CHUỖI ĐỊA TẦNG ĐỒNG VỊ CARBON-13 CỦA ĐÁ VÔI VÙNG TÂY NAM NHẬT BẢN

Tiếp nối các nghiên cứu về địa tầng thạch học và địa tầng hóa học của loạt đá cacbonat thời kỳ giữa kỷ Tam Điệp ở khu vực Bắc Trung Bộ Việt Nam, nhóm nghiên cứu của cô TS. Hà Thị Như Thủy tiếp tục các nghiên cứu hóa địa tầng cho loạt đá vôi ở vùng tây nam Nhật Bản. Theo nhóm nghiên cứu thì trầm tích biển còn sót lại của vùng biển cổ Panthalassa cách đây hơn 250 triệu năm hiện nay phân bố ở Nhật Bản, New Zealand và British Columbia. Trong suốt thời kỳ kỷ Tam Điệp, vùng biển cổ Panthalassa chiếm tới 60% bề mặt Trái đất. Tuy nhiên, các ghi nhận về tiến trình cổ đại dương và các thông tin liên quan ít được nghiên cứu so với vùng đất liền Pangea hay vùng biển sâu Tethys.

Các khối đá ngoại lai từ trầm tích vùng biển Permi-Tam Điệp hình thành trên cổ đại dương Panthalassa xảy ra ở vùng phức hợp tuổi Jura dải Chichibu vùng tây nam Nhật Bản. Các khối đá ở vùng tây nam nước Nhật trên là một kho lưu trữ quan trọng về các tổ hợp sinh vật và quá trình tiến hóa trầm tích từ cổ đại dương Panthalassa. Các khối đá vôi tìm thấy ở Tahokamigumi, thành phố Seiyo, phía tây đảo Shikoku được gọi với tên là Đá vôi Taho hoặc là hệ tầng Taho và có nguồn gốc từ sự tích tụ của đảo san hô hay nền đá cacbonat độc lập phát triển trên đỉnh giữa sống núi

đại dương thời kỳ kỷ Tam Điệp (cách đây hơn 250 triệu năm). Qua quan sát dưới kinh hiển vi phân cực, nhóm nghiên cứu tìm thấy nhiều hóa thạch biển trong đá vôi như ammonoit, sò hai mảnh, động vật chân bụng, xác cá và conodont.

Qua khảo sát thực địa, nhóm nghiên cứu quyết định thu thập hơn 100 mẫu đá từ phần địa tầng dày 17,6 m nằm ở giữa khu vực Hệ tầng Taho. Sau đó, các nhà khoa học tiến hành một loạt các phân tích tướng đá, thành phần khoáng vật cũng như phân tích đồng vị bền Carbon-13, Oxy-18, và xác định địa tầng sinh học nhằm định tuổi của đá thành tạo.

Nhóm tác giả nhận thấy rằng phần mặt cắt C02 dày 17,6 m trên chủ yếu bao gồm đá vôi màu nâu xám, phân lớp trung bình cùng với đá vôi phân lớp mỏng màu xám nâu. Đá vôi phân lớp bao gồm chủ yếu là đá wack và đá pack sinh vật, với các lớp đá rud sinh vật xen kẽ. Một số lớp đá rud có dạng thấu kính và chứa nhiều ốc hai mảnh vỏ và ammonoit. Đá pack và đá wack chứa các tế bào sinh vật ammonoit, động vật chân bụng, loài ốc hai mảnh, echinoids và hóa thạch cá. Tuy nhiên, nhiều tế bào vi sinh vật phân mảnh và không thể xác định được rõ ràng.

Đáng chú ý, các ghi nhận hóa địa tầng đồng vị Carbon-13 thu được ở vùng tây nam Nhật Bản hình thành một xu hướng có thể tương quan với chuỗi địa tầng đồng vị Carbon-13 ở một số khu vực khác ở Nam Trung Quốc, Romania và các tiểu Vương quốc Ả rập Xê út. Dù độ dao động của chuỗi đồng vị Carbon-13 khu vực nghiên cứu có quy mô nhỏ hơn nhưng giá trị đồng vị ở khu vực này hiển thị theo hướng tăng lên khoảng 2‰ so với giá trị của các vùng khác. Giá trị đồng vị Carbon-13 cao này có thể được giải thích bởi ba cơ chế.

Cơ chế thứ nhất: Đặc trưng hàm lượng Aragonite ban đầu của khu vực nghiên cứu rất cao so với loạt carbonate cùng thành thạo đồng thời ở các khu vực khác trên thế giới. Tuy nhiên các khối đá vôi của nhóm nhà khoa học đang nghiên cứu dường như không bị chi phối bởi các hóa thạch aragonitic (ví dụ san hô scleractinian và động vật thân mềm). Các tầng đá phiến chứa nhiều vỏ hóa thạch bao gồm cả ammonoit không có giá trị đồng vị Carbon-13 cao so với các tầng đá khác. Do đó, cơ chế thứ nhất này không thể giải thích cho giá trị đồng vị Carbon-13 cao của khu vực nghiên cứu.

Cơ chế thứ hai có thể liên quan đến giá trị đồng vị Carbon-13 của DIC thấp trong biển cổ Tethys. Do cấu tạo hình dạng của đất liền và biển cổ từ thời kỳ đầu và giữa giai đoạn kỷ Tam Điệp thì vùng biển Tethys là vùng biển kín so với vùng biển cổ Panthalassa, sự trao

đổi nước giữa hai đại dương cổ cũng bị hạn chế. Do đó, đại dương Tethyan có thể bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi dòng nước trên cạn được làm giàu 12C. Ngoài ra, có thể đã có sản phẩm hữu cơ tương đối cao hơn và/hoặc được chôn lấp ở đại dương cổ Panthalassa. Tuy nhiên, đã có báo cáo rằng giá trị đồng vị Carbon-13 (DIC) ở vùng đại dương Tethyan cao hơn ở phía tây Paleo-Thái Bình Dương trong Kỷ Jura muộn, điều này có khả năng được giải thích là do tỷ lệ sản phẩm hữu cơ hoặc chôn lấp ở đại dương Tethyan cao hơn. Do đó, sự tương phản giá trị đồng vị Carbon-13 giữa các đại dương là một hiện tượng phổ biến.

Đá vôi của Hệ tầng Taho được hình thành như một đảo san hô/tích tụ cacbonat hoặc nền cacbonat độc lập trên đỉnh sống núi giữa đại dương. Do đó, cơ chế thứ ba có thể xảy ra là do sự làm giàu 13C (DIC) trong nước biển trên nền đá, nguyên nhân là do loại bỏ 12C khỏi nước biển do quá trình quang hợp và canxi hóa của các sinh vật biển.

Như vậy, điều đáng chú ý trong nghiên cứu của nhóm TS. Hà Thị Như Thủy ở dự án này đó là việc xây dựng lại chuỗi đồng vị Carbon-13 và giải thích cơ chế hình thành chuỗi đồng vị này ở khu vực nghiên cứu. Chuỗi đồng vị này dường như đại diện cho địa tầng hóa học đồng vị Carbon-13 giai đoạn đầu và giữa kỷ Tam Điệp của khu vực cổ đại dương Panthalassa.