Hóa thạch động vật trong trầm tích hang động thƣờng đƣợc tìm thấy trong trầm tích trên vách hang hoặc nền hang của các hang động ở núi đá vôi. Phần lớn các mảnh xƣơng và phần chân của răng rời có dấu vết răng của thú gặm nhấm, nhƣng cũng có trƣờng hợp hiếm thấy tìm đƣợc xƣơng còn khá nguyên vẹn. Giải thích cho sự có mặt của các hóa thạch trong hang, Vũ Thế Long [24] đã đƣa ra một số khả năng về nguồn gốc hóa thạch gồm:
Do ngẫu nhiên, con vật bị rơi vào bẫy tự nhiên và chết trong đó. Do con vật sống ở hang và chết tại chỗ.
Do các loài vật khác tha từ ngoài vào nhƣ tha vào để ăn thịt với trƣờng hợp các thú ăn thịt tha mồi về hang, hoặc tha xƣơng vào để gặm nhƣ ở thú gặm nhấm.
Do con ngƣời đem vào hang để ăn thịt và bỏ xƣơng lại.
Mô ̣t khả năng nƣ̃a là các hóa thạch đƣợc nƣớc cuốn trôi và trầm đọng lại trong hang. Ở một số di chỉ mới phát hiện nhƣ hang Mã Tuyển [32] và hang Cốc Mƣời [10] thì giả thuyết nguồn hóa thạch do nƣớc cuốn vào là phù hợp vì trầm tích tìm thấy hóa thạch ở sâu trong hang và ở vị trí ở các hốc đá là nơi mà trầm tích sẽ bị đọng lại khi có dòng chảy trong hang.
Về đặc trƣng các trầm tích, nhìn chung trầm tích thế Pleistocene trong hang động thƣờng là đất sét vôi, khá rắn chắc. Màu sắc và độ cứng chắc trầm tích thƣờng đƣợc coi là tiêu chí cảm quan để phân chia bƣớc đầu cho các giai đoạn hình thành sớm, muộn. Trầm tích giai đoạn Pleistocene sớm là rắn chắc, màu đỏ và thƣờng ở các hang cao. Trầm tích Pleistocene giữa khá rắn chắc, màu nâu hoặc nâu đỏ, hang
20
không cao lắm. Trầm tích Pleistocene muộn thƣờng tìm thấy ở hang thấp, có màu vàng, tƣơng đối mềm hơn. Thông thƣờng trầm tích Pleistocene sớm gặp ở các hang ở cao độ hơn so với hang có chứa trầm tích giai đoạn muộn hơn [26].
1.4. Đặc điểm địa hình và khí hậu khu vực Đông Nam Á trong thế Pleistocene
Thế Pleistocene (thế Cánh Tân), theo cách phân chia trƣớc đây thì bắt đầu vào khoảng 1.600.000 năm tới khoảng 10.000 năm cách ngày nay. Giai đoạn Cánh tân sớm (Early Pleistocene) là từ khi bắt đầu thế tới khoảng 700.000 năm BP. Giai đoạn Cánh tân giữa (Middle Pleistocene) là từ 700.000 năm BP. tới 125.000 năm BP. Giai đoạn Cánh tân muộn (Late Pleistocene) là từ 125.000 năm BP. tới khoảng 10.000 năm BP.. Tuy nhiên theo thang niên đại đia chất mới quốc tế do Ủy ban quốc tế về địa tầng học ICS đề xuất và công bố năm 2009, mốc thời gian cho thế Pleistocen đƣợc mở rộng bao gồm cả tầng Gelassian, tính từ khoảng 2.580.000 năm tới 13.700 năm trƣớc ngày nay (hình 1.8) [42].
Thế Pleistocene đƣợc sử dụng để chỉ thời kỳ gần đây nhất của các chu kỳ băng giá lặp đi lặp lại. Đặc điểm khí hậu thay đổi khắc nghiệt đó đã ảnh hƣởng rất lớn tới quần động thực vật trên toàn thế giới. Với mỗi đợt gia tăng của băng giá, các khu vực lục địa có sự thay đổi lớn về diện tích do băng giá bao phủ, quần động thực vật chịu áp lực lớn do các vùng băng giá mở rộng tới gần xích đạo. Tuy mực nƣớc biển hạ thấp có thể mở rộng một phần khu vực ven biển, nhƣng ở mức độ toàn cầu sẽ làm giảm không gian sinh sống và co hẹp nguồn cung cấp thức ăn. Theo các chu kỳ băng giá, khu vực Đông Nam Á mặc dù không bị băng che phủ nhƣng lại có những thay đổi mạnh mẽ cả về diện tích đất liền, cảnh quan khí hậu và sinh vật. Đã có rất nhiều nghiên cứu về ảnh hƣởng của mực nƣớc biển tới lục địa Đông Nam Á. Các vết tích của các đợt biển tiến là các bề mặt thềm mài mòn của biển trên các loại đá gốc khác nhau ở nhiều cao độ khác nhau thể hiện nhiều đợt biển tiến, độ cao nhất lên tới +80m đến +120m, nhƣ vậy tùy theo địa hình từng vùng, đƣờng bờ biển trong các giai đoạn biển tiến có thể rất sâu vào đất liền so với hiện tại. Tƣơng ứng với các pha băng hà là biển lùi, đƣờng bờ biển cổ tùy theo mực nƣớc biển rút xuống có thể
21
ra rất xa so với bờ biển hiện tại, hình thành các cầu nối các vùng hải đảo với lục địa. Theo Harold K. Voris (Harold K. Voris 2000) [40] trong giai đoạn Late Pleistocene giai đoạn mực nƣớc biển thấp nhất khoảng 120m dƣới mực nƣớc biển hiện tại chỉ tồn tại một khoảng thời gian ngắn, nhƣng thời gian lục địa có mực nƣớc biển từ khoảng 50m dƣới mực nƣớc biển hiện nay chiếm tới 40% trong tổng thời gian 250,000 năm qua (Hình 1.9).
22
Hình 1.9. Bản đồ các bờ biển ở mức -50m và -120m so với mực nước biển hiện tại và hệ thống sông ở Đông Nam Á trong thế Pleistocene [40].
Các thay đổi lớn về địa hình, khí hậu đó trong thế Pleistocene đã tác động rất lớn tới sự phân bố, di cƣ, tuyệt chủng của nhiều loài động vật ở khu vực từ Nam Trung Quốc, Việt Nam tới bán đảo và các đảo ở Đông Nam Á. Điều này tạo cho
23
khu vực Đông Nam Á một vị trí trọng yếu trong nghiên cứu biến động của môi trƣờng ảnh hƣởng tới sự tuyệt diệt của nhiều loài thú lớn trong thế Pleistocene. Khu vực Bắc Việt Nam cũng là một trong số ít các địa điểm trên thế giới đã phát hiện dấu tích của các dạng ngƣời sớm nhƣ các răng rời của ngƣời vƣợn Homo erectus ở Thẩm Khuyên, Thẩm Hai và nhiều di cốt ngƣời hiện đại Homo sapiens ở nhiều di chỉ cổ sinh tới thời đại đá, đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu lịch sử phát sinh, phát tán của loài ngƣời.
1.5. Vấn đề định niên đại cho các di chỉ cổ sinh thuộc thế Pleistocene
Để định niên đại cho một di chỉ hoặc quần cƣ động vật, các nhà khoa học cần dựa trên nhiều tiêu chí, liên ngành để có thể đƣa ra nhận định xác đáng về niên đại cho di tích hoặc từng giai đoạn thành tạo của di tích. Trong quá trình khai quật cần có sự phối hợp với các nhà cổ sinh học, địa chất học, khảo cổ học... để xác định thành trình tự hình thành các lớp trầm tích trong hang, phân tích quá trình hình thành trầm tích tự nhiên, các dấu vết can thiệp của con ngƣời trong di chỉ... Để kiểm chứng cũng cần thực hiện các đo đạc định lƣợng tin cậy nhƣ định tuổi các lớp trầm tích.
Tùy theo điều kiện cụ thể cho phép, có thể sử dụng nhiều phƣơng pháp để đoán định, xác định niên đại cho mỗi di chỉ. Định niên đại trực tiếp là sử dụng trực tiếp một phần hiện vật nghiên cứu để phân tích tuổi. Phƣơng pháp này gây tổn hại mẫu vật vì vậy thƣờng rất ít đƣợc sử dụng. Định niên đại gián tiếp, nghĩa là sử dụng các di vật khác có khả năng phân tích tuổi hình thành nằm trong cùng lớp thành tạo với hiện vật nghiên cứu. Ví dụ nhƣ sử dụng các mẫu than, bào tử phấn hoa có nguồn gốc thực vật, mẫu xƣơng, răng cùng lớp ít có giá trị nghiên cứu, hoặc các phƣơng pháp đo đạc có thể xác định tuổi thành tạo lớp trầm tích chứa hóa thạch. Phƣơng pháp gián tiếp dù không cho kết quả xác định tuổi của mẫu vật nghiên cứu nhƣng lại có lợi thế so sánh chung cho một giai đoạn thành tạo dài, hơn nữa có thể sử dụng nhiều cách để so sánh kiểm định. Phƣơng pháp so sánh đối chiếu là so sánh
24
di chỉ nghiên cứu với một hệ thống các di chỉ đã có niên đại với những đặc trƣng về quần cƣ động vật, trầm tích, từ đó ƣớc lƣợng khoảng thời gian tồn tại cho di chỉ.
Về niên đại của các quần cƣ động vật hóa thạch thì chƣa có nhiều niên đại tuyệt đối cho các hóa thạch động vật hang động. Việc liên hệ giữa địa tầng, trầm tích hang với địa tầng và trầm tích ở ngoài hang cũng chƣa đƣợc thực hiện nên việc định niên đại cho các hóa thạch cũng còn nhiều ý kiến khác nhau.
Do nhiều lý do cả về kĩ thuật cũng nhƣ các điều kiện thực tế tại thời điểm khai quật, hầu hết các di chỉ cổ sinh đƣợc xếp vào thế Pleistocene ở Bắc Việt Nam đƣợc khai quật từ trƣớc năm 2000 mới chỉ đƣợc ƣớc lƣợng niên đại dựa trên các so sánh về đặc điểm trầm tích, quần cƣ động vật nói chung hoặc chƣa có niên đại tuyệt đối thuyết phục. Dẫn tới các nhận xét so sánh, phân định quần cƣ động vật chỉ ở mức đánh giá chung cho cả một thế Pleistocene vốn có rất nhiều những biến động cả về môi trƣờng địa chất, khí hậu và sinh vật. Tất nhiên các so sánh tƣơng đồng về quần cƣ động vật cũng có ý nghĩa đặc biệt để đoán định niên đại cho di chỉ hoặc quần cƣ động vật ở di chỉ.Phƣơng pháp dựa vào cổ sinh và để xác định tuổi của địa tầng chính là một trong những khả năng quan trọng của môn cổ sinh vật học. Sau này mới phát triển các phƣơng pháp định tuổi tuyệt đối cho các tầng trầm tích và tuổi tuyệt đối cho hóa thạch. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các niên đại tuyệt đối cho mẫu vật hoặc tầng trầm tích có ý nghĩa đặc biệt lớn trong việc xác định niên đại cũng nhƣ nghiên cứu di chỉ, ví dụ nhƣ sự khác biệt giữa các giai đoạn của di chỉ, hoặc đặt di chỉ trong bối cảnh rộng hơn về địa động vật học. Cũng có một số di chỉ có sự chuyển tiếp cuối Pleistocene và đầu Holocene với sự có mặt của quần cƣ động vật cổ ở lớp địa tầng dƣới cùng, phía trên là các lớp văn hóa thời kỳ đồ đá đã đƣợc ghi nhận và sử dụng phƣơng pháp định niên đại C14
cho mẫu than ở các lớp văn hóa đồ đá cho tuổi khoảng trên dƣới 20.000 năm BP nhƣ ở Mái đá Ngƣờm, Mái đá Điều. Tuy nhiên phƣơng pháp định niên đại C14
bị giới hạn trong khoảng vài chục nghìn năm, hiện tại không thực hiện đƣợc đối với các mẫu trong di tích cổ sinh có niên đại lâu hơn rất nhiều.
25
Một khoảng thời gian dài trƣớc đây, các nhà khoa học thƣờng dựa vào các quần cƣ động vật vùng Hoa Nam Trung Quốc để đoán định niên đại cho quần cƣ động vật hóa thạch ở Việt Nam: Niên đại Pleistocene sớm là quần cƣ động vật chứa Vƣợn khổng lồ (Gigantopithecus) và một số loài động vật cổ khác nhƣ Voi cổ
(Stegodon preorientalis), Voi cổ (Trilophodon), Gấu mèo nhỏ (Ailuropoda microta
Pei) và Ngựa Vân Nam (Equus yunnanensis Colbert). Sự phân biệt giữa quần cƣ động vật Pleistocene sớm và giữa không rõ rệt lắm, chỉ vắng mặt các yếu tố cổ nhƣ kể trên. Còn sự khác biệt giữa quần cƣ động vật Pleistocene giữa và muộn thì đƣợc đánh dấu bởi sự xuất hiện loại hình Ngƣời khôn ngoan hóa thạch (Homo sapiens) ở Pleistocene muộn, quần cƣ động vật Pleistocene giữa có hóa thạch Ngƣời vƣợn (Homo erectus).
Khi xem xét các yếu tố sớm, muộn trong các quần cƣ động vật ở Việt Nam, Vũ Thế Long đã đƣa ra quan điểm về cách định niên đại áp dụng hệ phân chia của vùng Quảng Tây Trung Quốc cần đƣợc xem xét và cân nhắc lại. Vì Bắc Việt Nam nằm ở gần xích đạo hơn so với Nam Trung Hoa, hơn nữa địa hình, môi trƣờng cổ cũng có thể có điểm khác với vùng Quảng Tây. Do vậy sự tồn tại dai dẳng hơn hay quá trình tuyệt diệt, di cƣ của một số động vật ở Bắc Việt Nam có thể là không giống vùng Nam Trung Hoa. Để tìm hiểu tính chất, niên đại các hóa thạch Pleistocene muộn ở Bắc Việt Nam, Vũ Thế Long và cộng sự đã dùng phƣơng pháp so sánh giữa các hóa thạch trong hang Làng Tráng với các hóa thạch đã sƣu tập tại hang Padang (đảo Sumatra Indonesia, khai quật năm 1988) và hang Punung (đảo Java Indonesia, khai quật năm 1934-37), hai quần cƣ động vật có niên đại xác định bằng phƣơng pháp Aspatic acid racemization là khoảng 80.000 năm trƣớc; và hang Niad (Malaysia) trong tầng có niên đại 50.000 năm trƣớc. Kết quả đối sánh cho thấy những hóa thạch đƣợc xếp vào Pleistocene muộn ở Bắc Việt Nam mà điển hình là quần cƣ động vật hang Làng Tráng có hình thái và kích thƣớc hoàn toàn tƣơng đồng. Từ đó suy ra rằng cuối Pleistocene vào giai đoạn biển lùi, Đông nam á hải đảo và Đông nam á lục địa đƣợc nối liền ở nhiều nơi, hệ động vật trong cả khu vực
26
tƣơng đối đồng nhất. Quần cƣ động vật hang Làng Tráng có niên đại tƣơng đƣơng nghĩa là khoảng 50.000 đến 80.000 năm cách ngày nay [24,43].
Cho tới nay, chỉ một số ít di chỉ cổ sinh ở Việt Nam đƣợc sử dụng các phƣơng pháp phù hợp xác định niên đại tuyệt đối cho trầm tích hoặc hiện vật đƣợc công bố.
Năm 1996, Ciochon và nhóm nghiên cứu đã công bố niên đại tuyệt đối của trầm tích và hóa thạch ở di chỉ Thẩm Khuyên (Lạng Sơn), di chỉ đầu tiên và duy nhất ở nƣớc ta ghi nhận có sự xuất hiện răng Ngƣời vƣợn Homo erectus và Vƣợn khổng lồ Giganthopitecus blacki. Niên đại bằng phƣơng pháp ESR (Electron spin resonance) đã cho kết quả quần cƣ động vật hóa thạch ở đây có niên đại khoảng 475.000±125.000 năm BP. Kết quả nghiên cứu này là minh chứng quan trọng cho sự đồng thời tồn tại của hai loài Ngƣời vƣợn Homo erectus và Vƣợn khổng lồ
Giganthopitecus blacki trong giai đoạn Pleistocene sớm và Pleistocene giữa ở Đông Á [44].Trong các công bố về kết quả khai quật lần thứ hai hang Ma Ƣơi (Hòa Bình), các tác giả cũng đã đƣa ra giới hạn niên đại tối thiểu cho các quần cƣ động vật tƣơng ứng với các lớp trầm tích đƣợc xác định niên đại bằng phƣơng pháp U/Th dating. Quần cƣ động vật thứ nhất là nhóm thú lớn nhƣ nai, hoẵng, tê giác, khỉ, chó sói, voi cổ, lợn và cả răng ngƣời cổ đƣợc tìm thấy ở trong trầm tích bám vách và trên nền hang, lớp trầm tích này có niên đại 49.000±4.000 năm BP.. Quần cƣ động vật thứ hai là các xƣơng răng thú nhỏ đƣợc tìm thấy trong trầm tích trên trần hang gồm các nhóm khỉ (Primates), thú gặm nhấm (Rodents), thú ăn côn trùng (Insectivores), dơi (Chiropters), bò sát nhỏ và lƣỡng cƣ, tuy vẫn có vài răng của hoẵng ở trong sƣu tập này. Lớp trầm tích ở trần hang có niên đại 193.000±17.000 năm BP. tƣơng ứng thuộc giai đoạn Pleistocene giữa [36].
Năm 2008, Anne-Marie Bacon và nhóm nghiên cứu đã công bố kết quả nghiên cứu hang Đƣời Ƣơi (Hòa Bình), với trầm tích chứa các răng rời của các nhóm thú có kích thƣớc trung bình tới kích thƣớc lớn (Artiodactyla, Perissodactyla, Proboscidea, Carnivora, Rodentia, Primates), đặc trƣng cho giai đoạn Pleistocene muộn. Niên đại tuyệt đối của lớp trầm tích chứa hóa thạch tối thiểu là 66.000±3.000
27
năm BP. bằng phƣơng pháp xác định niên đại 230Th/234U/238U. Vì vậy quần cƣ động vật Đƣời Ƣơi là quần cƣ động vật hiện đại đƣợc định niên đại sớm nhất ở Đông nam Á lục địa [37].
Vài năm gần đây Viện Khảo cổ học đang phối hợp với các nhà khoa học từ Pháp và Úc, tiến hành khảo sát, lấy mẫu, đo đạc tại hầu hết các di chỉ cổ sinh đã khai quật để có một hệ thống các niên đại cùng phƣơng pháp cho các di chỉ cổ sinh. Các mẫu đang trong quá trình phân tích, các số liệu chƣa đƣợc công bố.
28
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Phƣơng pháp khai quật, xử lý mẫu vật
Quá trình khai quật đƣợc thực hiện theo nguyên tắc khai quật khảo cổ học. Di chỉ hang Đá Đen đƣợc phân ô theo mặt bằng và cả theo mặt cắt do ở di chỉ này khối trầm tích chứa hóa thạch nằm trong hốc đá ở vách hang. Lập các bản vẽ mặt cắt, mặt bằng hang, khu vực khai quật, các bản vẽ chi tiết các lớp trầm tích, hiện vật... Quá trình khai quật đƣợc chụp ảnh toàn bộ để nghi nhận mọi hiện tƣợng, vị trí của các hiện vật đặc biệt. Tiến hành khai quật theo các lớp, ô. Các khối trầm tích