TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT BIỂN

Chƣơng NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ NGHIÊN CỨU ĐỊA CHẤT BIỂN Tóm tắt Địa chất biển mơn khoa học tƣơng đối mẻ so với môn khoa học khác chuyên nghiên cứu trái đất Tuy nhiên, phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật thúc đẩy lĩnh vực nghiên cứu địa chất biển đạt đƣợc kết mang tính đột phá thập kỷ vừa qua Đối tƣợng nghiên cứu Địa chất biển thành tạo địa chất môi trƣờng biển đại dƣơng nhƣ mối tƣơng tác chúng với trái đất nói chung lục địa nói riêng góp phần làm sáng tỏ lịch sử tiến hóa trái đất Bên cạnh địa chất biển hƣớng tới tìm kiếm, thăm dò khai thác nguồn tài ngun khống sản ẩn sâu dƣới biển đại dƣơng mà nguồn tài nguyên đầy tiềm tƣơng lai Việc nghiên cứu địa chất biển chuyển từ giai đoạn nghiên cứu định tính sang định lƣợng nhờ có tiến khoa học kỹ thuật Những thành tựu làm cho tầm hiểu biết ngƣời đƣợc vƣơn xa xuống sâu Đặc biệt, hiểu biết cấu trúc lịch sử tiến hóa biển đại dƣơng góp phần hồn thiện thuyết kiến tạo mảng – học thuyết giải thích tiến hóa trái đất đƣợc đơng đảo nhà khoa học địa chất chấp nhận 1.1 Lịch sử nghiên cứu Địa chất biển Có thể nói hầu hết bề mặt trái đất đƣợc khám phá mức chi tiết kể từ kỷ 20 nhờ phát triển lĩnh vực khoa học địa chất kết hợp với hải dƣơng học Đây giai đoạn tái thời kỳ lớn địa lý phát minh khoa học Nền tảng cho kỷ nguyên khám phá đại dƣơng đƣợc bắt đầu khoảng 150 năm trƣớc nghiên cứu điều tra liên quan đến thám hiểm khoa học Trong suốt chuyến hành trình dài H.M.S Beagle từ năm 1831 đến năm 1836, quan sát Charles Dawin nguồn gốc tiến loài sinh vật mối quan tâm quan hệ mật thiết với sống thời xa xƣa đƣợc tái lại cách khoa học cho nghiên cứu sau lịch sử trái đất Dawin cung cấp luận giải chuyển động đại dƣơng ơng cố gắng giải thích nguồn gốc đảo san hô Sự phát triển kiến thức cách đo độ sâu đại dƣơng những năm 1800 Trƣớc giai đoạn này, có số khái niệm độ sâu đại dƣơng sử dụng sóng ngắn hầu hết đƣợc sử dụng dò theo chiều sâu Sir James Ross lần tính tốn xác độ sâu đại dƣơng vào năm 1840 suốt chuyến đến nam cực với H.M.S Terror Trong suốt viễn thám, Ross khám phá độ sâu đáy biển khoảng 14,550 ft khu vực, chứng minh cho độ sâu đáy đại dƣơng phục vụ cho việc biển Những khảo sát chi tiết độ sâu đáy biển đƣợc bắt đầu khu vực bờ biển phía đơng Mỹ Chuyến khảo sát biển ven bờ vào năm 1843 khu vực thềm lục địa khoảng 30,000km2 đƣợc xem nhƣ “cuộc khảo sát đới bờ”, sau đƣợc sửa lại tên khảo sát đo đạc khu vực đới bờ Mỹ Vào năm 1830, đơn vị khác làm song song với nhà khoa học Mỹ, Bộ tƣ lệnh Hải quân biên soạn đồ đáy biển vùng nƣớc sâu dƣới đạo trực tiếp Lt.Charles Wilkes Năm 1842, Lt Matthew Fontain Maury kế tục Lt.Wilkes mở rộng hợp tác Đơn vị trở thành văn phòng thủy văn hải quân Mỹ vào năm 1866 Biểu đồ đo độ sâu đáy biển đƣợc Maury thành lập Do có ảnh hƣởng quyền lực đối hải quân, Maury có tàu thủy quân đƣợc trang bị với 10.000 dặm bóng 64-1b cannon để làm thiết bị chìm đo sâu Ơng sử dụng liệu đƣợc tạo từ chuyến khảo sát (180 số liệu đo sâu) để xây dựng đồ độ độ sâu đáy biển vùng Đại Tây Dƣơng từ 52 độ bắc đến 10 độ nam Bản đồ phục vụ cho lắp đặt truyền cáp điện báo xuyên Đại Tây Dƣơng Do nỗ lực Maury đƣợc nhắc đến nhƣ nhà địa chất biển giới Khi tiến hành đặt cáp, điện báo khu vực phía bên Đại Tây Dƣơng khu vực phía dƣới sâu đại dƣơng, ngƣời ta phát nhiều điều thú vị đặc tính phía dƣới sâu đáy biển sống tồn độ sâu nhƣ Một nhà sinh học có ảnh hƣởng giai đoạn Edward Forbes cho khơng có sống tồn đại dƣơng dƣới độ sâu 600 m Ông đƣa ý kiến suốt chuyến tàu H.M.S Beacon Địa Trung Hải vào năm 1841 sinh vật sống đáy đƣợc tìm thấy độ sâu tới 1380 ft Ông đƣa khái niệm khu vực vơ sinh, phần đại dƣơng suy khơng có sống Khu vực vơ sinh đƣợc nghĩ chúng đƣợc thành tạo cạn kiệt oxy giảm tuần hoàn lƣu thông Học thuyết khu vực vô sinh bị bắt bẻ đến năm 1860, cáp xuyên đại dƣơng đƣợc đƣa lên để sửa chữa, tìm thấy sống vật chất bám vào dây cáp Sự phát sống dƣới sâu đáy biển mở kích thích quan tâm nghiên cứu sống nguyên thủy (hóa đá sống), thứ lại sau đƣợc xem nhƣ liên quan đến y nguyên môi trƣờng biển sâu Một quan niệm khác liên quan đến độ sâu đáy biển kết từ nghiên cứu đá vôi biển sâu Thomas Huxley, ngƣời bạn thân Charles Darwin Huxley vách đá phấn đất liền xếp thành dải hẹp sinh vật trơi phù du sò vơi nhỏ, giống nhƣ chúng đƣợc lƣu giữ trầm tích biển sâu ơng đốn đá phấn đƣợc nâng lên đá trầm tích biển sâu Vào năm 1860, loạt câu hỏi độ sâu đáy biển đƣợc nêu xu hƣớng đƣợc phát triển mở thêm chuyến thám hiểm để trả lời câu hỏi Một quan điểm có ảnh hƣởng thám hiểm Charles Wyville Thomson, ngƣời tiếp quản vị trí Edward Forbes lịch sử tự nhiên trƣờng Đại học Edinburgh Thomson không chấp nhận học thuyết tiến hóa tin tƣởng xếp theo chiều thẳng đứng nhóm khác sinh vật đại dƣơng tƣơng ứng giống với xếp chúng tập vỉa Nói cách khác, Thomson tin tƣởng sinh vật nguyên thủy ban đầu bắt đầu thống trị tăng theo độ sâu đáy biển Hoàng gia Anh thuyết phục để bảo trợ, đỡ đầu cho dự án khoa học đầy đam mê sáng tạo-những dự án đƣợc ví nhƣ khảo sát tồn cầu dƣới đáy đại dƣơng Cuộc hành trình ngƣời thách thức (1872-1876), dƣới chi đạo trực tiếp Thomson Chuyến đƣợc hộ tống thuyền nặng 2300 với thiết bị hỗ trợ nƣớc với nhiệm vụ xác định điều kiện đáy đại dƣơng tất tầng đá móng Đây chuyến thám hiểm lâu lịch sử, qua 70.000 dặm năm, tiến hành khảo sát hầu hết độ sâu 500 m lấy 131 mẫu bùn, ghi chép đƣợc liệu khác từ 362 trạm (mỗi trạm cách 200 dặm), kết chuyển xác định 715 giống mơ tả 4500 lồi sinh vật đƣợc phát Việc chế tạo dây cáp làm thép vào năm 1870 tạo thuận lợi lớn việc thu thập mẫu vật dƣới đáy đại dƣơng Ở độ sâu 8180 m vực máng nƣớc sâuMaria độ sâu lƣớn đại dƣơng đƣợc thám hiểm vào thời điểm Cuộc hành trình khám phá đại dƣơng Chanllenger cung cấp giải pháp cho địa chất biển Những mẫu trầm tích thu thập từ đáy biển cho thấy nhận định loại trầm tích biển chính, phân loại nhƣ phân bố loại trầm tích biển đại dƣơng Sự thành tạo bùn biển sâu đƣợc mở rộng nghiên cứu John Murray Ông phát triển ý tƣởng đắn vai trò sinh vật sống phù du trôi để xác định đặc điểm trầm tích biển sâu độ sâu khác nhau, vĩ độ khác đại dƣơng Ông tiến hành phân loại sƣu tập hóa đá vi cổ sinh trơi phù du vĩ độ khác nhau, từ cung cấp tảng cho địa sinh vật lồi trơi đại dƣơng Nhờ hiểu biết rộng rãi công tác địa chất, Murray thƣờng quan tâm sâu thành tạo địa chất dƣới sâu đại dƣơng Ơng chịu trách nhiệm báo cáo chuyến thám hiểm, khối lƣợng kết hành trình, nguồn tri thức chủ yếu đáy đại dƣơng năm 1930 Murray đánh dấu nghiệp việc đồng xuất “Độ sâu đại dƣơng” với J.Hjort năm 1912 Qua nhiều năm, sách có giá trị lớn hải dƣơng học Mặc dù chuyến thám hiểm Chanllenger bổ sung thêm vào kiến thức độ sâu đại dƣơng, nhƣng có nhiều quan niệm sai lệch ngự trị trƣớc hành trình Đây điều bí ẩn khơng đƣợc dỡ bỏ suốt 100 năm sau Sau 70 năm hành trình Challenger, nhiều số liệu địa chất địa lý đƣợc thu thập đáy đại dƣơng Đại dƣơng để lại kho tài liệu lớn cho nhà sinh vật học Ở Mỹ, đồ loại trầm tích đƣợc Delesse thành lập vào năm 1860 sau Pourtales thành lập lại vào năm 1870 từ mẫu thu thập đƣợc dọc theo rìa lục địa từ Anh đến Florida, nhƣng số đồ đƣợc làm nhiều năm Năm 1912, học thuyết trôi dạt lục địa đƣợc phát triển nhà khí tƣợng học ngƣời Đức Alfred Wegener Nhƣng sau tranh luận gay gắt, học thuyết rơi vào bế tắc thiếu thông tin địa chất địa lý đại dƣơng Một thành tựu suốt giai đoạn trƣớc chiến tranh giới thứ phát triển máy sâu hồi âm để đo độ sâu đáy biển lần đƣợc sử dụng chuyến hải trình Meteor CHLB Đức tiến hành năm 1930 thay cho phƣơng pháp đo sâu dây cáp khơng xác Sự phát triển quan trọng thứ chiến tranh giới với khởi nguồn việc sử dụng kĩ thuật đo trọng lực biển Đi tiên phong lĩnh vực nhà vật lý ngƣời Hà Lan F.A Vening Meisnesz đoàn ông làm việc bên dƣới biển họ phát thềm biển tƣơng đối ổn định Phát quan trọng F.A Vening Meisnesz ông phát dị trƣờng trọng lực âm, số trũng biển Indonesia Điều gợi ý hoạt động kiến tạo ngăn cản trạng thái cân đẳng tĩnh vỏ Trái đất khu vực Các quan sát ơng đóng vai trò quan trọng phát triển lý thuyết toàn cầu Năm 1932 F.A Vening Meisnesz tiến hành khảo sát đại dƣơng tàu ngầm với nhóm nhà khoa học hải quân Hoa Kỳ trũng sâu Puerto Rico, nhóm khoa học có sinh viên sau đại học Herry H Hess, ngƣời mà sau đóng vai trò quan trọng việc bảo vệ phát triển học thuyết tách giãn đáy đại dƣơng Đáng ngạc nhiên thời gian việc nghiên cứu trầm tích biển đƣợc quan tâm Cuộc thám hiểm khoa học gia ngƣời Đức Nam Cực giai đoạn 1901 – 1903 thu thập đƣợc mẫu lõi khoan trầm tích, sau đƣợc nghiên cứu Philippi năm 1992 Trong suốt chuyến thám hiểm Snellius 1929 – 1930, nhà khoa học sử dụng thiết bị đƣợc gọi Piggot gun, thu thập đƣợc mẫu trầm tích biển với chiều dài đến mét Các mẫu lõi khoan cho phép thu thập thông tin lịch sử địa chất thay đổi môi trƣờng trầm tích nhƣ hóa thạch Tƣơng tự nhƣ vậy, mẫu lõi khoan lấy từ bắc Đại Tây Dƣơng vào năm 1930 tƣợng băng hà phân biệt tập dựa vào thay đổi tập hợp sinh vật phù du kiểu trầm tích (Schott 1953, Stetson 1939, Phleger 1939… ) Thật khơng may có q mẫu trầm tích đƣợc thu thập để lộ thông tin môi trƣờng trầm tích biển sâu Từ chiến lần 2, ngƣời ta tin đáy biển đơn điệu không thú vị nơi hầu nhƣ không nƣớc không vận động Năm 1942, đƣợc đề cập đến ấn phẩm “The oceans – đại dƣơng” đƣợc viết tác giả H.Sverdrup, N.Johnson, and R.Fleming [1942], rằng, “Từ quan điểm hải dƣơng học, điểm bật địa hình đáy biển tạo thành mặt ranh giới dƣới ngang nƣớc đại dƣơng” Thế chiến thứ II tác động sâu sắc đến phát triển hải dƣơng học sau trở thành nhánh địa chất biển Nghiên cứu hải dƣơng học chi phí cao nên nhà khoa học đề xuất hỗ trợ phủ cá nhân giàu có Trƣớc chiến tranh hoạt động nghiên cứu đƣợc hỗ trợ phủ nhƣng dừng lại số khiêm tốn nhƣng sau hỗ trợ vững đƣợc cung cấp tổ chức phi lợi nhuận đƣợc thành lập cá nhân giàu có Thế chiến thứ II xác lập triệt để vị ƣu tiên Hoa Kỳ quốc gia khác, tầm quan trọng khoa học đƣợc khẳng định kinh phí dùng cho việc nghiên cứu tăng vọt đạt mức cao Việc đƣa tầu ngầm vào nghiên cứu đại dƣơng bƣớc ngoặt Các nhà khoa học tiến hành khảo sát đại dƣơng cách truyền sóng âm vào nƣớc sau trở thành tảng cho việc nghiên cứu địa chấn để nghiên cứu trầm tích biển Số lƣợng lớn nghiên cứu thềm lục địa đƣợc tiến hành chúng tác động đến hành vi sóng âm cơng việc nghiên cứu trầm tích đƣợc nghiên cứu mạnh vào năm 1943 Nhƣng khoa học gia, tác động quan trọng chiến tranh làm tăng tin tƣởng vào tiềm họ để đóng góp phúc lợi cho quốc gia Sau chiến tranh, Hải dƣơng học lên nhƣ môn khoa học đại với tảng tốt cho phát triển môn học Cuộc thám hiểm đại dƣơng thực bắt đầu phát triển thúc đẩy việc hoàn tất thăm dò địa lý khu vực biển rộng lớn Nam cực Sự tái phấn bố lợi ích xảy lĩnh vực Phƣơng pháp nghiên cứu sinh vật biển đƣợc thay phƣơng pháp – phƣơng pháp khoa học vật lý Hải dƣơng học đóng vị quan trọng đƣợc hỗ trợ lớn từ phủ Năm 1946, quan nghiên cứu hải quân (ONR) đƣợc thành lập để hỗ trợ cho việc nghiên cứu đại dƣơng bao gồm hải dƣơng học thập niên từ 1940 đến cuối thập niên 1960 Năm 1950 quỹ khoa học Quốc gia Hoa Kỳ đƣợc thành lập nhằn tăng hỗ trợ kinh phí cho việc nghiên cứu sâu địa chất biển Hoa Kỳ Các phủ khác bao gồm; Liên Xô, Anh, Pháp, Canada, New Zealand và, muộn có quốc gia nhƣ Nhật Bản, Tây Đức Các phủ bắt đầu hỗ trợ cho việc nghiên cứu địa hình đáy biển với quy mô lớn Cuộc thám hiểm biển sâu Thụy Điển (1947-1948) cung cấp bổ sung thêm thông tin giá trị cho địa chất biển Sau chiến tranh, địa chất môi trƣờng biển phát triển nhanh chóng Địa chất biển địa vật lý biển đƣợc nghiên cứu cách hệ thống đầy đủ tăng cƣờng hỗ trợ từ nhiều nguồn tài trợ lớn Lần lịch mà hầu hết giới đƣợc khám phá Xuất ngày nhiều phòng thí nghiện biển lớn Hoa Kỳ Viện Hải dƣơng học La Jolla, California Sau đƣợc mở rộng thành viện Hải dƣơng học lớn Hoa Kỳ, đƣợc thành lập để nghiên cứu biển vào cuối kỷ đƣợc cấu lại thành trƣờng Đại học California vào năm 1912 Viện hải dƣơng học Woods Hole, Massachusetts,là viện hải dƣơng học khác thành lập phát triển mạnh Thế chiến II trở thành đặc quyền chuyên nghiên cứu biển nhƣ tổ chức phi lợi nhuận Bản đồ đại dƣơng đƣợc mở rộng quy mô lớn nhà khoa học Liên Xô, họ thành lập đƣợc atlas đặc điểm địa hình trầm tích đại dƣơng Vào thập niên 1950 kĩ thuật đo sóng hồi âm đƣợc phát triển tinh xảo với việc đo đƣợc độ sâu đại dƣơng khoảng thời gian, xác rẻ đến độ sâu 10.000 mét giải khả máy đo độ sâu xác tới 1:500, tức phát đƣợc thay đổi nhỏ m độ sâu 500m Các hạn đội hải dƣơng học đƣợc tăng cƣờng thời gian nên việc đo vẽ đồ đại dƣơng đƣợc mở rộng đáng kể Ngƣời đầu lĩnh vực Maurice Ewing Vruce Heezen Trung tâm quan trắc địa chất Lamont, Đại học Columbia (hiện trung tâm quan trắc địa chất Lamont-Doherty) Các dự án thành lập đồ đƣợc đạo Bruce Heeze Marie Tharp dẫn đến việc xuất đồ tiếng đại dƣơng nhƣ Thái Bình Dƣơng, Đại Tây Dƣơng Biển Bắc cực tạp chí National Geographic of the National Geographic Sociaty, Washington D.C Các đồ chi tiết đƣợc cung cấp nhiều nhà khoa học Heeze tập trung vào thăm dò hệ thống sống núi đại dƣơng, hệ thống sống núi cao trung bình 3000 m, gần nhƣ bao quanh trái đất Nó vƣợt qua dãy Alp Hymalaya quy mô nhƣng hầu nhƣ chƣa đƣợc biết đến cách 25 năm Cả tác giả Ewing Heezen thừa nhận trái đất đƣợc bao quanh hệ thống sống núi [Ewing and Heezen, 1956] Hơn họ phát đỉnh sống núi thung lũng hẹp nằm sống núi (Ewing and Heezen, 1956) Trung tâm tách giãn đƣợc luận giải Carey (1958) dải hẹp, chìm căng giãn dịch chuyển vỏ đại dƣơng xa phía H.W Menard, Viện Hải dƣơng học Scripps đồng thời phát đỉnh núi mọc nên Đơng Thái Bình Dƣơng nhƣng ơng lại khơng tìm thấy thung lũng rift Đài quan trắc địa chất Lamont – Doherty, đƣợc xây dựng Maurie Ewing, đóng vai trò quan trọng việc phát triển kiến thức địa chất địa vật lý biển đại dƣơng sau chiến tranh Từ sớm Ewing thừa nhận khác vỏ lục địa vỏ đại dƣơng ơng gọi thực tế tàn bạo Để tìm hiểu đặc tính thạch dƣới đại dƣơng, bao gồm lớp trầm tích, Ewing đồng nghiệp sử dụng kỹ thuật đo sóng địa chấn nhân tạo đƣợc tạo từ vụ nổ dƣới nƣớc gần bề mặt đáy đại dƣơng, cung cấp liệu trầm tích dƣới sâu cấu trúc gần bề mặt đáy đại dƣơng Đến sau phát triển thành phƣơng pháp súng – sau trở thành phƣơng pháp nghiên cứu phổ biến nghiên cứu đặc tính trầm tích biển Sóng âm đƣợc tạo cách bắn súng vào bề mặt nƣớc, sóng phản xạ liên tiếp hình dạng chi tiết trầm tích dƣới sâu Sau chiến tranh, lƣợng lớn vật liệu nổ có sẵn cho việc nghiên cứu biển Ewing thăm dò địa chấn trƣớc chiến II từ Woods Hole kéo dài đến Lamont Sau chiến tranh, vào năm 1953 ông mua tàu Vema, tàu cho đài quan sát, cho phép nhà khoa học Lamont phát triển kỹ thuật đo sóng địa chấn nhanh chóng Kỹ thuật đo địa chấn phản xạ cuối sản phẩm đƣợc sử dụng thƣờng xuyên để nghiên cứu Cơ cung cấp cho hiểu biết đặc điểm phân bố trầm tích bồn đại dƣơng q trình địa chất dƣới sâu Ewing luôn đảm bảo tàu Vema tham gia thu thập liệu bao gồm liệu từ trọng lực, ảnh địa hình đáy biển vị trí lỗ khoan, thƣ viện liệu khổng lồ kho chứa mẫu trầm tích cho tƣơng lai sau David Ericson Goesta Wollin ngƣời tiên phong tiến hành nghiên cứu quan trọng vi cổ địa hình bồn đại dƣơng Cùng lúc đó, Emiliani ngƣời tiên phong sử dụng phƣơng pháp đồng vị vào nghiên cứu đại dƣơng để phân tích điều kiện cổ nhiệt độ trầm tích biển sâu Các cấu trúc xác thềm đại dƣơng đƣợc khám phá đƣợc đo vẽ đồ Trong số quan trọng đới căng giãn, khe nứt dạng tuyến đƣợc phát Dietz (1952) Menard (1953) Thái Bình Dƣơng Chúng đƣợc tìm thấy hầu hết bể đại dƣơng đóng vai trò quan trọng lý thuyết kiến tạo mảng Hơn đồ bề đại dƣơng năm 1950 cung cấp kiểu địa hình đáy đại dƣơng tạo tảng vững cho phát triển thuyết tách giãn đáy đại dƣơng thuyết kiến tạo mảng suốt thập niên 1960 Gần có nhiều phƣơng pháp nghiên cứu đại dùng vào nghiên cứu địa chất biển chẳng hạn nhƣ phƣơng pháp dẫn đƣờng cho tàu hàng hải vệ tinh, cung cấp xác vị trí trạm hải dƣơng khoảng 100m Các lỗ khoan biển sâu tiếp tục đƣợc tiến hành năm Các tàu lặn sâu đƣợc sử dụng để quan sát đặc điểm địa hình đáy đại dƣơng đặc biệt hệ thống sống núi đại dƣơng Tiên phong lĩnh vực Jacque – Yves Cousteau sử dụng bình nén khí để lặn Các trung tâm nghiên cứu nghiên cứu địa chất biển quan trọng ngồi Hoa Kỳ có Viện hải dƣơng học quốc gia Worn, Anh; Đại học Keil, Tây Đức; Centre National pour l’Exploration des Océans (ONEXO), Brest, Pháp; Viện hài dƣơng học Moscow, Nga; Viện Bedford Đại học Dalhouse, Nova Scotia, Canada; Viện hải dƣơng học New Zealand, Welington, New Zealand; Đại học Cape Town, Nam Phi đại học Tokyo, Nhật Bản, số lƣợng lớn viện Hoa Kỳ tiến hành nghiên cứu biển đại dƣơng 1.2 Nhiệm vụ đối tƣợng nghiên cứu Địa chất biển Địa chất biển đƣợc biết đến với đặc tính lịch sử thuộc phần trái đất mà đƣợc bao phủ nƣớc biển Vai trò quan trọng địa chất biển đƣợc thể rõ ràng có tới ¾ diện tích bề mặt trái đất đƣợc bao phủ nƣớc Khu vực nghiên cứu địa chất biển bao gồm từ vũng vịnh, đầm lầy đại dƣơng khu vực thềm lục địa đến chỗ sâu đại dƣơng Các nhà địa chất biển nhà địa vật lý giới hạn khu vực nghiên cứu phần phía dƣới mực nƣớc biển khu vực đáng quan tâm cung cấp thông tin quan trọng lịch sử trái đất đại dƣơng nơi mà đá đƣợc lộ phía mực nƣớc biển Các nhà nghiên cứu địa tầng nhà cổ sinh vật học thƣờng nghiên cứu nâng lên trầm tích biển Tƣơng tự nhƣ vậy, nhà khoa học quan tâm đến tiến hóa giao thoa vỏ lục đại dƣơng vỏ lục địa đê hiểu trình thành tạo vỏ đại dƣơng Tiêu đề cơng trình nhà địa chất biển Philip Kuenen (năm 1958) viết: “Khơng có địa chất vắng bóng địa chất biển” Mục tiêu địa chất địa vật lý biển phát triển hiểu biết cấu trúc trái đất phía dƣới sâu đại dƣơng Sự tiến triển lịch sử tính chất tạo nên hình thái khu vực biển, đại dƣơng lịch sử nói chung Các nhà địa chất địa chất biển đóng vai trò phát triển kiến thức lĩnh vực, Mặc dù nhà địa vật lý thƣờng quan tâm đến cấu trúc trái đất, nhà địa chất quan tâm đến lịch sử trái đất Tuy nhiên, khám phá nhà địa vật lý cấu trúc đại dƣơng cho biết số kiến thức tảng tiến lịch sử trái đất Các nhà khoa học nghiên cứu địa biển thƣờng khác biệt với nhà địa chất lục địa họ sử dụng công cụ khác Bởi nhà địa chất biển khơng thể bách phần đất đá lộ cách trực tiếp lấy mẫu đáy đại dƣơng (ngoại trừ khu vực lặn đƣợc), phƣơng pháp đặc biệt đƣợc nghiên cứu mẫu dƣới lòng đại dƣơng Hầu hết nghiên cứu đại dƣơng yêu cầu loại dụng cụ lấy mẫu lƣu giữ mẫu vật khác Bởi phƣơng pháp đƣợc tiến hành nhà địa chất biển thƣờng khác với nhà địa chất làm lục địa, đại dƣơng có xu hƣớng hoạt động nhƣ hệ thống địa hóa Các nhà địa chất biển đối tƣợng khác với nhà khoa học nghiên cứu địa vật lý biển chỗ địa chất biển thƣờng quan tâm nghiên cứu đá trình trầm tích dƣới đáy đại dƣơng Mặt khác, nhà địa vật lý biển chủ yếu làm việc với liệu liên quan đến trọng lực trái đất, dòng nhiệt, từ tính, động đất tần số truyền sóng âm nhân tạo qua trầm tích đá Đa số vấn đề địa chất đại dƣơng đƣợc khám phá suốt 30 năm qua Trong suốt nửa thập kỷ 20, trực giác đáng tin cậy tồn mối quan tâm tiềm đại dƣơng đƣa tới thông tin tranh cãi đặc tính lịch sử trái đất Những đặc điểm chiếm đa số (phổ biến) trái đất đặc điểm đại dƣơng, đƣợc bao phủ gần 72% bề mặt trái đất Tổng lƣợng nƣớc đại dƣơng khoảng 1350 triệu km3 (Menard Smith, 1966), độ sâu trung bình đại dƣơng khoảng 3700m Đây tƣơng phản đối lập với tính tốn trung bình bề mặt trái đất khoảng 850m Tuy nhiên, đại dƣơng lục địa tạo nên lớp vỏ tồn cầu rộng lớn Một minh chứng cho tính tồn cầu trái đất đại dƣơng bị tách vỡ từ khối thống lục địa thành đại dƣơng biển nhỏ Sự căng giãn liên tục dài đại dƣơng nằm dọc theo 50 độ nam-bắc bán cầu phía cực nam đại dƣơng Phần ngồi xa phía nam đại dƣơng đƣợc chia thành khu vực: Âu-Á-Phi; Bắc-Nam Mỹ Châu Úc Đây cấu tạo hình thái bề mặt trái đất thời gian gần đây, vị trí liên quan lục địa đất liền trạng thái động thay đổi xuyên suốt thời gian địa chất Để mở rộng hơn, sách nhƣ câu chuyện tiến hóa chuyển động đại dƣơng: câu chuyện kiến tạo thay đổi địa lý tác động qua lại hệ thống mơi trƣờng tồn cầu, đặc biệt sống q trình trầm tích biển 1.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu địa chất biển 1.3.1 Phương pháp quan trắc định vị đại dương Việc quan trắc quản lý khơng gian biển có vai trò đặc biệt quan trọng nhiều lĩnh vực nhƣ an toàn hàng hải, quốc phòng, quản lý khơng gian, biến đổi khí hậu,… Cơng tác đƣợc ngƣời tiến hành từ thời kỳ xa xƣa cơng cụ thơ sơ nhƣ kính viễn vọng, đứng quan sát trực tiếp mỏm đá cao,… Ngày nay, khoa học công nghệ đạt đƣợc bƣớc tiến dài nhƣ ngƣời biết quan trắc định vị biển đại dƣơng đƣợc thực loạt phƣơng pháp đại, hiệu có khả bao quát diện rộng Công tác quan trắc biển đại dƣơng đƣợc thực quy mô cấp độ khác tùy theo mục đích sử dụng Ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp đo trắc địa thiết bị khảo sát trắc địa có tính tƣơng tự nhƣ mặt đất để phục vụ cơng trình đòi hỏi độ xác cao Tuy nhiên phƣơng pháp trắc địa thông thƣờng lại bị hạn chế phạm vi sử dụng đới ven bờ Cho đến năm cuối thập kỷ 70 kỷ 20, mà công nghệ không gian đạt đƣợc bƣớc tiến phóng thành cơng vệ tinh địa tĩnh lên vũ trụ, công tác quan trắc đại dƣơng đạt đƣợc bƣớc tiến dài nhờ áp dụng thành tựu khoa học cơng nghệ khơng gian Những hình ảnh thu đƣợc từ vệ tinh rada cho phép ngƣời xác định đƣợc xác khoảng cách đại dƣơng toàn cầu kể cấu trúc dƣới đáy đại dƣơng Ngày ngƣời ta sử dụng ảnh chụp từ vệ tinh địa tĩnh nhiều phổ khác với độ phân dải từ thấp đến cao nhƣ ảnh Landsat, Spot, rada,…để xác định đƣợc đối tƣợng dù có kích thƣớc nhỏ bề mặt đai dƣơng Nếu nhƣ giai đoạn sơ khải chuyến hải trình ngƣời định vị việc quan sát trời sau đƣợc định vị xác nhờ vào sóng liên lạc qua radio Tuy nhiên liên lạc định vị qua radio mang tính tƣơng đối phạm vi hep nên khả ứng dụng đại dƣơng hạn chế Hiện ngƣời ta áp dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) DGPS (thực chất hệ thống GPS kèm theo trạm định vị mặt đất để thu đƣợc độ xác tới milimet) để định vị đại dƣơng Nguyên lý chung hệ thống đo đạc thông số thời gian, bƣớc sóng liên lạc với vệ tinh địa tĩnh không gian (các vệ tinh xác định đƣợc tọa độ nó) để định vị biển Để định vị qua vệ tinh cần phải có đủ thiết bị đầu phát (vệ tinh) với tối thiểu ba vệ tinh đầu thu kèm theo ứng dụng giải mã tín hiệu (GPS) 1.3.2 Phương pháp đo sâu vẽ đồ đáy đại dương: Việc đọ độ sâu đáy biển đƣợc tiến hành nhờ phƣơng pháp đo sâu hồi âm Nguyên tắc phƣơng pháp ngƣời ta phát chùm sóng âm có tần số xác định vào mơi trƣờng nƣớc biển Nguồn phát thƣờng đƣợc gắn vào sƣờn tàu dây cáp kéo theo tàu Khi tín hiệu âm xuống gặp bề mặt đáy biển phản xạ trở lại tín hiệu hồi âm đƣợc thu nhận thời gian cƣờng độ phản xạ âm Nếu ta biết đƣợc thời gian truyền sóng âm lên xuống tốc độ sóng âm di chuyển mơi trƣờng nƣớc biển tĩnh đƣợc độ sâu đáy biển điểm theo cơng thức: D  T V Trong đó: D độ sâu đáy biển V vận tốc truyền sóng âm nƣớc biển T thời gian truyền sóng hai chiều lên xuống Việc đo độ sâu đáy biển đƣợc tiến hành dƣới dạng điểm đơn lẻ tuyến đo đo ngẫu nhiêu tùy theo yêu cầu cụ thể Từ độ sâu đơn lẻ ngƣời ta tiến hành nội suy vẽ đồ độ sâu đáy biển dƣới dạng đồ đồng mức độ sâu Hình 1-1 Sơ đồ đo sâu hồi âm Hình 1-2 Đo vẽ đồ đáy biển 3D phương pháp sóng âm qt sườn Ngồi phƣơng pháp đo sâu hồi âm truyền thống năm gần đầu ngƣời ta chế tạo thiết bị đo sóng âm qt sƣờn địa hình đáy biển Các thiết bị không xác định đƣợc độ sâu điểm mà xác định đƣợc địa mạo đáy biển thông số độ sâu diện rộng Ƣu điểm phƣơng pháp cho đƣợc thơng số địa hình đáy biển không gian ba chiều nhƣng nhƣợc điểm tốn kém, nhiều thời gian diện tích độ sâu qt hạn chế Ngồi ra, để đo vẽ đồ đáy đại dƣơng cấu trúc sâu, ngƣời ta sử dụng số liệu đo địa vật lý hàng không vệ tinh nhƣ số liệu đo từ, trọng lực vệ tinh, để vẽ đồ đáy biển dạng địa hình đáy biển quy mơ tồn cầu dựa vào đặc điểm dị thƣờng địa vật lý dƣới đáy đại dƣơng 1.3 Phương pháp khoan biển địa vật lý giếng khoan (karota) Mặc dù vỏ đại dƣơng có chiều dày mỏng nhiều so với vỏ lục địa nhƣng lại bị phủ nƣớc độ sâu lớn Vì lý mà ngƣời ta phải thiết kế hệ thống khoan làm việc biển để thu thập thông tin dƣới đáy biển đầy đủ Công tác khoan biển ban đầu chủ yếu đƣợc thực cơng ty dầu khí tiến hành thăm dò khai thác dầu khí khu vực thềm lục địa Sau này, nhu cầu tìm kiếm nguồn dầu khí mà việc khoan biển đƣợc tiến hành sâu hơn, ví dụ nhƣ giàn khoan dầu khí nƣớc sâu vịnh Mexico Bên cạnh hoạt động khoan dầu khí cơng ty tiến hành, số quốc gia biển có tiềm lực kinh tế khoa học công nghệ phát triển độc lập triển khai liên kết thành lập chƣơng trình khoan sâu đại dƣơng tổng hợp (ICDP) Các chƣơng trình khoan sâu đại dƣơng tổng hợp thƣờng đƣợc tiến hành với mục đích thu hồi mẫu tồn ngyên dạng (Các giếng khoan dầu khí thƣờng khoan phá mẫu) Vì giàn khoan đƣợc thiết kế có đặc thù riêng bố trí giàn khoan cố định, giàn khoan tàu khoan để khoan đƣợc độ sâu địa hình đáy biển khác Những tàu khoan tiên tiến có đƣợc cải tiển nhiều để khoan đến độ sâu ~3500 m với độ sâu đáy biển lên đến gần 2000 m Hình 1-3 Tàu khoan sâu đại dương Chykiu Phƣơng pháp khoan biển thƣờng đƣợc tiến hành với phƣơng pháp đo địa vật lý giếng khoan Phƣơng pháp đƣợc tiến hành thiết bị cảm biến có thả vào giếng khoan Thiết bị đo đồng thời nhiều thông số vật lý khác qua tầng đá khác giếng khoan đê phục vụ cho việc xác 10 cổ sinh sống bám đáy Giai đoạn đƣợc đánh dấu có gần nhƣ khơng có tƣợng bào mòn đáy biển dòng hải lƣu đáy đại dƣơng Ngƣời ta thừa nhận thực tế điều kiện tiên để bảo tồn lƣợng lớn vật chất hữu trầm tích phân tầng khối nƣớc ổn định Sự thiếu hụt oxi đại dƣơng suốt giai đoạn Kreta đến sớm nhiệt độ thay đổi nhiệt độ vùng vĩ độ thấp cao, hòa tan oxi thấp ,… Trong hai giả thiết đƣa để lý giải cho tồn gian đoan khử đại dƣơng phát triển đới oxi tối thiểu đại dƣơng tù hãm tất đại dƣơng trái đất Những nhà khoa học ủng hộ cho ý kiến thấy thành tạo trầm tích carbonat đƣợc giới hạn độ sâu từ vài trăm mét đến 3000 mét dƣới mực nƣớc biển phía nam Đại tây dƣơng mà đáy biển giao cắt với đới oxi tối thiểu khơng cần thiết phải có tƣơng ứ đọng cho bồn đại dƣơng Sau giai đoạn Kreta muộn, lắng đọng trầm tích ngèo oxi trở lên Có thể tăng cƣờng dòng hải lƣu đại dƣơng đƣợc thông mở rộng dâng cao mực nƣớc biển dòng hải lƣu hoạt động mạnh gian đoạn nhiệt độ hạ thấp Bất luận lý trầm tích oxi hóa màu đỏ đặc trƣng cho giai đoạn Kreta Hình 7-1 Vị trí lục địa đại dương kỷ Jura (Barron, Sloan Harrison (1980) Một mối quan tâm lĩnh vực địa chất biển thời gian nguồn gốc thành tạo tập trầm tích sinh học giàu thể sống trơi bám đáy Trầm tích đại dƣơng thay đổi đáng kể mà bốn nhóm sinh vật 107 thay đổi: Foraminifera trơi nổi, Vi cổ sinh thành phần vôi, điatom radiolarian Một đặc trƣng đại dƣơng Kreta giai đoạn bùng nổ tiến hóa tất nhóm tạo thay đổi cấu trúc cộng động sinh vật đại dƣơng Tổ tiên số nhóm vi cổ sinh quan trọng bắt đầu phát triển từ kỷ Jura tảng cho tiến hóa sau Trong suốt giai đoạn Trias, lồi vi cổ sinh sống trơi khơng đa dạng trƣớc tìm thấy phát triển cocolithophorid foraminifera sống trơi phát triển Những nhóm tiếp tục phát triển đến Kreta trở thành nguồn trầm tích đại dƣơng quan trọng đại dƣơng rộng lớn Ngồi số nhóm nhỏ khác nhƣ tảo Diatom silicoflagellate (chứa silic) bổ sung cho nguồn trầm tích cho đại dƣơng Nhƣ nói giai đoạn Mezozoi trung đến muộn giai đoạn phát triển mạnh mẽ trầm tích carbonat biển sâu sau trầm tích sinh học giàu silic mà tảo Diatom phát triển Đặc biệt kỷ Jura lần đánh dấu diện rộng rãi hai loại trầm tích sinh học giàu vơi silic bồn đại dƣơng Một câu hỏi đặt lại có nhiều nhóm vi cổ sinh đóng vại trò quan trọng q trình hình thành trầm tích sinh học lại phát triển nhanh chóng Kreta? Hầu hết nhóm có tổ tiên hình thành từ giai đoạn Jura chí sớm nhƣng chúng khơng phát triển mạnh mẽ trƣớc Kreta Vậy Kreta lại giai đoạn mà điều kiện môi trƣờng thuận lợi cho phát triển này? Một số nguyên nhân giải thích cho đặc trƣng nhƣ: Kreta đánh dấu giai đoạn hoạt động kiến tạo mạnh mẽ tạo đại dƣơng nhƣ bắc nam Đại tây dƣơng, Ấn độ dƣơng tạo phân cách cạnh tranh quy mô lớn quần thể sinh vật vốn gắn kết với trƣớc Sự cạnh tranh dẫn đến việc nhóm sinh vật có xu hƣớng phát triển mạnh để tồn lấn lƣớt nhóm khác dẫn đến phát triển mạnh mẽ chúng Trong nhóm sinh vật liên đại dƣơng phát triển, điều kiện khí hậu ấm điều kiện thuận lợi cho q trình tiến hóa Trong mơi trƣờng ổn định, chiến lƣợc phát triển loài mở rộng cạnh tranh lẫn Khi mà nguồn thức ăn mức thấp cạnh tranh mạnh mẽ dẫn đến phân hệ sinh thái chun hóa sâu lồi sinh vật Những điều kiện tồn giai đoạn Kreta Mực nƣớc biển dâng cao Kreta nguyên nhân khác dẫn đến tiến hóa mạnh mẽ nhóm vi cổ sinh trơi môi trƣờng biển với hôc trợ điều kiện khí hậu ẩm ƣớt, thay đổi nhiệt độ thấp, diện tích mặt đại dƣơng mở rộng,…Trong suốt giai đoạn Kreta, có 10 chu kỳ biển tiến vaf biển thoái xen kẽ Thời điểm biển thối đƣợc đánh dấu khí hậu lạnh, biến đổi nhiệt độ theo chiều thẳng đứng mạnh làm tăng khả pha trộn nƣớc đại dƣơng.Kết làm giảm đa dạng sinh học Nhƣ nhƣ đa dạng loài phụ thuộc vào phân tầng nƣớc theo độ sâu đáy đại dƣơng vào thời kỳ Bất luận lý khí hậu ấm nóng Kreta thúc đẩy q trình tích tụ trầm tích carbonat canxi có nguồn gốc sinh vật Đại tuyệt chủng vào cuối Kreta Trong suốt lịch sử phát triển giới sinh vật mà ngƣời biết đến (570 triệu năm) ghi nhận đƣợc năm lần biến đổi mạnh mẽ thể sống mà nhiều lồi số bị tuyệt chủng Sự kiện tuyệt chủng gần diễn vào khoảng 65 triệu năm trƣớc mốc thời gian đƣợc lấy làm ranh giới Kreta Đệ tam Dấu vết tƣợng đƣợc lƣu giữ tập trầm tích ngồi đại dƣơng Sự tuyệt chủng diễn nhiều loài sinh vật sống trôi môi trƣờng biển nông thực vật động vật không xƣơng sống cạn hiểu biết kiện thách thức việc 108 nghiên cứu lịch sử tiến hóa trái đất nói chung đại dƣơng nói riêng Quá trình tuyệt chủng diễn vào cuối Kreta mà điều kiện khí hậu nóng ấm, biến đổi, đa dạng sinh học cao tích tụ nhiều thành tạo cacbonat nguồn gốc sinh vật thời kỳ biển tiến Q trình tuyệt chủng nhiều lồi sinh vật đƣợc xem sở sinh học đáng tin cậy cho việc xác lập ranh giới địa niên biểu Kreta Đệ tam mà đƣợc đặc trung tuyệt chủng nhiều lồi bò sát, khủng long, san hô, tảo, gastropod,…trong số lồi nhƣ cocolithophorid, foraminifera trơi nổi, … gần nhƣ bị tuyệt chủng hồn tồn số lồi sống sót qua giai đoạn Một số lồi bị tuyệt chủng khoảng thời gian ngắn, số loài bị tuyệt chủng vào thời kỳ cực thịnh số loài lại bị ảnh hƣởng nhƣ thực vật cạn, cá sấu, rắn, động vật có vú, hàng loạt nhóm động vật không xƣơng sống khác, sinh vật nƣớc động vật sống bám đáy môi trƣờng biển sâu Theo ƣớc tính số nhà khoa học (Russell 1979) có tới 50% giống sinh vật trái đất bị tuyệt chủng gian đoạn Tuy nhiên mức độ tuyệt chủng có vể nhƣ nghiêm trọng sinh vật sống mặt gần bề mặt đại dƣơng quần thể san hô dạng reef Do sinh vật nguồn cung cấp vật liệu trầm tích quan trọng mơi trƣờng đại dƣơng nên q trình tuyệt chủng có ảnh hƣởng lớn đến đặc điểm trầm tích danh giới Kreta Đệ tam Ranh giới đƣợc đặc trung phong phú trầm tich sét trầm tích sinh vật, q trình hòa tan carbonat tăng cƣờng bị bào mòn tăng cƣờng dòng tuần hồn biển sâu Khoảng thời gian gián đoạn trầm tích sinh vật khác theo khu vực nói chung quan sát thấy tất vị trí nghiên cứu Một đặc điểm khác đáng lƣu ý q trình biển thối diễn giai đoạn hình thành ranh giới Giai đoạn tuyệt chủng cuối Kreta đƣợc cho diễn tức nhanh chóng khắp bề mặt trái đất Các số liệu cổ từ cho thấy thời gian tuyệt chủng diễn đại dƣơng lục địa lệch khoảng 0,5 triệu năm Có nhiều giả thiết đƣợc đƣa để lý giải cho tƣợng tuyệt chủng vào giai đoạn chuyển tiếp Kreta-Đệ tam Các giả thiết gắn với thay đổi trái đất bên vũ trụ chúng dựa vào ý kiến cho thiếu hụt thức ăn kiện liên quan đến vũ trụ Tất giả thiết bao gồm ý kiến cho tăng cƣờng xạ vũ trụ, đặc biệt xuất khối Hình 7-2 Biểu đồ phản ánh thay siêu tân tinh gần hệ mặt trời làm tăng đổi đồng vị oxi biến đổi khí hậu nồng độ ngun tố vết có hại cho môi vào thời kỳ chuyển tiếp Krea-Đệ tam trƣờng sống trái đất, dâng cao mực có liên quan đến kiện đại tuyệt nƣớc biển, suy giảm chất dinh dƣỡng chủng số loài sinh vật biển đại dƣơng, trình sản sinh sinh vật (Boersma nnk (1979) ƣa khí có tính chu kỳ ảnh hƣởng nồng độ oxi, thay đổi từ trƣờng trái đất, thay đổi hàm lƣợng CO2, hoạt động núi lửa phát xạ độc, biến đổi khí hậu, Nhìn chung tất giải thiết không giải thỏa đáng đƣợc tất vấn đề Bất luận 109 khơng phủ nhận đƣợc thực tế thay đổi môi trƣờng sống vào cuối Kreta ảnh hƣởng tới gần nhƣ toàn sinh Hình 7-3 Cổ địa lý đại dương châu lục thời kỳ chuyển tiếp Kreta-Đệ tam Châu Úc gắn liền với châu Nam cực thành lục địa thống nhất, nam Mỹ gắn với châu Nam cực qua eo biển Drake (Weissel nnk (1978) Mơi trƣờng khí hậu biến đổi tác động thiên thạch nhiều ý kiến khác Hickey (1981) cho rằng, đặc điểm tuyệt chủng thực vật cạn hoàn toàn trái ngƣợc với mà chịu tác động đám mây bụi nhiệt độ tăng cao đột ngột có nhiều thực vật khu vực vĩ độ cao bắc bán cầu bị tuyệt chủng so với thực vật vùng xích đạo Nếu tồn bề mặt trái đất bị bao phủ đám mây bụi thực vật xích đạo phải bị tuyệt chủng nhiều Dù với lý dẫn đễn kiện tuyệt chủng sinh vật vào cuối Kreta có số lồi sống sót sau kiện Một số lồi đƣợc tồn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng chúng cung cấp nguồn vật chất mang tính nguồn gốc cho bùng nổ giai đoạn tiến hóa nhanh chóng mẻ sau (đầu kỷ Đệ tam) 110 7.2.3 Đặc điểm đại dương Kainozoi: Sự chuyển tiếp từ đại dương ấm sang lạnh Nguyên đại Kainozoi đƣợc bắt đầu kỷ Đệ tam mà đƣợc phân biệt với kỷ Kreta trƣớc khác biệt hệ động thực vật biến đổi khí hậu Kỷ Đệ tam đƣợc đặc trƣng giai đoạn chuyển từ khí hậu ấm sang lạnh khoảng thời gian dài từ mức biến đổi nhiệt độ theo độ sâu thấp đặc trƣng đại dƣơng vào cuối Mezozoi sang đại dƣơng lạnh khí hậu băng hà vào cuối kỷ Đệ tam kỷ Đệ tứ Vậy nguyên nhân dẫn đến thay đổi này? Liệu thay đổi có quan hệ với thay đổi ranh giới đại dƣơng? Chúng ta biết thay đổi dòng tuần hồn đại dƣơng theo thời gian kết thay đổi địa hình đại dƣơng Trong ba yếu tố làm cho cổ đại dƣơng đƣợc phân biệt với đại dƣơng đại là: Thứ dòng tuần hồn quan Nam cực địa cực di chuyển xa tạo lên dòng chảy vĩ độ khơng giới hạn Thứ hai phá hủy dòng tuần hồn xích đạo vĩ độ thấp địa khối di chuyển qua xích đạo phát triển khu vực Thứ ba biến đổi dòng đáy có biến đổi khí hậu hình thành băng hà hai cực Trong suốt nguyên đại Kainozoi, đƣờng nối thông đại dƣơng liện tục hình thành Mezozoi bị gián đoạn biển cổ Tethys bị đóng lại, gi chuyển mảng châu Úc phía bắc đƣờng nối thơng đại dƣơng trung Mỹ bị đóng kín Các tƣợng tác động mạnh mẽ lên quy mô, cƣờng độ dòng hải lƣu xích đạo dòng trồi nhƣ nguồn dinh dƣỡng, phát triển sinh vật có liên quan đến chúng Sự thay đổi đặc biệt xảy mạnh mẽ vùng biển cổ Tethys, nơi trải qua trình ép nén kiện va chạm mảng Ấn Độ Âu-Á diễn Kainozoi Một phần thạch từ Địa trung hải đến Himalaya bị ép nén, uốn nếp tạo núi nâng cao sƣờn phía đơng phía tây Địa trung hải, q trình ép nén giảm mạnh khu vực chủ yếu trì chế độ đại dƣơng với số đai tạo núi nhỏ thân địa trung hải thể địa chất chuyển tiếp q trình tiến hóa Sự phá hủy dòng hải lƣu xích đạo Kainozoi gần nhƣ trùng khớp với hình thành phát triển dòng hải lƣu quanh Nam cực hình thành địa cực di chuyển phía nam tách khỏi lục địa gian đoạn đầu kỷ Đệ tam, Sự thay đổi ranh giới dẫn đến việc hình thành lên đƣờng nối thơng đại dƣơng Tasmania, Drake cao nguyên Kerguelen Sự hình thành phát triển dòng hải lƣu Nam cực kết trình phân tách nhiệt dòng hải lƣu cận xích đạo ấm với dòng hải lƣu Nam cực cận Nam cực lạnh Hiện tƣợng dẫn đến tƣợng băng hà hình thành lên lớp phủ băng hà Nam cực mà chúng có tác động mạnh tới tiến hóa mơi trƣờng địa sinh vùng vĩ độ cao Các rào cản nhiệt vùng vĩ độ cao nam bán cầu có ảnh hƣởng lớn tới phân bố thể sống trôi vùng Các nhân tố liên quan đến tiến hóa cổ hải dƣơng học kainozoi đƣợc tóm tắt dƣới đây: A Thu hẹp dòng hải lƣu xích đạo Phá hủy kênh nối đại dƣơng Tethys (Kainozoi sớm – Khép kín kênh nối đại dƣơng Indonesia (Kainozoi – muộn) Kết nối kênh đại dƣơng Trung Mĩ (Plioxen) B Phát triển dòng hải lƣu quanh Nam cực 111 Mở kênh đại dƣơng Australia – Nam cực (Đầu Oligoxen) Phát triển cao nguyên Kerguelen Mở đƣờng kênh dẫn Drake (Oligoxen) C Phát triển dòng tuần hoàn lạnh đại dƣơng, liên quan với tiến hóa băng hà vùng cực(Đầu Oligoxen) Nhìn chung tiến hóa cổ khí hậu Kainozoi đƣợc phân biệt ba đặc trƣng sau: Giảm nhiệt độ Xu khí hậu lạnh phổ biến vùng vĩ độ cao vùng nhiệt đới bị tác động Q trình nguội lạnh khí hậu khơng phải diễn cách điều hòa, từ từ mà trải qua nhiều thời điểm nguội lạnh nhanh chóng, chuyển biến từ trạng thái khí hậu sang trạng thái khí hậu khác có kiểu bậc thang Các bƣớc chuyển thể thay đổi ngƣỡng giới hạn từ nƣớc tới băng hà nhiều khu vực vĩ độ cao Trên thực tế, kỷ Đệ tam đƣợc chia nhỏ thành hai giai đoạn biến đổi khí hậu Paleogen Neogen Giai đoạn Paleogen (65 – 23 triệu năm) thể giai đoạn chuyển tiếp Mezozoi muộn Neogen đƣợc đánh dấu thay đổi phân bố nhiệt đại dƣơng chuyển tiếp từ chế độ dòng hải lƣu ấm chủ yếu phân bố theo đƣờng vĩ tuyến tất độ sâu sang chế độ dòng hải lƣu nƣớc lạnh theo đƣờng kinh tuyến Paleogen đồng thời giai đoạn chuyển tiếp từ Kreta khơng có băng hà sang Neogen có chế độ băng hà Ngƣỡng thay đổi khí hậu vƣợt qua Kainozoi có mối quan hệ với phát triển khối băng tuyết vùng vĩ độ cao Tại khu vực băng tuyết này, lƣợng lớn xạ mặt trời bị phản xạ trở lại khơng gian cung cấp thơng tin phản hồi lại điều kiện khí hậu mà trì trạng thái khí hậu Thời kỳ mở đầu băng hà trái đất Paleoxen-Eoxen Chuyển động quay lục địa Bắc Mỹ phía châu Á làm đóng kín đƣờng nối Bắc cực Thái bình dƣơng suốt Kreta muộn Điều làm hạn chế nguồn nƣớc trƣớc đáy đại dƣơng từ khu vực vĩ độ cao phía bắc Thái bình dƣơng nguồn nƣớc lạnh từ phía nam đƣợc tăng cƣờng đóng vai trò ngày quan trọng Phần diện tích bắc Đại tây dƣơng băc cực bị đóng kín Sự phân tách phần nƣớc dƣới đáy đại dƣơng tạo khác biệt đặc điểm địa hóa dẫn đến phân dị địa hóa đại dƣơng Mặc dù vậy, điều kiện cổ khí hậu phần lớn gian đoạn Paleoxen Eoxen tƣơng đối ấm bình ổn với chênh lệch nhiệt độ từ cực xích đạo thấp Mặc dù vậy, nhiệu độ hạ liên tục giai đoạn dẫn đến phân dị khí hậu mạnh mẽ theo vĩ độ nhƣ thúc đẩy dòng tuần hồn đại dƣơng làm tăng mức sản sinh sinh vùng vĩ độ thấp tạo lƣợng trầm tích bùn silic có nguồn gốc sinh vật lớn phân bố rộng rãi vùng Trong suốt giai đoạn Paleoxen, lục địa Nam cực có băng che phủ gắn liền với lục địa châu Úc Nhiệt độ bề mặt đại dƣơng tƣơng đối cao (~18 oC) nƣớc dƣới sâu ấm nhiệt độ nƣớc bề mặt gần Nam cực ấm Dòng hải lƣu mặt phía bắc Ấn độ dƣơng bị hạn chế mảng Ấn độ tiến gần tới lục địa Âu-Á dòng hải dƣơng biển cổ Tethys tiếp tục chảy hƣớng tây qua eo biển hẹp eo biển Labrador có thê nơi cho dòng hải lƣu ấm qua để đổ vào bồn Bắc cực 112 Lục địa châu Úc bắt đầu tách khỏi Nam cực di chuyển phía bắc giai đoạn Eoxen muộn đến Eoxen làm hình thành lên bồn đại dƣơng ngày mở rộng nằm hai lục địa Đây lục địa bị tách giãn hoàn toàn Kainozoi làm thay đổi đáng kể hệ thống vòng tuần hồn tồn câu, cổ khí hậu tiến hóa giới sinh vật giai đoạn Phần phía tây nam chân lục địa Tasma bị tách giãn tạo thành bồn địa sâu đƣợc đặc trƣng trầm tích hạt mịn, độ chọn lọc tí vật liệu nguồn gốc sinh học nhƣng giàu thành phần carbon hữu phản ánh hoạt động hạn chế dòng tuần hồn sây khơng có tham gia dòng tuần hồn sâu quanh Nam cực Mơi trƣờng biển nông khu vực Tasman gian đoạn Eoxen – muộn tạo mối tƣơng tác trực tiếp nƣớc biển nông với thể sống trôi môi trƣờng biển phía nam Ấn độ dƣơng Thái bình dƣơng Ở nam Thái bình dƣơng, nhiệt độ bề mặt đại dƣơng khu vực gần Nam cực giảm từ ~20oC gian đoạn Eoxen sớm xuống ~12-14oC Eoxen khoảng ~10oC Eoxen muộn nhiệt độ dƣới đáy đại dƣơng trì mƣc tƣơng đối ấm (~7oC) Tuy nhiên nhiệt độ vùng nƣớc sâu giảm dần nhiệt độ nƣớc bề mặt giảm Khơng giống nhƣ nam Thái bình dƣơng, số liệu cổ sinh tập trầm tích thu thập nơi khác trái đất lại thể hiển điều kiện khí hậu ấm Các chứng tƣợng băng hà Eoxen lại khơng mang tính định khơng đƣợc khẳng định số liệu từ chƣơng trình khoan đại dƣơng Nam cực Nếu cho nhiệt độ dƣới đáy đại dƣơng khu vực gần Nam cực tƣơng đối ấm nhƣ nhiệt độ bề mặt đại dƣơng có đặc điểm tƣơng tự việc hình thành khối băng mặt đại dƣơng Nam cực Eoxen thực vấn đề khó giải thích Tuy nhiên, thực có băng hà giai đoan Eoxen giới hạn phạm vi băng hà dãy Alpine khu vực địa hình ven biển nâng cao nhƣ bờ tây Nam cực Trong Eoxen muộn, thành tạo trầm tích sinh học chứa vơi đƣợc tích tụ gần lục địa trầm tích sinh học chứa silic lại Sự thay đổi vị trí địa lý châu lục, thay đổi vể nhóm cổ sinh môi trƣờng đại dƣơng thay đổi thảm thực vật cạn cho thấy tồn số khoảng thời gian mà cổ khí hậu thể chế độ ấm/lạnh xen kẽ Eoxen Sau kiện khí hậu tồn cầu nguội lạnh gian đoạn Paleoxen giữa, khí hậu trở lên ấm gian đoạn Eoxen sớm-giữa, thời gian ấm Kaonozoi Nhận định trùng lặp với thời điểm biển tiến mực nƣớc biển dâng cao làm thúc đẩy mở rộng hệ sinh tháy đại dƣơng Sự đa dạng sinh thái đại dƣơng đạt đến mực đặc biệt cao giai đoạn phản ánh thời điểm cực thịnh trình tiến hóa sinh vật Đặc biệt là, động vật xƣơng sống sống điều kiện khí hậu ấm tồn đảo Ellesmere, phía bắc vịnh Baffin vùng Bắc cực thuộc Canada Phản ánh nhiệt độ tối thiểu mùa đông phải từ 10-12oC Thêm nữa, thực vật xanh phát triển mạnh đến vùng vĩ độ cao phía bắc (60o bắc) suốt giai đoạn Paleoxen-Eoxen Wolfe (1971, 1978) dự đoán tồn loài thực vật vùng vĩ độ cao đƣợc giải thích q trình chiếu sáng kéo dài vị độ Và nhƣ đƣợc giải thích độ nghiêng trục quay trái đất nhỏ (ít nhỏ 15oC Eoxen so với ngày nay) Nếu điều điều kiện môi trƣờng khác trái so với ngày Sự kiện biến đổi cổ đại dƣơng quan trọng Kainozoi liên quan đến tuyệt chủng giới sinh vật xảy cách ~38 triệu năm (ranh giới Eoxen – Oligoxen) Sự kiện đƣợc gọi Sự kiện cuối Eoxen Tại thời điểm 113 này, bồn đại dƣơng đƣợc lấp đầy nƣớc lạnh tạo lên dòng tuần hồn lạnh dƣới sâu Các dòng tuần hồn làm thay đổi thành phần đồng vị oxi nhóm foraminifera sống bám đáy biển sâu gần Nam cực vùng đại dƣơng nhiệt đới Thái bình dƣơng vùng biển nơng bắc Đại tây dƣơng cho thấy nhiệt độ hạ nhanh chóng khoảng 4-5oC Q trình giảm nhiệt độ diễn khoảng 10.000 năm, đƣợc cho thay đối đột ngột thời kỳ tiền băng hà Đệ tam thể giai đoạn phát triển q trình đóng băng diện rộng bề mặt biển quanh Nam cực hình thành lên biển băng quy mơ lớn Có thể vào thời điểm nƣớc đáy đại dƣơng Nam cực bắt đầu đƣợc sản sinh nhiệt độ giảm dần tới mức gần ngang nhƣng cao so với nhiệt độ đáy đại dƣơng ngày Sự tuyệt chủng Eoxen không gây thay đổi giới sinh vật diện rộng giống nhƣ giai đoạn tuyệt chủng Kreta Mặc dù vậy, tập hợp sinh vật sống bám đáy dƣới biển sâu bị ảnh hƣởng đáng kể vào cuối Eoxen so với cuối Kreta Sự thay đổi mạnh tập hợp sinh vật sống bám đáy diễn đƣợc ghi nhận tập địa tầng lâu dài Sự khác biệt phản ánh thay đổi mà động vật sống bám đáy biến đổi theo điều kiện cổ môi trƣờng diễn suốt hai giai đoạn tuyệt chủng, đặc biệt hạ thấp nhiệt độ phát triển băng hà vùng vĩ độ cao vào cuối Eoxen nhƣng không xảy vào cuối Kreta Trong thực tế, tuyệt chủng Eoxen phản ánh thay đổi rộng khắp tác động băng hà khí hậu nguội lạnh vùng vĩ độ cao tuyệt chủng cuối Kreta lại khơng phải khí hậu lạnh gây Hình 7-4 Biến đổi cổ khí hậu giai đoạn chuyển tiếp Eoxen-Oligoxen thể qua thay đổi nhanh chóng đồng vị oxi hóa thạch foraminifera (Keigwin 1980) Quá trình hạ thấp nhiệt độ băng hà vùng vĩ độ cao trùng khớp với khoảng thời gian diễn q trình biển thối khắp rìa lục địa nhƣ châu Mỹ, châu Âu,châu Úc,… Vậy trình băng hà lại xảy vùng vĩ độ cao? Và lại xảy muộn nhiều so với thời điểm Nam cực tách khỏi châu Úc 114 Mezozoi? Cho đến chứng địa chất chƣa thực rõ ràng để trả lời cho câu hỏi nhiệt độ trái đất lại vƣợt qua ngƣỡng nhƣng chắn phải phần tách biệt Nam cực khỏi châu Úc, hình thành đại dƣơng hai lục địa đặc biệt hình thành kênh nối thơng dòng nƣớc mặt nam Ấn độ dƣơng Thái bình dƣơng qua dãy Tasman (Eo biển Tasmania) Khi eo biển Tasmania hình thành cho phép nƣớc lạnh từ vùng vĩ độ cao nam Ấn độ dƣơng đổ vào vịnh kín Ross Sea eo biển đông tây Nam cực Nguồn nƣớc lạnh chảy qua eo biển Ross Sea kích thích q trình đóng băng, hình thành lên lớp phủ băng hà hình thành lên khối nƣớc lạnh dƣới đáy đại dƣơng vào đầu Oligoxen Việc giảm nhiệt độ bề mặt đại dƣơng gây thay đổi đáng kể tập hợp động vật foraminifera trôi vùng vĩ độ cao mà đƣợc cho chúng đầu Oligoxen đặc trƣng tập hợp sinh vật ngày Sự biến đổi khí hậu vĩ độ cao trùng khớp với tuyệt chủng quy mô rộng vi cổ sinh trôi làm giảm tính đa dạng vùng vĩ độ trung bình thấp Sự thay đổi tạo tập hợp đa dạng sinh học đặc trƣng Oligoxen Ranh giới thang thời gian Eoxen-Oligoxen đánh dấu kiện phổ biến thực vật cạn Thảm thực vật thay đổi đáng kể vùng vĩ độ trung bình đến cao bắc bán cầu (Wolfe 1978) Những khu vực phát triển mạnh thảm thực vật xanh rộng khoảng thời gian ngắn bị thơn tính thảm thực vật rộng, rụng theo mùa sống điều kiện khí hậu ơn hòa với đa dạng sinh học thấp Sự kiện giảm nhiệt độ trung bình đáng kể xảy ~12-13oC 60o vĩ bắc Alaska ~10-11oC vĩ độ 45o bắc Thái bình dƣơng Bồn đại dương với đa dạng sinh học thấp Oligoxen Giai đoạn Oligoxen đƣợc đặc trƣng hàng loạt thay đổi lòng cổ đại dƣơng mà đóng vai trò chuyển hóa dòng tuần hồn tồn cầu từ giai đoạn Kreta-Eoxen sang mơ hình nhƣ ngày Trong giai đoạn xảy ba kiện sau: Phần phía tây biển cổ tethys gần nhƣ bị đóng kín hồn tồn trƣớc Oligoxen sớm từ làm hạn chế dòng hải lƣu Tethys phía tây hạn chế dòng hải lƣu xích đạo Châu Úc tiếp tục di chuyển phía bắc tách khỏi Nam cực làm kéo dài rìa lục địa, hình thành lên dãy Tasman, miền đất Victoria Nam cực Sự khởi đầu dòng hải lƣu quanh Nam cực thời điểm làm tách lục địa Nam cực phạm vi vành đai nƣớc lạnh Quá trình làm giảm hiệu truyền dẫn nhiệt từ xích đạo phía cực nhƣ làm tăng chênh lệch nhiệt độ vùng Eo biển Drake lục địa nam Mỹ Nam cực đƣợc mở Các chứng từ dị thƣờng từ cho thấy trình diễn suốt giai đoạn Oligoxen nhƣng khơng biết xác từ Phần lớn ý kiến cho eo biển Drake bắt đầu mở cách ~30 triệu năm Tuy nhiên số liệu đo đạc gần lại cho trình tách giãn xảy vào giai đoạn cuối Eoxen tới đầu Oligoxen Sự khác biệt đồng vị oxi Đại tây dƣơng Thái bình dƣơng giai đoạn cho thấy trình lƣu chuyển nƣớc dƣới đáy hai đại dƣơng không diễn thông qua eo biển Drake phần lớn thời gian Oligoxen Nƣớc dƣới sâu Đại tây dƣơng ấm so với nƣớc sâu 115 Thái bình dƣơng khoảng vài độ Do vậy, việc đóng kín eo biển Drake ngăn cản xâm nhiễm nƣớc lạnh vào Đại tây dƣơng Sự nguồi lạnh toàn cầu vào đầu Oligoxen gây tƣợng băng hà rộng rãi khắp Nam cực Vùng cận Nam cực có nhiệt độ bề mặt đại dƣơng hạ xuỗng đến mức ~7oC vào Oligoxen sớm gần với giá trị nhiệt độ bề mặt khu vực ngày Nhiệt độ bề mặt Nam cực gần nhiệt độ ngày nhƣng cao chút Nhiều số liệu cổ mơi trƣờng khắp giới cho thấy khí hậu tồn cầu tƣơng đối lạnh Tuy nhiên, với số liệu khó diễn giải cho việc chuyển tiếp nhiệt độ thấp Oligoxen thành lớp băng rộng lớn Nam cực khơng có chứng cụ thể tồn lƣợng lớn trầm tích băng hà Nam cực tận Oligoxen muộn Trên thực tế khơng dễ luận giải dựa số liệu có khơng có chứng rõ ràng khẳng định tồn lớp băng hà trƣớc Oligoxen Mặc dù đông đảo nhà khoa học cho tƣợng băng hà diễn rộng khắp bề mặt trái đất vào cuối Oligoxen chí Oligoxen Do thay đổi môi trƣờng sống diễn mạnh mẽ nên dẫn đến tác động không nhỏ tới phát triển nhóm động, thực vật trôi Các biến đổi cổ sinh đƣợc xác định rõ hầu nhƣ toàn giới đƣợc cho thời điểm biến đổi mạnh mẽ xảy ranh giới Eoxen-Oligoxen Giai đoạn Oligoxen danhd dấu phát triển quan trọng đông vật biển có xƣơng sống (Kennett 1978) hình thành nên dòng hải lƣu quanh Nam cực vào thời gian Các thành tạo trầm tích biển sâu hầu hết khu vực cho thấy nguồn cung cấp vật liệu sinh vật suốt Oligoxen thấp kết hạch silic nguồn gốc sinh vật bắt đầu đƣợc hình thành giai đoạn Tuy nhiên, phát triển cá voi Oligoxen phản ánh phát triển mức cao giới sinh vật nhiên đa dạng sinh thái thấp Hình 7-5 Mơ dòng tuần hồn nước mặt đại dương giai đoạn Oligoxen muộn (Haq 1981) Bồn đại dương Neogen Về hình thái đại dƣơng giai đoạn Mioxen không khác nhiều so với Sự hình thành dòng hải lƣu quanh Nam cực Oligoxen làm cách li dòng hải lƣu ấm khỏi dòng hải lƣu lạnh vùng cận nhiệt đới Sự phân tách thúc đẩy hoạt động băng hà mở rộng diện tích băng hà Nam cực Tuy nhiên đặc điểm cổ khí hậu trái đất Mioxen sớm lại có vể thay đổi hẳn với đặc điểm 116 bật khơng có tầng băng che phủ Bắc cực khối băng tồn trƣớc Nam cực khơng mở rộng thêm Q trình băng hà phát triển dòng dòng tuần hồn quanh Nam cực nguyên nhân dẫn đến mở rộng khối nƣớc hội tụ Nam cực Mioxen sớm Do mà thành tạo trầm tích nguồn gốc sinh vật chứa silic khu vực vĩ độ cao bắt đầu mở rộng phía bắc Tốc độ lắng đọng trầm tích giai đoạn tăng cao vùng vĩ độ cao Sự chênh lệch nhiệt độ vùng cực xích đạo tăng lên thúc đẩy phát triển cƣờng độ hoạt động dòng tuần hồn hải lƣu theo chiều thẳng đứng bề mặt Tuy vậy, hoạt động băng hà diễn vùng cực đƣợc minh chứng qua tồn thành tạo trầm tích băng hà tuổi Mioxen sớm lỗ khoan sâu đại dƣơng đông nam Thái bình dƣơng Mặc dù xu hƣớng chung tƣợng băng hà tiếp tục diễn nhƣng tồn khoảng thời gian nhiệt độ mặt đại dƣơng trở lên ấm nóng Hiện tƣợng làm giảm kích thƣớc cƣờng độ dòng tuần hồn tăng làm lƣợng CO2 thúc đẩy q trình hòa tan carbonat Với hàng loạt kiện xảy nhƣ hình thành dòng tuần hồn hải lƣu quanh Nam cực, suy giảm mạnh mẽ dòng tuần hoàn liên đại dƣơng vĩ độ thấp mở rộng khối băng Nam cực làm cho kỷ Neogen có khác biệt đặc trƣng so với kỷ Paleogen Việc hình thành lớp băng Nam cực bắt đầu xuất băng hà bắc bán cầu vào giai đoạn Plioxen muộn hai kiện mang tính định tiến hóa mơi trƣờng sống suốt Kainozoi Ngƣời ta xác dịnh đƣợc rằng, có ba kiện liên quan đến cổ đại dƣơng Neogen có ảnh hƣởng tới hình thành tiến hóa đại dƣơng đai, bao gồm: Tách giãn hình thành lên eo biển Drake cho phép dòng tuần hoàn nƣớc sâu hoạt động Cung đảo Iceland Greenland bị sụt lún cho phép dòng nƣớc lạnh Bắc cực trao đổi với Đại tây dƣơng đại dƣơng giới Sự thu hẹp liên tục cuối đóng kín biển cổ Tethsys liên kết châu Á châu Phi bắc nam Mỹ Những kiện làm thay đổi môi trƣờng sống, chế độ hải lƣu đại dƣơng mà làm thay đổi đặc điểm phân bố mức độ lắng đọng trầm tích bồn đại dƣơng Một đặc điểm bật đại dƣơng Neogen có tăng cao nguồn vật chất silic nguồn gốc sinh vật với tốc độ trầm tích tăng cao khu vực vĩ độ cao Nƣớc bề mặt Nam cực trở lên thuận lợi cho sản sinh vật liệu silic nguồn gốc sinh vật tốc độ lắng đọng bùn silic tăng lên Sự thay đổi tốc độ sản sinh vật liệu nguồn gốc sinh vật phụ thuộc nhiều vào q trình dao động khí hậu mà làm tăng cƣờng gió tây làm cho nƣớc bề mặt đại dƣơng di chuyển xa khỏi Nam cực Các thành tạo trầm tích chứa tảo diatom đƣợc lắng đọng gần với lục địa Nam cực sau đƣợc mở rộng dần phía bắc suốt Neogen tào thành tƣớng trầm tích sinh học tƣơng đồng Đã có hai giai đoạn tăng cƣờng mức độ sản sinh nguồn vật liệu silic nguồn gốc sinh học Nam cực suốt Neogen Một giai đoạn diễn ~22 triệu năm trƣớc (Đầu Mioxen) giai đoạn diễn ~5 triệu năm trở lại Các số liệu từ lỗ khoan sâu đại dƣơng cho thấy tốc độ trầm tích opal gian đoạn 8-5 triệu năm trƣớc tăng gấp lần vào cuối giai đoạn (1100 g/cm2/triệu năm) Tốc độ lắng đọng opal lại tăng tới 1240 g/cm2/triệu năm kể từ sau ~3 triệu năm trở lại sau giảm xuống 666 g/cm2/triệu năm ~3 triệu năm trƣớc Cùng với thay đổi cổ trầm tích đại dƣơng đƣợc đầu Neogen thay đổi 117 thƣờng xuyên hệ động thực vật biển Ranh giới chuyển tiếp Paleogen-Neogen đƣợc đánh dấu bồn đại dƣơng thay đổi sinh địa lý từ cực đến xích đạo tập hợp thể sống trôi Q trình bùng nổ tiến hóa sinh vật đƣợc diễn giai đoạn đầu Mioxen để thích nghi với điều kiện cổ đại dƣơng mới, đặc biệt giai đoạn Mioxen đánh dấu tăng cƣờng tiến hóa tập hợp radiolarian Sự thay đổi tập hợp tiến triển liên tục suốt Mioxen nhóm foraminifera trôi trở lên mạnh mẽ Neogen khắp đại dƣơng Ngƣợc lại biến lồi chim cánh cụt trƣớc mioxen sớm tăng mức độ đấu tranh sinh tồn bi tiêu diệt lồi cá voi tiến hóa mạnh mẽ vào đầu Mioxen Một giai đoạn quan trọng Mioxen đƣợc đánh dấu biến đổi khí hậu tồn cầu Trong tồn Nam cực bị băng che phủ giá trị đồng vị O18 tập hợp foraminifera vôi sống trôi bám đáy tăng đột biến Sự kiện băng hà Nam cực đƣợc minh chứng qua tồn rộng rãi thành tạo trầm tích băng hà xung quanh lục địa Bên cạnh đó, tƣợng baƣng hà làm giảm nhiệt độ dƣới đáy đại dƣơng (Giảm từ 5oC xuống 2oC) Xảy đồng thời với thay đổi đồng vị oxi trình thay số lồi sinh vật hình thành từ giai đoạn Oligoxen sớm Hình 7-6 Mơ hình thái Nam cực Sự thay đổi quần thể dòng hải lưu đáy đại dương giai đoạn foraminifera sống bám đáy chuyển tiếp Paleogen-Neogen (Kennett 1978) cách nhanh chóng tƣợng quần thể thƣờng thay đổi cách từ từ Bên cạnh số lƣợng gián đoạn thời gian tồn sinh vật bám đáy tăng lên nhanh chóng Mioxen (~15 triệu năm trƣớc) hoạt động bào mòn đáy dòng hải lƣu lạnh dƣới sâu Q trình băng hà Nam cực nguội lạnh tồn cầu nguyên nhân gây thay đổi thảm thực vật cạn diện rộng Cây nhiệt đới đông Phi bị thay thảm thực vật khơ cằn khí hậu khơ lạnh Động vật có vú tiến hóa để thích nghi với thay đổi mơi trƣờng Kể từ sau Mioxen giữa, khí hậu hồn cầu lạnh dần với bao phủ rộng khắp khối băng bề mặt Nam cực Kèm theo thay đổi đồng vị oxi diện tích phủ băng thành tạo trầm tích băng hà ngày mở rộng phía bắc vào cuối Mioxen số tài liệu không ghi nhận rõ ràng điều (Keigwin 1979) Giai đoạn hậu Mioxen đánh dấu thời kỳ lắng đọng nhanh chóng trầm tích nguồn gốc sinh vật chứa silic ngày lan rộng phía bắc Vào cuối Mioxen, loạt chứng khoa học cho thất dòng hải lƣu tăng cƣờng có chênh lệch nhiệt độ lớn vùng cực xích đạo làm tăng tốc độ dòng chảy hình thành lên dòng trồi (upwelling) Kết nguồn trầm tích 118 sinh học chứa silic khu vực quanh xích đạo phổ biến Ngồi thành tạo trầm tích carbonat photphat Indonesia, New Zealand, … trở lên phong phú có hoạt động dòng trồi Cũng tƣợng băng hà phát triển mạnh Nam cực nguội lạnh toàn cầu mà lực nƣớc biển vào cuối Mioxen hạ thấy đánh dấu chu lỳ biển thoái toàn cầu Hiện tƣợng gây kiện địa chất đáng lƣu tâm suốt Kainozoi tách biệt Địa trung hải khỏi bồn đại dƣơng Trong suốt giai đoạn này, Địa trung hải bị biến đổi thành loạt môi trƣờng hồ, đầm lầy lục địa quy mô lớn Lƣợng nƣớc bốc mạnh làm cho hồ lắng đọng tập trầm tích muối dày nhƣ thạch cao, muối mỏ số loại khác Tóm lại, giai đoạn Mioxen muộn đƣợc đánh dấu ba kiện quan trọng sau: Tỷ lệ đồng vị 13C/12C thay đổi gần nhƣ đồng thời với giai đoạn bắt đầu q trình nguội lạnh tồn cầu Chu kỳ biển thối diễn Địa trung hải bị cô lập làm cho hàm lƣợng muối tăng đột biến Tất kiến biến đổi kết thúc ~5 triệu năm trƣớc – thời điểm bắt đầu gian đoạn Plioxen mà Địa trung hải lại bị nhấn chìm xuống đại dƣơng lần chuyển từ môi trƣờng hồ/đầm lầy sang mơi trƣờng biển bình thƣờng với đặc trƣng trầm tích carbonat nguồn gốc sinh vật lớp trầm tích sét biển sâu Vào đầu Pliocen, điều kiện môi trƣờng đại dƣơng Nam cực gần giống với môi trƣờng sống kỷ Đệ tứ trình mở rộng lớp băng chậm dần lại so với thời kỳ Mioxen Các chứng địa chất thể tích khối băng Nam cực giảm rõ rệt sau thời kỳ băng hà cực thịnh trƣớc ~4,2 triệu năm Việc phân bố phổ biến trầm tích băng hà Plioxen giới hạn phần phía nam củng cố cho nhận định thu hẹp vùng đóng băng Plioxen Các vi cổ sinh có thành phần vơi khơng tồn nƣớc biển Nam cực kết hạch coccolith dừng phát triển Trái ngƣợc với hai đối tƣợng này, nhóm vi cổ sinh chứa silic lại phát triển mạnh tảo radiolaria bắt đầu tiến hóa mạnh mẽ đầu Plioxen mà đặc biệt lần xuất lồi Antarctissa mà tồn đến tận ngày Khoảng triệu năm trở lại đây, môi trƣờng trái đất đánh dấu kiện địa chất quan trọng Plioxen hình thành lớp phủ băng bắc bán cầu Rõ ràng tƣợng băng hà bắc bán cầu xảy muộn nhiều so với nam bán cầu phản ánh ngƣỡng giới hạn nhiệt độ trái đất thời kỳ Bằng chứng khoa học có sức thuyết phục cho tồn băng hà bắc bán cầu Plioxen muộn hàm lƣợng đồng vị oxi cách ~3,2 triệu năm đổi khoảng 0,4‰ trùng khớp với tuổi thành tạo trầm tích băng hà gặp lỗ khoan bắc cực vết lộ Nevada,Iceland,… Trên thực tế, khó giải thích cho hình thành băng hà bắc bán cầu cách đột ngột Plioxen muộn lại xảy muộn so với nam bán cầu Nhƣng giả thiết cho hợp lý hình thành băng hà bắc bán cầu vào cuối Plioxen có liên quan tới chuyển động kiến tạo mạnh mẽ hình thành lên dãy núi lục địa làm thay đổi hƣớng gió thổi nhƣ làm thay đổi dòng tuần hồn đại dƣơng đóng kín eo biển trung Mỹ Sự kiện băng hà cuối kỷ Đệ tứ 119 Mặc dù tƣợng băng hà bắc bán cầu xảy vào giai đoạn Mioxen muộn nhƣng thay đổi khí hậu mang tính định lại diễn sau Trái đất trải qua q trình dao động cổ khí hậu đan xen thời kỳ băng hà tan băng phía bắc Plioxen thay Đệ tứ Ranh giới thời gian phân chia Plioxen-Pleistoxen đƣợc xác định dựa tập địa tầng đƣợc định tuổi cách 1,6 triệu năm (một số tài liệu lấy mốc 1,8 triệu năm) Kỷ Đệ tứ đƣợc đánh dấu thời kỳ khí hậu khắc nghiệt diễn diện rộng bắc bán cầu Các số liệu cổ sinh đồng vị oxi khác biệt kỷ Đệ tứ kỷ Đệ tam phát triển mạnh mẽ rộng khắp băng hà bắc bán cầu Nam cực Cac số liệu thu thập từ cổ sinh địa hóa đồng vị cho thấy q trình băng hà khơng diễn liên tục mà có đan xen thời kỳ băng hà tan băng Nhìn chung khí hậu trái đất đại dƣơng đặc trƣng cho chế độ băng hà với 90% thời gian tích tích lớn Hình 7-7 Đường cong biến đổi khí hậu vào cuối châu lục bị phủ băng đại Pleistoxen (Kennett & Huddlestun (1972) dƣơng có nhiệt độ thấp nên kỷ Đệ tứ đƣợc gọi kỷ Băng hà Sự dao động khí hậu mang tính chu kỳ làm phá hủy phần lớn khối băng bắc bán cầu suốt giai đoạn ấm nóng mức độ phá hủy Nam cực lại không đƣợc xác định rõ ràng Hơn nữa, tƣợng băng hà tăng cƣờng Đệ tứ kích thích dòng hải lƣu theo chiều đứng mặt đại dƣơng Điều kiện cổ môi trƣờng giai kỷ Đệ tứ đƣợc đánh dấu đặc điểm sau: Có khoảng 30 chu kỳ băng phà phát triển vùng vĩ độ cao trung bình bắc bán cầu Những chu kỳ thời tiết làm thay đổi đáng kể hệ động thực vật cạn dƣới đại dƣơng thay đổi nhiệt độ nƣớc biển dòng hải lƣu Các chu kỳ biến đổi khí hậu Đệ tứ làm cho ranh giới đới khí hậu bị dịch chuyển tới 20-30 độ vĩ 120 Làm thay đổi dòng tuần hồn đại dƣơng quy mơ lớn Biên độ dao động mực nƣớc biển đạt khoảng 100 mét Vận chuyển lƣợng lớn trầm tích lục nguyên bồn đại dƣơng mực nƣớc biển hạ thấp bào mòn băng hà Có dao động đáng kể mức sản xuất nguồn vật chất sinh học đại dƣơng khả cung cấp nguồn trầm tích sinh vật cho mơi trƣờng biển sâu nhƣ hòa tan trâm tích bồn đại dƣơng Tƣơng tự nguồn trầm tích lục nguyên đƣợc tăng cƣờng, phần số đƣợc vận chuyển từ lục địa khô lạnh biển tác dụng vận chuyển gió tăng cƣờng Có tiến hóa mạnh mẽ động vật cao cấp nhƣ vƣợn ngƣời Homo sapiens nhiều loài khác liên quan Mặc dù việc luận giải chế nguyên nhân dẫn đến dao động thời tieetstheo chu kỳ suốt kỷ Đệ tứ chƣa đƣợc rõ ràng nhƣng thay đổi dẫn đến loạt thay đổi lớn biển đại dƣơng nhƣ thay đổi dòng hải lƣu, thay đổi thành phần hóa học nƣớc biển, thay đổi q trình trầm tích hòa tan carbonat silic nguồn gốc sinh vật, thay đổi mực nƣớc biển, nguồn trầm tích học sinh học đại dƣơng,… Câu hỏi ôn tập Khái niệm, nhiệm vụ đối tƣợng nghiên cứu Hải dƣơng học? Phân biệt cổ Hải dƣơng học Hải dƣơng học đại? Mối tƣơng tác đa chiều hoạt động giới sinh vật đại dƣơng với biến đổi cổ khí hậu q trình trầm tích? Những đặc điểm đại dƣơng Paleozoi? Những đặc điểm đại dƣơng Mezozoi? Những đặc điểm đại dƣơng Kainozoi? Các kiện tuyệt chủng lịch sử phát triển trái đất? Mối quan hệ dịch chuyển mảng kiến tạo với hình thành dòng hải lƣu băng hà Bắc Nam cực? Trái đất ngày địa hình lục địa bị bóc mòn xuống thấp gần bề mặt đại dƣơng bồn đại dƣơng đƣợc lấp đầy trầm tích bóc mòn từ lục địa mang ra? 10 Con ngƣời sinh sống dƣới đáy đại dƣơng? 121 ... vực nghiên cứu địa chất biển đạt đƣợc năm vừa qua ý nghĩa chúng việc nghiên cứu địa chất học nói chung? Xu phát triển địa chất biển nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng tƣơng lai? Các phƣơng pháp nghiên. .. thống địa hóa Các nhà địa chất biển đối tƣợng khác với nhà khoa học nghiên cứu địa vật lý biển chỗ địa chất biển thƣờng quan tâm nghiên cứu đá q trình trầm tích dƣới đáy đại dƣơng Mặt khác, nhà địa. .. hành nghiên cứu biển đại dƣơng 1.2 Nhiệm vụ đối tƣợng nghiên cứu Địa chất biển Địa chất biển đƣợc biết đến với đặc tính lịch sử thuộc phần trái đất mà đƣợc bao phủ nƣớc biển Vai trò quan trọng địa