Giai đoạn lịch sử địa chất rất lâu dài từ khi có những đá trầm tích đầu tiên cho đến sát trước Cambri gồm hai Liên nguyên đại là Arkei và Proterozoi, dài đến khoảng 3,2 tỷ năm. Do sự hiểu biết về giai đoạn lịch sử này còn ít nên hai liên nguyên đại này thường được ghép thành một vĩ kỳ lớn trong lịch sử địa chất với tên gọi chung là Tiền Cambri. Nhờ những kết quả nghiên cứu ngày càng phong phú, nên hiện nay các nhà địa chất cũng đã biết được nhiều sự kiện địa chất đã xẩy ra trong Arkei và Proterozoi, do đó địa tầng của Arkei và Proterozoi cũng được phân chia chi tiết hơn trước đây. Trên thế giới đá Tiền Cambri biến chất cao và uốn nếp phức tạp lộ ra ở nhiều nơi, nhưng lộ rõ nhất ở những khiên và nhân các địa khối ở Bắc Mỹ và ở phía đông của bán đảo Scandinavia (Bắc Âu) và ở Châu Phi H. 1. Thuở ban đầu của Arkei, thành phần của khí quyển gồm chủ yếu là dioxyt carbon và hơi nước, không có hoặc có rất ít oxy; điều kiện môi trường như vậy không thể thích hợp cho sự sống của bất kỳ loại sinh vật nào. Không có tầng ozon bao quanh Trái Đất nên không có gì ngăn cản tia cực tím nguy hiểm xâm nhập Trái Đất, cũng không có gì ngăn cản bớt sự lao bắn (impact) liên tục do các Sao Chổi gây nên. Khi đó, ngày đêm chắc chắn ngắn, theo tính toán thì thời gian Trái Đất quay quanh trục chỉ khoảng 10 giờ. Sinh vật sơ đẳng nhất có lẽ đã xuất hiện từ nửa đầu Arkei khoảng 3,5 tỷ năm trước đây, dấu vết của Tảo lục đã được phát hiện trong đá có tuổi khoảng 3 tỷ năm. Từ nửa sau của Arkei do hoạt động quang hợp của Tảo lục nên lượng oxy trong khí quyển đã tăng nhanh chóng và oxy do Tảo lục tạo ra đã thúc đẩy thêm sự phát triển của sinh giới.
Arkei (Liên nguyên đại – Liên giới) Tống Duy Thanh Khoa Địa chất Trường ĐHKHTN (Đại học Quốc gia Hà Nội) 334 Nguyễn Trãi Thanh Xuân Hà Nội Giới thiệu Giai đoạn lịch sử địa chất lâu dài từ có đá trầm tìch sát trước Cambri gồm hai Liên nguyên đại Arkei Proterozoi, dài đến khoảng 3,2 tỷ năm Do hiểu biết giai đoạn lịch sử ìt nên hai liên nguyên đại thường ghép thành vĩ kỳ lớn lịch sử địa chất với tên gọi chung Tiền Cambri Nhờ kết nghiên cứu ngày phong phú, nên nhà địa chất biết nhiều kiện địa chất xẩy Arkei Proterozoi, địa tầng Arkei Proterozoi phân chia chi tiết trước Trên giới đá Tiền Cambri biến chất cao uốn nếp phức tạp lộ nhiều nơi, lộ rõ khiên nhân địa khối Bắc Mỹ phìa đơng bán đảo Scandinavia (Bắc Âu) Châu Phi [H 1] Thuở ban đầu Arkei, thành phần khì gồm chủ yếu dioxyt carbon nước, khơng có có ìt oxy; điều kiện mơi trường khơng thể thìch hợp cho sống loại sinh vật Khơng có tầng ozon bao quanh Trái Đất nên khơng có gí ngăn cản tia cực tìm nguy hiểm xâm nhập Trái Đất, khơng có gí ngăn cản bớt lao bắn (impact) liên tục Sao Chổi gây nên Khi đó, ngày đêm chắn ngắn, theo tình tốn thí thời gian Trái Đất quay quanh trục khoảng 10 Hình Phân bố đá Tiền Cambri giới Chưa có tài liệu đá Tiền Cambri Đá Tiền Cambri bị phủ Nơi lộ đá Tiền Cambri Sinh vật sơ đẳng có lẽ xuất từ nửa đầu Arkei khoảng 3,5 tỷ năm trước đây, dấu vết Tảo lục phát đá có tuổi khoảng tỷ năm Từ nửa sau Arkei hoạt động quang hợp Tảo lục nên lượng oxy khì tăng nhanh chóng oxy Tảo lục tạo thúc đẩy thêm phát triển sinh giới Các tổ hợp đá Arkei Hai loại đá Arkei chủ yếu khiên phức hệ đá lục phức hệ đá granit gneis, phổ biến phức hệ granit - gneis Chúng phân bố diện tìch lớn nhân cấu trúc khiên 2.1 Các đai đá lục Một đai đá lục điển hính gồm ba phần: phần gồm chủ yếu đá biến chất có nguồn từ đá núi lửa, phần bên đá nguồn trầm tìch Có nhiều đá nguồn gốc dung nham siêu mafic loại ìt gặp phun trào trẻ Arkei Thành phần trầm tìch có tỷ lệ nhỏ phần tăng dần lên phần trên, phổ biến grauvac argillit Sự có mặt lớp phân cấp hạt phân lớp chéo chứng tỏ loạt grauvac-argillit thành tạo điều kiện dòng chảy rối (turbidit) [H 2] Chúng thường bị uốn nếp phức tạp, phổ biến phức nếp lõm, bị đá xâm nhập granit xuyên cắt bị đứt gãy phức tạp Đá đai đá lục thường có dạng kéo dài xâm nhập granitoid bao quanh chúng [H 3] 2.2 Tổ hợp granitoid - đá lục Các dãy đá lục phân làm hai nhóm; 1) Trong đá lục Arkei sớm phong phú đá silic trầm tìch - núi lửa phun trào Những đá nguồn trầm tìch khoảng 3,5 tỷ năm tuổi, có cuội kết, có lẽ thành tạo điều kiện trầm tìch nước nơng Chúng phản ảnh điều kiện Trái Hình Hình thành lớp phân cấp hạt dòng chảy rối Đất nóng hơn, thể qua dung nham siêu mafic trên: Dòng chảy rối xuất sườn lục địa giàu magnesi, gọi komatiit Trầm tìch vụn chủ chuyểnHình dịch xuống chân sườn lục địa đáy biển Hình dưới: yếu có nguồn từ núi lửa có lẽ chúng thành lớp phân cấp hạt (Wicander R & Monroe J S 1993) tạo điều kiện gần bờ Về sau đá lục Arkei hính hính thành đỉnh gần vỏ granit cổ hơn; có mặt quan hệ bất chỉnh hợp, cuội kết với cuội granitoid dãy đá lục nói lên điều 2) Trong dãy đá Arkei muộn bên cạnh đá trầm tìch chủ yếu grauvac turbidit xuất andesit, thể điều kiện nước sâu mơi trường kiến tạo tìch cực Trong dãy đá Arkei muộn chứa di tìch sống nguyên thủy Tảo lục loại vi khuẩn khác Khì thời gian mỏng, gồm chủ yếu dioxyt carbon nước, tạo nên hiệu ứng nhà kình giữ độ ấm cho bề mặt Trái Đất Hình Sơ đồ phân bố granit - đá lục Arkei Núi lửa Arkei muộn tiếp tục phát triển Nam Canada: Các đai đá phiến lục dạng kéo dài xen nhiều trường hợp mực nước biển, trầm với xâm nhập granit (Condie K.C & Sloan R.E 1998) tìch vụn núi lửa trở nên phong phú 2.3 Tổ hợp đá Sự nâng trồi, bào mòn ổn định hóa vỏ lục địa để tạo thành nguyên (protoplatform) tuổi Arkei gồm loạt đá biến chất cao, có dày tới 18 km, Nam Phi Đá chủ yếu nguyên có nguồn gốc trầm tìch, phần loạt đá có thành phần basalt tholeiit tuf, cuội kết quarzit xen với dacit, ryolit, tuf dung nham andesit Tuổi loạt đá xác định 2,7-3,06 tỷ năm Bối cảnh kiến tạo Arkei Từ đầu Arkei số nhân hay nguyên hính thành [H 6], chúng hoạt động theo chế mở đóng đại dương Cơ chế thể rõ nét Proterozoi sớm cách tỷ năm 10 Nhiệt lượng nguồn gốc phóng xạ Trái Đất giảm dần theo thời gian [H 4] Tình tốn cho thấy nhiệt lượng tỷ năm trước gấp từ đến lần nhiệt lượng nay, nhiệt lượng đầu Phanerozoi lớn đôi chút Như vậy, Arkei nhiệt lượng nhiều thí bành trướng đáy đại dương chuyển động mảng diễn nhanh hơn, magma sinh nhanh Tuy nhiên, hoạt động mảng Arkei khác với Proterozoi; dụ dãy trầm tìch biển ría lục địa thụ Hình Sản phẩm nhiệt hoạt động phóng xạ từ Arkei đến ngày (Wicander R J & Monroe S 1993) động không phổ biến Arkei, lại hay gặp Proterozoi Điều chứng tỏ Arkei lục địa khơng có có thềm lục địa sườn lục địa Các tổ hợp đá Arkei hoàn toàn lý giải khung kiến tạo mảng Các đai đá lục lý giải mơ hính rift cung đảo, mơ hính hút chím giải thìch cho tổ hợp biến chất cao 3.1 Mơ hình rift Cả rift đại dương lục địa coi có vai trò thành tạo đá lục, vấn đề cần lưu ý vắng mặt ophiolit loạt đá lục Đặc biệt loạt đá lục khơng có phức hệ thể tường (dyke) dạng dải tổ hợp với đá siêu mafic phân tầng Mơ hính rift lục địa [H 5A] có dẫn liệu tốt sau để lý giải cho thành tạo đai đá lục: 1) Trong đá lục có khối lượng lớn đá phun trào felsit 2) Một số loạt đá lục nằm bất chỉnh hợp vỏ lục địa 3) Khơng có andesit số đá lục 4) Các bồn đá lục dạng tuyến tuổi phát triển diện tìch rộng lớn cho phép nghĩ tới hệ thống nhiều rift lục địa 5) Một số komatiit chứa zircon ngoại lai có tuổi già đá lục núi lửa đến 700 triệu năm chứng tỏ có móng lục địa cổ 3.2 Mơ hình cung đồng đại dương Sự giống đá lục Arkei đá núi lửa cung đồng đại dương dẫn đến mơ hính liên quan với hút chím để giải thìch tổ hợp granitoid - đá lục Những dẫn liệu sau đai đá lục dẫn đến mơ hính cung đồng đại dương: 1) Tổ hợp thạch học đá lục tương tự cung đảo đồng đại dương 2) Thành phần hóa học đá núi lửa đá lục tương tự đá núi lửa đại hai môi trường vừa nêu 3) Các đới hút chím tạo 11 Hình Bối cảnh kiến tạo Arkei (Condie & Sloan 1998) môi trường sản sinh khối lượng lớn đá granit thành hệ granitoid - đá lục Đá núi lửa turbidit grauvac phổ biến nhiều đá lục tương ứng với hệ cung Tất đá có nguồn gốc trầm tìch biển đá lục Arkei thành tạo bồn trước cung bồn sau cung [H 5B] Thành phần hóa học đá núi lửa granitoid Arkei tương tự granitoid trẻ hệ cung Tài liệu cấu trúc địa chất cho thấy đá lục ứng với giai đoạn đóng bồn sau cung cung hút chím Độ dày lớn thành phần hóa học basalt dạng gối đá lục Arkei giống với basalt đồng đại dương 2500 C¸c giai đoạn Biến dạng tuổi thành tạo đai đá lục ë khiªn Canada Các dãy trầm tìch Arkei Phanerozoi giống Trong Arkei dãy trầm tìch tìch đọng bồn biển ría bồn nội lục số ìt hính thành [H 5C] Gi÷a Arkei 3000 3400 Sím 3.4 Mơ hình xơ húc Trong q trính xơ húc, ría trước bồn mảng chím bị kéo xuống độ sâu lớn chịu tác động biến chất cao Sau đó, nâng trồi đẳng tĩnh bào mòn bóc hệ cung nằm (đá lục) để lộ đá biến chất cao bị phá hủy mảng chím 5D] Arkei mn TiÕn ho¸ vá kiểu Arkei, hình thành đai đá lục phức hệ đá granit-gneis Muộn 3.3 Mụ hỡnh nn Đai đá lục cổ đuợc bảo toàn tốt Nam Phi Đá vỏ cổ đợc phát 3800 Tiền Arkei TIến hoá vỏ tiền Arkei Các hạt zircon trầm tích vụn học cho thấy vỏ tồn giai đoạn sớm 4600 Hình thành Trái Đất Mc dù bối cảnh kiến tạo Arkei Hình Sự kiện quan trọng tiến hoá Arkei nhiều vấn đề chưa sáng tỏ, hoạt động kiến tạo mảng thể từ Arkei Trong hoạt động kiến tạo cung đảo đồng đại dương Bảng Thành phần khí đóng vai trò quan trọng Mặc dù mảng lúc nhỏ Phần trăm tính theo khối lượng khí khơ (trừ nước) Ký hiệu Phần trăm* hơn, ìt sống núi đại dương dài nhiều so Ngun tố Các khí khơng thay đổi với nay, hoạt động kiến tạo mảng bắt N 78,08 đầu từ cách gần tỷ năm Trên hính thể tóm Nitơ Oxy O 20,95 lược kiện quan trọng lịch sử Arkei [H 6] Argon Ar 0,93 * Neon Các khí khác Điều kiện tự nhiên sống Arkei Ne 0,002 0,001 Các khí thay đổi 4.1 Khí đại dương Hơi nước Ozon Carbonic Các khí khác 4.1.1 Nguồn gốc biến đổi khì H2O O3 C2O 0,1 – 4,0 0,034 0,0006 Vết Khì giàu oxy, nitơ, nhiều nước, dioxyt carbon (carbonic) nhiều loại khì khác [Bảng 1], thượng tầng tầng ozon (O3) ngăn cản tác động xạ tia cực tìm Trong thời đầu Arkei Trái Đất nơi khơng có nước, ln bị thiên thạch lao bắn vào, tia cực tìm hồnh hành nên khơng thể có sống Hydro heli nhiều ví khì phong phú vũ trụ Trước Trái Đất có nhân thí khơng có từ trường từ quyển, ví khì tạo khì bị gió Mặt Trời mạnh dòng ion từ Mặt Trời quét hết Khi từ hính thành, khì phun từ núi lửa khơng bị qt tìch tụ lại Trong Arkei, 12 núi lửa phun vào khì thành phần giống khì núi lửa nay, gồm nước, carbonic, dioxyt sulfur (SO 2), clor, nitơ, hydro [H 7] Khì nguyên thủy chắn oxy, khơng có nitơ tự khơng có tầng ozon, lại chứa nhiều ammoniac (NH3) methan (CH4), hai sản phẩm núi lửa Pyrit (FeS2) uraninit (UO2) khống vật dễ bị oxy hóa, chúng lại có nhiều đá Arkei Đó khì Arkei thiếu oxy, nên chúng khơng bị phá hủy Có hai q trính xẩy Arkei tạo nên Hình Các khí núi lửa phun hình thành oxy tự khì Trước hết, phân ly quang khí ban đầu Methan ammoniac hóa nước – phân tử nước bị phá vỡ tác sinh phản ứng xẩy khí (Wicander R J & Monroe S 1993) dụng tia cực tìm thượng tầng khì [H 8] tạo oxy tự cho tầng ozon (O3) hính thành Tiếp đến hoạt động quang hợp thực vật, carbonic nước kết hợp thành chất hữu giải phóng oxy [H 8] Cứ vậy, đến cuối Arkei khì chứa đến 1% độ oxy so với Hơi nước thành phần chủ yếu khì núi lửa phun ra, khì Arkei chủ yếu bao gồm nước Trái Đất nguyên thủy có hoạt động núi lửa mạnh mẽ nên tìch đọng nước mặt diễn nhanh Lượng nước đại dương tăng, song tốc độ giảm ví lượng nhiệt để sinh magma ngày giảm [H 4] Khi Trái Đất nguội đến độ định thí nước đọng lại bề mặt Trái Đất Đã có dẫn liệu chứng tỏ đại dương có Hình Các q trình phân ly quang hố quang hợp tạo oxy tự cho khí (Wicander R J & Monroe S 1993) Arkei, chưa biết chúng lớn nhỏ 4.1.2 Nguồn gốc biến đổi nước đại dương Trong lịch sử Trái Đất nước đại dương hẳn hính thành từ ngưng tụ nước núi lửa phun lên, phần khác bổ sung từ lao bắn vật thể vũ trụ lên bề mặt Trái Đất Nước biển lúc đầu có lẽ có tình chất acid ví hòa tan dioxit carbon từ khì ngun thủy vốn có nồng độ carbonic cao, ngồi có thành phần acid khác Tuy nhiên, tình acid khơng tồn lâu ví sản phẩm núi lửa phun lên nhiều natri, calci sắt nên nước nhanh chóng bị trung hòa Có lẽ tốc độ tăng trưởng đại dương diễn song song với độ tăng trưởng khì nên phần lớn đại dương hính thành vào khoảng 50-100 triệu năm đầu hành tinh bồi tụ Hơi nước từ lòng Trái Đất theo núi lửa trào lên nhanh chóng ngưng tụ thành mưa, mặt đất nóng bỏng nên nước mưa bị sơi nóng lại bốc tiếp Chỉ nơi tương đối nguội lạnh, phần nước ngưng tụ thành nước bắt đầu hính thành đại dương Nghiên cứu tỷ lệ trầm tìch đặc biệt tổ hợp đá tương tự tuổi khác cung cấp thông tin quan trọng để đánh giá biến đổi thành phần nước biển đại dương cổ Vì dụ, khối lượng lớn muối mỏ thạch cao trầm tìch số giai đoạn lịch sử địa chất cho thấy chúng có vai trò lớn hạ thấp thành phần natri calci đại dương; từ Proterozoi độ muối trung bính nước biển giảm dần 13 Đồng vị oxy trầm tìch hóa học biển đá vôi đá silic cung cấp thông tin nhiệt độ nước biển chất trầm đọng Tỷ lệ O18 O16 trầm tìch biển sản phẩm sinh chất (như vỏ Trùng lỗ chẳng hạn) thay đổi tùy theo nhiệt độ nước biển hính thành trầm tìch Thành phần đồng vị oxy đại dương thay đổi thành phần nước sông tải biển nước từ nguồn thủy nhiệt sống núi đại dương tuôn vào đại dương Kết nghiên cứu đồng vị oxy, neodym, stronti trầm tìch đại cho thấy chúng nhạy cảm với nguồn nguyên tố hòa tan nước biển Nguồn thủy nhiệt có chất hòa tan từ manti chứa thành phần đồng vị khác hẳn với nguồn chất hòa tan từ sơng tải Hiện nay, nguồn chất hòa tan quan trọng từ sông tải biển, mà chúng lại bắt nguồn từ hoạt động phong hóa bào mòn lục địa Tuy nhiên, đồng vị oxy neodym phân tìch từ trầm tìch tuổi Arkei chứng tỏ nguồn chất hòa tan từ manti quan trọng Sự cân hai nguồn chất hòa tan diễn cách khoảng tỷ năm, phản ảnh tăng trưởng nhanh chóng vỏ lục địa làm tăng diện tìch lục địa, tạo điều kiện hoạt động phong hóa mạnh mẽ 4.2 Xuất sống Arkei Những di tìch biết cho thấy sống bắt đầu Trái Đất từ 3,5 tỷ năm trước đây, sinh giới nghèo nàn Bản chất sống sinh vật phải có khả trao đổi chất sinh sản Hệ sinh sản - trao đổi chất tiêu chuẩn đơn giản để nhận biết sinh thể Nhưng trường hợp vậy, virus trường hợp ngoại lệ Chúng thể sinh thể sống tế bào chủ, tách khỏi tế bào chủ thí chúng khơng có khả sinh sản, khơng thể tạo phân tử sinh hóa Chúng chứa ìt vật chất di truyền, ADN (acid deoxyribonucleic) ARN (acid ribonucleic) protein Vậy virus sinh thể hay thể vơ cơ, trường hợp khơng có tiêu chuẩn thật rạch ròi sinh thể thể vô Vi cầu (microsphere) phân tử hữu đơn giản, có phức tạp sinh học lớn hẳn chất vô Thực tế vi cầu có khả tăng trưởng phân chia, theo q trính hóa học ngẫu nhiên mà chưa trính sinh học, khơng thể coi chúng sinh thể, lại có đặc tình sống đơn giản Có thể cho sống xuất Trái Đất phải trải qua giai đoạn tiền sinh tựa giai đoạn vi cầu 4.2.1 Nguồn gốc sống Có hai yếu tố cần thiết cho xuất sống là: 1) nguyên tố thìch hợp để phân tử tổng hợp 2) nguồn lượng để xúc tiến phản ứng hóa học tổng hợp phân tử hữu Sinh chất cấu tạo từ carbon, hydro, nitơ oxy, tất chúng có khì dạng phân tử dioxyt carbon (carbonic – CO2), nước (H2O), nitơ (N2), methan (CH4) ammoniac (NH3) Các nguyên tố cần cho sống (C, H, N, O) kết hợp thành phân tử hữu đơn giản monomer; lượng xúc tiến phản ứng có lẽ từ xạ tia cực tìm tia chớp Monomer sở xây dựng nên phân tử hữu phức tạp Năm 1953, Stanley Miller tổng hợp số acid amin cách cho dòng khì có thành phần tương tự khì ngun thủy chạy qua bính kìn [H 9] Hỗn hợp khì chịu tác dụng tia chớp điện; tia chớp tạo bước sóng ánh sáng, kể tia cực tìm Sau nghiệm Stanley Miller, khoảng 20 acid amin (monomer) sinh chất tổng hợp phòng nghiệm Nhưng phân tử sinh chất polymer, dụ protein, acid nucleic, lại liên kết monomer Vậy q trính polymer hóa diễn nào? Giải đáp câu hỏi nan giải, 14 ví q trính polymer hóa diễn mơi trường nước thường lại dẫn đến phá hủy polymer hóa Sidney Fox tổng hợp phân tử mà ông gọi proteinoid, bao gồm đến 200 đơn vị acid amin Ông khử nước acid amin đậm đặc phát đun nóng chúng bị polymer hóa tạo proteinoid Điều làm liên tưởng đến protobiont dạng trung gian hợp chất vô sinh chất, protobiont dễ dàng bị tiêu biến, khơng phát triển khơng có màng mỏng bao quanh tế bào Thì nghiệm S Fox chứng minh proteinoid tụ tập để hính thành dạng vi cầu [H 10] có màng bao bọc giống màng tế bào tăng trưởng, phân chia giống vi khuẩn Có thể monomer hính thành liên tục trở nên phong phú, tìch tụ đại dương tạo thành thứ tựa cháo loãng Các acid amin dạng cháo lỗng bị dồn vào bãi biển, bốc nên bị cô đặc lại polymer hóa nhờ nhiệt, sau polymer lại bị trôi biển chịu phản ứng khác Hiện chưa có nhiều thơng tin chế sinh sản giai đoạn nguồn gốc sống Các vi cầu có khả phân chia nhà chuyên môn coi sinh hệ nguyên khai Trong acid amin sinh vật thí ARN ADN cần thiết cho trính sinh sản, acid amin khơng thể tạo mính (tức sinh sản) khơng có enzim, mà enzim lại khơng thể tạo nên khơng có acid amin a b Hình 10 Các dạng proteinoid Những nghiệm cho thấy phân tử a) Proteinoid dạng vi khuẩn; b) Vi cầu proteinoid (Wicander R., Monroe J.S 1993 ) nhỏ ARN tự tạo không cần giúp sức enzim Từ nghĩ rằng, tạo sinh học (hệ nhân bản) có phân tử ARN ARN nguyên sơ có phân tử trung gian hợp chất hóa học vô phân tử ADN sinh giới Nhưng tổng hợp tự nhiên ARN vấn đề bì hiểm, ví chúng khơng thể tổng hợp dễ dàng điều kiện thông thường phổ biến Trái Đất Một vấn đề khác liên quan với nguồn gốc sống tượng lao bắn thiên thạch lớn lên bề mặt Trái Đất Bằng mơ hính thấy lao bắn thiên thạch có kìch thước cỡ 1000 km làm bốc tồn đại dương môi trường sống bị hủy diệt Các chứng hóa thạch cho thấy có khuẩn lam (Cyanobacteria) cách 3,6 tỷ năm sinh thể quang hợp cách 3,8 tỷ năm, nên giả định lao bắn thiên thạch cỡ tiểu hành tinh có từ khoảng tỷ năm trước 4.2.2 Giả thuyết nguồn gốc sống từ nhiệt dịch đáy biển Hiện sống núi đại dương, nước thấm lọc qua basalt đông cứng bị đun nóng tới 350o nước biển thường khoảng 2o Nguồn nước dạng geyser đáy biển giàu H2S nhiều sulfur kim loại Xung quanh nguồn thoát nhiệt dịch độ sâu 2500 m hính thành hệ sinh thái kỳ lạ gồm nhiều dạng Giun ống, Chân ríu, Giáp xác, Hải quỳ, Chân bụng loại cá nhỏ Môi trường chứa sinh khối từ 10 nghín đến 100 nghín 15 lần so với mơi trường bính thường độ sâu Chuỗi thức ăn quần hợp động vật nhiệt dịch dựa sở cộng sinh phụ thuộc trước hết vào vi khuẩn hóa dưỡng khử sulfur Chúng hoạt động oxy hóa H2S theo phản ứng: O2 + 24 H2S + CO2 [C6H12O6] + 24 S + 18 H2O thay ví phản ứng quang hợp: CO2 + H2O [C6H12O6] + O2 Sự thoát nhiệt dịch phổ biến Arkei có đủ nhân tố cần thiết H2, N2, CO, H2S, CH4 H2O Magma đưa lại nguồn lượng liên tục, phân tử hữu sau polymer tổng hợp khơng ngừng; chúng bước khởi đầu cho tiến hóa hóa học điều kiện hóa lý khơng oxy, thuận lợi cho hính thành sinh thể cổ xưa có kiểu trao đổi chất hóa dưỡng yếm khì Trong giả thuyết này, vỏ đại dương tảng nơi thoát nhiệt dịch, tạo động lực cho việc xuất sống Có thể Arkei phản ứng dẫn tới hính thành phân tử phức tạp xẩy vùng miệng phun nước nóng, nơi có nhiệt độ tới 200-350o C Khì tỏa từ sống núi đại dương chứa carbonic, methan ammoniac, có tiềm tạo phân tử hữu Nhiệt độ cao vùng miệng phun nước nóng sâu dẫn đến thành tạo phân tử hữu tạo acid amin, ARN AND [H 11] Tại vùng miệng phun nước nóng, đường hợp chất khác thành tạo nơi gần miệng phun xuất tế bào dị dưỡng Những tế bào lấy lượng từ oxy hóa khì hydro sulfur tỏa từ miệng phun Hoạt động núi lửa Arkei mạnh, nên miệng phun nước nóng phổ biến, khả xuất sống điều kiện lớn Ngoài giả thuyết nhiều người ý, giả thuyết nguồn gốc sống từ vũ trụ Các nhà vật lý thiên văn quan sát phân tử hữu chứa đến 11 nguyên tử carbon 4.2.3 Những sinh vật Hình 11 Chuỗi kiện nguồn thủy nhiệt ngầm biển làm xuất sống (Condie K.C., Sloan R.E 1998) Những di tìch hóa thạch cổ thuộc dạng sinh vật quang hợp giống vi khuẩn lam, quang hợp trính trao đổi chất phức tạp chắn sinh vật không quang hợp xuất trước có sinh vật quang hợp Nhưng khơng có dẫn liệu di tìch loại sinh vật ngun thủy khơng quang hợp Khi khì chứa ìt khơng chứa oxy tự do, thí sinh vật phải loại kỵ khì dĩ nhiên chúng phụ thuộc vào chất dinh dưỡng bên tức sinh vật dị dưỡng Những sinh vật đơn bào, tế bào khơng có nhân gọi sinh thể khơng nhân hay Prokaryota Nguồn dinh dưỡng sinh vật dị dưỡng, sinh vật không nhân nguyên thủy Arkei có lẽ từ triphosphat adenosin (TPA) hợp chất cần cho nhu cầu lượng tế bào TPA dễ dàng tổng hợp từ khì phosphat, ví đại dương Arkei có TPA dạng sống nguyên thủy Arkei dễ dàng kiếm TPA mơi trường xung quanh Tính có lẽ tồn khơng lâu, ví ngày nhiều tế bào Prokaryota thí lượng TPA trở nên không đáp ứng nhu cầu chúng Một phương thức khác đời để thoả mãn nhu cầu lượng – xuất sinh vật sử dụng lên men Lên men q trính trao đổi chất kỵ khì phức tạp, phân tử đường bị phân 16 tách để giải phóng dioxyt carbon, rượu lượng Chình loại Prokaryota tác nhân trính lên men Sự kiện quan trọng đời sống Trái Đất Arkei cách 3,5 tỷ năm xuất dạng sống tự dưỡng, có khả quang hợp Đó tế bào Prokaryota kỵ khì, chúng khơng phụ thuộc vào nguồn dinh dưỡng bên ngồi mà tự tạo cho mính [H 12] Trong đá Arkei Canada Nam Greenland phát hợp chất gọi kerogen Kết phân tìch đồng vị cho thấy tỷ lệ 13C / 12C kerogen khác tỷ lệ 13C / 12C vật chất vô cơ, lại tương tự tỷ lệ 13C / 12C sinh vật Như có chứng cớ di tìch sống đá cổ nhất, cách 3,8 - 3,9 tỷ năm Có ba dạng vi cấu trúc coi di tìch hóa thạch phát đá phiến silic Arkei (tuổi 3,6 tỷ năm) 1) Cấu trúc dạng que dạng cấu trúc đơn giản dài chưa đến m, giống cấu trúc vi khuẩn nay, nên coi vi khuẩn hóa thạch; 2) Cấu trúc dạng sợi dài vài m dạng hóa thạch, chưa chắn; 3) Cấu trúc dạng cầu đường kình 5-10 m, cho phép liên tưởng tới tảo hay vi khuẩn lam phong phú nhiều đá phiến silic Arkei Tất ba dạng nêu có lẽ thuộc vi khuẩn đơn bào a b c d Việc tím thấy lý giải stromatolit 12 Các dạng Prokaryota đá Arkei (cách 3,3-3,5 đá cổ có ý nghĩa quan trọng nghiên Hình tỷ năm) a c: ảnh hóa thạch kính hiển vi; b d: phục cứu cổ sinh Tiền Cambri Đó cấu trúc dựng dạng hố thạch a c (Wicander R J & Monroe S 1993) phân lớp mảnh mai dạng trụ cao 2-6 cm, phổ biến lớp đá phiến silic Arkei cách 3,6 tỷ năm Tây Australia Đó sản phẩm từ hoạt động tảo giống kiểu ám tiêu Chúng trầm đọng tảo hay vi khuẩn môi trường nước nơng thuộc bồn gian triều, trầm tìch bay trầm đọng Nghiên cứu hoạt động khuẩn xanh lam (Cyanobacteria) vịnh Cá Mập (Shark Bay, Australia) cho thấy dạng cấu trúc hồn tồn giống stromatolit hính thành bẫy dạng nhầy khuẩn xanh lam giữ hạt trầm tìch mịn lại Những cầu thể carbon đá Arkei (có tuổi 3,8 tỷ năm Greenland) có nguồn gốc sinh vật Arkei Đông Á Việt Nam Trên lãnh thổ rộng lớn Trung Quốc số nhân lục địa hính thành TrungTriều (Đông Bắc Trung Quốc Triều Tiên), chứng đá biến chất Arkei sớm phát Shanxi (Sơn Tây), Hebei (Hồ Bắc) Liaoning (Liêu Ninh) Đá biến chất cổ Arkei sớm-giữa phổ biến phìa tây Yangtze (Dương Tử) – vùng hẻm vực thượng sông Yangtze khối Tarim (Tây Trung Quốc) Phần lớn đá biến chất có tuổi 2,8-2,7 tỷ năm, chứng tỏ tăng trưởng nhanh chóng vỏ lục địa Đông Á giống nhiều nơi khác giới Ở Việt Nam loạt đá biến chất cao thuộc tướng granulit, amphibolit vi lục địa Tiền Cambri lộ khối Hoàng Liên Sơn, Indosinia chưa nghiên cứu nhiều Các đá gneis amphibol, plagiogneis bị granit hóa, migmatit hóa mạnh mẽ thuộc hệ tầng Suối Chiềng lộ số nơi thuộc hữu ngạn sông Hồng bị thể gabro-amphibolit phức hệ Bảo Hà trondjemit-tonalit-granodiorit gneis phức hệ Ca Vịnh xuyên cắt chỉnh hợp theo mặt lớp 17 Các đá gneis phức hệ Ca Vịnh có tuổi khoảng từ 2,8-2,5 đến 3,4-3,1 tỷ năm, ứng với giai đoạn tạo hạt nhân vỏ Arkei muộn Loạt Sông Hồng nằm kẹp hai đới đứt gãy Sông Hồng Sông Chảy, gồm plagiogneis biotit-silimanit-granat xen kẽ amphibolit, đá hoa biến chất đến tướng granulit số nhà nghiên cứu giả định có tuổi Arkei Trong địa khối Kon Tum, loạt Kan Nack gồm đá granulit mafic, granulit pyroxen thoi, khondalit, granulit vơi hính thành gradien nhiệt độ cao, cộng với magma từ manti lên biến chất đến tướng granulit coi thuộc Arkei Tuy nhiên, tuổi đồng vị có chưa xác minh cho tuổi này, mà đá vừa nêu thuộc thời kỳ biến dạng biến chất trẻ Dù nữa, loạt Kan Nack xem mảnh ngoại lai Tiền Cambri tách từ Gondwana Tài liệu đọc thêm Condie K C & Sloan R E., 1998 Origin and Evolution of Earth Principles of Historical Geology PrinticeHall, Inc 498 pgs Geological Map of the People's Republic of China 1:2 500 000 Explanatory Notes Geological Survey SinoMap Press 2004 Selley R.C, Cocks L.R.M., Plimer I.R (Editors), 2005 Encyclopedia of Geology, Volume 1-5 Elsevier Academic Press Stanley S M., 2009 Earth System History nd Edition W.H Freeman & Company New York 551 pgs Tống Duy Thanh, 2008 Lịch sử Tiến hóa Trái Đất (Địa sử) NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Hà Nội Tái 2009 (Chỉnh sửa, bổ sung cập nhật tài liệu mới) 340 tr Trần Văn Trị, Vũ Khúc (Đồng chủ biên), 2009 Địa chất Tài nguyên Việt Nam NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ Hà Nội 589 tr Vũ Khúc, Bùi Phú Mỹ (Đồng chủ biên), 1990 Địa chất Việt Nam Tập I Địa tầng Tổng cục Mỏ Địa chất Hà Nội 378 tr Wicander R J & Monroe S., 1993 Historical Geology West Publishing Company Minneapolis, St New York, Los Angeles San Francisco 640 pgs Wikipedia, the free encyclopedia en.wikipedia.org/wiki/Hadean 10 Хаин Β Ε., Коровковский Н.В., Ясамнов Н А., 1997 Историческая геология Издат Московского Университета 448 стр 18