có nghĩa là dải hẹp nhằm mô tả dải đá biến chất hẹp. Nó kéo dài từ khoảng 1.200 triệu năm trước (Ma) tới khoảng 1.000 Ma. Thay vì dựa trên địa tầng, các niên đại này được xác định bằng địa thời học. Tên gọi này có nguồn gốc từ các dải đá biến chất hẹp được hình thành trong kỷ này. Siêu lục địa Rodinia đã gắn kết lại trong kỷ Stenos. 3.3 Đại Tân Nguyên Sinh (Neo-proterozoic): khoảng 542-1.000 triệu năm trước. Có các kỷ: - Kỷ Lạp Thân (Tonian): 1.00b - 850m - Kỷ Thành Băng (Cryogenian): 850m - 635m - Kỷ Ediacara (Ediacaran): 635m - 542m Về mặt địa chất, đại Tân Nguyên Sinh được cho là thời gian của các chuyển động lục địa phức tạp do siêu lục địa gọi là Rodinia đã vỡ ra tối đa thành 8 phần. Rất có thể là do hậu quả của trôi dạt lục địa mà một vài thời kỳ băng hà rộng lớn khắp thế giới đã diễn ra trong đại này, bao gồm các thời kỳ băng hà trong kỷ Cryogen như Sturtia và Marinoa, là những thời kỳ băng hà mãnh liệt nhất trên Trái Đất mà người ta đã biết. Các thời kỳ này được cho là mãnh liệt tới mức các chỏm băng xuống tới tận xích đạo, dẫn tới tình trạng gọi là "quả cầu tuyết Trái Đất". 3.3.1 Kỷ Tonas (Tonian) hay kỷ Lạp Thân: khoảng 850-1.000 triệu năm trước. Đây là kỷ địa chất đầu tiên trong đại Tân Nguyên Sinh (Neoproterozoic) và kéo dài từ khoảng 1.000 triệu năm trước (Ma) tới khoảng 850 Ma. Thay vì 19
xác định bằng địa tầng, các niên đại này được xác định bằng phương pháp đo phóng xạ trong địa thời học. Các sự kiện dẫn tới sự phá vỡ siêu lục địa Rodinia đã bắt đầu trong kỷ này. Sự lan tỏa của các loài acritarch diễn ra trong kỷ Tonas. 3.3.2 Kỷ Cryogen (Cryogenian) hay kỷ Thành Băng: khoảng 630-850 triệu năm. Tên gọi này có nguồn gốc từ các trầm tích băng hà đặc trưng của thời kỳ này, chỉ ra rằng vào thời kỳ đó, Trái Đất đã phải hứng chịu các thời kỳ đóng băng mãnh liệt nhất trong lịch sử của mình, với các sông băng trải dài tới tận xích đạo, với một loạt các dao động nhịp nhàng. Các thời kỳ đóng băng này được đặc trưng bằng các trầm tích sét tảng lăn tại Congo,Sahara, Oman, Australia, Trung Quốc, Bắc Mỹ, Ireland, Scotland, Na Uy và nhiều nơi khác khắp trên thế giới. Nói chung nó được coi là có thể chia ra làm ít nhất là 2 thời kỳ đóng băng chính. Thời kỳ băng hà Sturtia kéo dài từ khoảng 750 tới 700 Ma và thời kỳ băng hà Marinoa/Varanger kết thúc vào khoảng 635 Ma. Các trầm tích sét tảng lăn cũng có mặt tại các khu vực mà trong kỷ Cryogen nằm ở các khu vực có vĩ độ thấp, một hiện tượng dẫn đến giả thuyết về việc các đại dương của hành tinh bị đóng băng rất sâu, gọi là "quả cầu tuyết Trái Đất". Quần thể acritarch bị tàn phá tan tành trong thời kỳ đóng băng này. Người ta cho rằng nồng độ ôxy trong khí quyển Trái Đất đã tăng lên sau thời kỳ đóng băng này. Có hàng loạt các đặc trưng khó hiểu về thời kỳ băng hà này, bao gồm các chỉ thị về sự đóng băng tại các vĩ độ rất thấp và sự hiện diện của các miếng nêm đá vôi — mà thông thường chúng chỉ là các trầm tích của nước ấm — phía trên, phía dưới và lẫn lộn với các trầm tích băng hà. Sự tái xuất hiện của các thành hệ sắt dải gắn liền với thời kỳ băng hà mà người ta đã không còn tìm thấy kể từ đại Cổ Nguyên Sinh, cũng nhất thời quay trở lại, cho thấy các mức nồng độ ôxy thấp và không ổn định. Các nghiên cứu cổ từ học dường như chỉ ra tốc độ trôi dạt lục địa rất cao, điều này làm cho một số nhà địa chất đặt câu hỏi về việc liệu có hay không việc một số trong các hiện tượng này là do sự lệch hướng của cực từ chứ không phải là do chuyển động của các mảng đất đá và sự đóng băng tại các vĩ độ thấp. Về cơ bản, sự phân bổ rất không cân xứng của lớp vỏ làm cho chuyển động tự quay của Trái Đất gây ra lực ly tâm có thể làm cho Trái Đất phải quay (trong khi trục tự quay của nó vẫn nghiêng theo cùng một hướng) cho đến khi sự kết hợp của các châu lục là nằm trên xích đạo; điều này làm cho sự trôi dạt lục địa dường như nhanh hơn so với tốc độ trung bình. 3.3.3 Kỷ Ediacara (Ediacaran): khoảng 542-630 triệu năm trước. Kỷ này là không bình thường do sự khởi đầu của nó không được xác định bằng sự thay đổi trong các mẫu vật hóa thạch. Các hóa thạch thân mềm bất thường cũng diễn ra trong kỷ Ediacara, nhưng chúng bị hạn chế ở phần cuối của kỷ, vào khoảng sau 580 Ma. Thay vì thế, sự bắt đầu của kỷ được xác định bằng 20