Hang Đá Đen thuộc thôn 2 Thống Nhất, xã Yên Phú, huyện Hàm Yên, tỉnh Tuyên Quang. Hang thuộc dãy núi đá vôi Đá Đen, có diện tích khoảng hơn 20m2, cửa hang hƣớng Bắc lệch Tây 10o, nằm cao hơn mặt thung lũng khoảng 8m. Hang nằm đối diện với Động Tiên - một danh thắng du lịch nổi tiếng trong vùng, cách trục đƣờng quốc lộ số 2 khoảng 300m, cách thành phố Tuyên Quang hơn 50km về phía Bắc. Tọa độ 22o
08'35,4"N và 104o58'44,2"E.
Về điều kiện địa hình, huyện Hàm Yên là vùng đồi núi thấp, rải rác những mạch đá vôi chạy dài xen giữa những dải thung lũng bằng phẳng hẹp,có nhiều khe lạch nhỏ xen giữa các khe núi tập trung thành các con suối lớn ở vùng thung lũng rộng rồi đổ vào hệ thống sông Lô. Cách hang khoảng 800m hiện nay còn một dòng suối khá lớn chảy vòng quanh các núi đá vôi đổ vào sông Lô ở phía đông bắc hang. Về điều kiện khí hậu, huyện nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, chịu ảnh hƣởng của lục địa Bắc Á Trung Hoa, có hai mùa rõ rệt, mùa đông lạnh khô hạn và mùa hè nóng ẩm mƣa nhiều. Không khí có độ ẩm cao bình quân 85%. Nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 22-24oC, cao nhất trung bình 33-35oC, thấp nhất trung bình 12-13oC. Lƣợng mƣa hàng năm khá lớn từ 1500-1700mm, tập trung vào mùa hè và kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10. Do đặc điểm địa hình có các đồng bằng thung lũng ven sông, sông dốc và hẹp cộng với sự bao bọc bởi những ngọn núi cao nên mùa mƣa thƣờng xảy ra lốc mạnh và lũ quét.
Về đặc điểm hệ sinh vật hiện đại quanh khu vực di chỉ có thể nhận xét sơ lƣợc dựa trên kết quả điều tra của các nhà khoa học tại khu bảo tồn thiên nhiên Chạm Chu rất gần khu vực hang Đá Đen. Khu bảo tồn Chạm Chu là nơi phân bố đa dạng thực vật và là nơi hiện diện nhiều kiểu rừng, từ rừng kín thƣờng xanh nhiệt đới núi thấp đến rừng kín thƣờng xanh nhiệt đới núi cao. Theo số liệu thống kê chƣa đầy đủ, thành phần loài thực vật có mạch khoảng 1500-2000 loài; động vật ghi nhận đƣợc 45 loài thú, 127 loài chim, 38 loài bò sát và 15 loài lƣỡng cƣ, trong đó nhiều
42
loài có tên trong sách đỏ Việt Nam và thế giới đang đứng trƣớc nguy cơ tuyệt chủng. Về nhóm thú lớn, điều tra ban đầu của khu bảo tồn có chồn dơi, culi, khỉ mặt đỏ, khỉ đuôi lợn, voọc đen má trắng, gấu chó, gấu ngựa, báo lửa, cầy vòi bắc, sơn dƣơng, chồn bay…
Hình 3.1. Ảnh vệ tinh vị trí hang Đá Đen và địa hình xung quanh (google earth)
Hình 3.2. Toàn cảnh thung lũng trước hang và cửa hang Đá Đen
Ω Ω
43
Hình 3.3. Vị trí hang Đá Đen trên bản đồ (sửa từ Tập bản đồ hành chính Việt Nam, 2005)
Hang Đá Đen, thôn 2 Yên Phú, Hàm Yên, Tuyen Quang
44
Hang Đá Đen đƣợc phát hiện trong đợt điều tra khảo sát khảo cổ học ở huyện Hàm Yên tháng 5 năm 2004. Đoàn khảo sát gồm Trình Năng Chung, Vũ Thế Long, Nguyễn Hữu Thiết (Viện Khảo cổ học), Nguyễn Hữu Thọ, Nguyễn Công Tiến (Bảo tàng tỉnh Tuyên Quang) và các cán bộ trung tâm văn hóa thể thao huyện Hàm Yên
[3]. Hóa thạch động vật tìm thấy trong khối trầm tích dày 1,2m, trữ lƣợng ƣớc chừng 10m3, đƣợc tạo thành trên vách hang. Do khối trầm tích có màu nâu đen, ngƣời cho rằng đó là có quặng Mangan. Tháng 7 năm 2005, cán bộ Bảo tàng Tuyên Quang phát hiện di tích bị xâm hại do ngƣời dân đã phá dỡ lấy phần lớn khối trầm tích vách hang để khai thác quặng. Rất may Bảo tàng và chính quyền địa phƣơng đã đình chỉ việc vi phạm này và thu giữ toàn bộ số trầm tích đã lấy ra [4].
Tháng 9 năm 2005, Viện Khảo cổ học đã phối hợp cùng Bảo tàng tỉnh Tuyên Quang tiến hành khai quật chữa cháy hang Đá Đen. Nhóm nghiên cứu gồm Vũ Thế Long, Trình Năng Chung (Viện Khảo cổ học), Quan Văn Dũng, Nguyễn Công Tiến, Đỗ Đình Tuân (Bảo tàng tỉnh Tuyên Quang). Đoàn đã tiến hành chia ô cho khu vực nền và vách hang, khai quật một số trầm tích trên vách hang và mở một hố khai quật trên nền hang rộng 15m2 (3x5m), sâu trung bình 1,1m, chiều dài của hố khai quật phủ gần hết nền hang. Kết quả cho thấy trong hố khai quật chỉ tìm thấy một số ít mảnh sành, sứ và một vài mảnh hóa thạch ở gần bề mặt thuộc lớp đất bị xáo trộn. Các hóa thạch chủ yếu thu đƣợc trên vách hang thể hiện một quần cƣ động vật phong phú, bằng các so sánh về hình thái và thành phần loài với quần cƣ động vật ở nhiều địa điểm khác, nhóm nghiên cứu tạm xếp di chỉ hang Đá Đen có tuổi thuộc giai đoạn Late Pleistocene, cách ngày nay khoảng 100.000 năm [25].
Cuộc khai quật lần thứ hai hang Đá Đen, thực hiện vào tháng 12 năm 2008 do Viện Khảo cổ học phối hợp cùng Trung tâm nghiên cứu khoa học quốc gia Pháp (CNRS) và Bảo tàng Tuyên Quang tiến hành. Nhóm nghiên cứu gồm Nguyễn Kim Thủy, Nguyễn Thị Mai Hƣơng, Nguyễn Anh Tuấn (Viện Khảo cổ học), Quan Văn Dũng, Nguyễn Thành Lê, Nguyễn Công Tiến (Bảo tàng Tuyên Quang), Anne-Marie Bacon, Fabrice Demeter, Jonathan Pelletier (Pháp). Đợt khai quật này chỉ tiến hành khai quật các hóa thạch trong trầm tích trên vách hang. Ngoài ra đoàn khai
45
quật cũng đã tiến hành nghiên cứu lịch sử hình thành các lớp trầm tích trong hang và khảo sát khu vực xung quanh hang.
3.2. Thành tạo trầm tích và vị trí tìm thấy hóa thạch trong hang
Hang nhỏ và nông, có một khoang rộng khoảng 20m2, trần hang thấp. Bề rộng hang khoảng hơn 6m, chiều sâu khoảng 3m. Theo hƣớng từ cửa hang vào, phía bên trái có một ngách nhỏ đƣờng kính nhỏ dƣới 1m ăn sâu vào núi. Trầm tích còn bám trên vách hốc đá ở trƣớc ngách nhỏ này là khối trầm tích cố chứa hóa thạch.
Hình 3.4. Bản vẽ mặt cắt ngang hang Đá Đen và phân bố các lớp trầm tích a - Lớp sét cứng chứa đá cát kết và trầm tích bị calcite hóa (mảnh đá < 7cm).
b - Lớp sét chứa đá cát kết, trầm tích và nhũ đá bị calcite hóa rất phát triển ở phần bên trái (mảnh đá < 7cm). Trên cùng có một lớp mỏng bùn và cuội nhỏ.
c - Đất mùn d - Thạch nhũ
46
Hình 3.5. Các bản vẽ mặt cắt dọc và lịch sử thành tạo trầm tích 1,2,3,4,5: trình tự thành tạo các lớp trầm trầm tích.
Về quá trình hình thành các lớp trầm tích, có thể chia thành 5 giai đoạn thành tạo nhƣ sau:
Lớp trầm tích đầu tiên là lớp sét rất cứng chứa đá cát kết và trầm tích bị calcite hóa, màu vàng. Nằm dƣới cùng và bám chắc vào vách đá.
Lớp trầm tích thứ hai đƣợc thành tạo sau đó là lớp sét chứa đá cát kết, trầm tích và nhũ bị calcite hóa, màu nâu đen. Trầm tích này tƣơng đối mềm hơn so với lớp cứng nói trên. Trên vách hang có thể thấy lớp trầm tích nâu đen này phủ lên trên lớp cứng dƣới cùng bởi vậy có thể phân chia chúng thành hai giai đoạn hình thành trƣớc sau với lớp trên mềm hơn và xen kẽ bởi nhiều lớp đất đen mỏng và mềm xâm nhập vào trong các giai đoạn thành tạo sau này. Phần nhiều hóa thạch đƣợc tìm thấy trong lớp trầm tích này.
Sau hai lớp trầm tích trên, có thể có một giai đoạn môi trƣờng ẩm, mƣa nhiều làm hình thành một số măng đá và thạch nhũ bám trên vách hang.
Lớp thành tạo thứ tƣ có tính chất tƣơng tự nhƣ lớp thứ hai nhƣng có thể phân tách với lớp thứ hai bởi giai đoạn hình thành lớp thạch nhũ và các măng đá nhƣ trên hình vẽ mặt cắt C ở trên.
47
Lớp thành tạo thứ năm là lớp đất mùn đen, điền đầy vào các khe kẽ và hốc đá nhƣ còn thấy trên vách hang và phủ khắp nền hang nhƣ hiện tại. Đây là lớp hình thành muộn nhất và có thể vẫn còn đang tiếp diễn, lớp này không chứa hóa thạch. Trong giai đoạn thành tạo lớp đất mùn này cũng vẫn có thể diễn ra sự hình thành một số măng đá trên nền hang nhƣ thể hiện ở mặt cắt C.
Vị trí trầm tích có hóa thạch chủ yếu ở dƣới ngách hang nhỏ bên trái, ngách hang nhỏ chỉ vừa một ngƣời nằm bò, ngách này bị trầm tích điền đầy, ăn sâu vào trong núi và có xu hƣớng đi lên. Khu vực giữa và bên trái hang chỉ có vài mảng trầm tích bám trên vách và không chứa hóa thạch. Bởi vậy đoàn nghiên cứu quyết định chỉ tiến hành khai quật mảng trầm tích bên trái để thu thập mẫu hóa thạch. Khối trầm tích trên vách lấy đi trong đợt khai quật lần thứ hai này có chiều rộng 2m, cao 1m, sâu 0,5m, nhƣ vậy thể tích khối trầm tích khai quật khoảng 1m3.
Hình 3.6. Khai quật hang Đá Đen năm 2008
3.3. Kết quả định loại các hóa thạch hang Đá Đen
Các hóa thạch đƣợc tách khỏi trầm tích bám bằng các phƣơng pháp cơ học đập, tách bớt trầm tích, sau đó rửa bằng nƣớc hoặc xử lý hóa chất để loại bỏ, tẩy sạch trầm tích mà vẫn giữ đƣợc xƣơng răng hóa thạch nguyên vẹn. Toàn bộ hóa thạch thu đƣợc ở hang Đá Đen là các răng rời của nhiều nhóm thú. Để phân loại chính xác loài động vật cần có nhiều tiêu chí về hình thái, sinh thái học và cả về di truyền học so sánh giữa các nhóm. Tuy nhiên dựa trên các so sánh hình thái, kích
48
thƣớc có thể xác định khá chính xác tới bậc phân loại họ/loài với những loài có hình thái đặc trƣng hoặc có các sai khác khá rõ về kích thƣớc.
Đợt khai quật lần thứ nhất năm 2005 có 694 mảnh xƣơng răng đã đƣợc thu thập và đánh số, đợt khai quật lần thứ hai năm 2008 thu đƣợc 332 mảnh răng rời của thú, có một số mảnh xƣơng thú có dấu vết gặm có thể của thú gặm nhấm và đều nhỏ vụn không có đủ tiêu chí để phân loại. Địa tầng trầm tích chứa hóa thạch đƣợc khai quật trong hai mùa là đồng nhất nên nếu xét tổng thể các hóa thạch ở hai đợt khai quật có thể coi là một. Quần cƣ động vật hang Đá Đen có 24 loài/nhóm loài, thuộc các Bộ linh trƣởng, Bộ ăn thịt, Bộ có vòi, Bộ guốc lẻ, Bộ guốc chẵn và Bộ gặm nhấm. Các nhóm không có mặt trong sƣu tập khai quật 2008 nhƣng có mặt trong sƣu tập năm 2005 là ngƣời khôn ngoan - Homo sp., vƣợn - Hylobates sp., voi răng kiếm - Stegodon orientalis (Owen, 1870), lợn vòi - Tapirus indicus
(Desmarest, 1819) và chuột - Rattus sp. [25]. Kết quả tổng hợp về thành phần loài đƣợc trình bày trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Thành phần loài động vật hóa thạch ở hang Đá Đen
Phân loại Tên Latinh
Bộ linh trƣởng Primates
Họ ngƣời Hominidae
Phân họ ngƣời Homininae
Người ? Homo sp.
Phân họ đƣời ƣơi Ponginae
Đười ươi Pongo pygmaeus (Linnaeus, 1760)
Họ khỉ đuôi dài Cercopithecidae
Khỉ Macaca sp. A
Khỉ Macaca sp. B
Voọc Trachypithecus sp.
Bộ ăn thịt Carnivora
Họ mèo Felidae
Mèo, báo? Felis sp.
49
Họ chồn Mustelidae
Lửng lợn Artonyx collaris F.Cuvier, 1825
Họ gấu Ursidae
Gấu chó Ursus malayanus (Raffles, 1821)
Gấu ngựa Ursus thibetanus (G.Cuvier, 1823)
Bộ có vòi Proboscidae
Họ voi Elephantidae
Voi châu Á Elephas maximus Linnaeus, 1758
Họ voi răng kiếm Stegodontidae
Voi răng kiếm Stegodon orientalis (Owen, 1870)
Bộ móng guốc ngón lẻ Perissodactyla
Họ tê giác Rhinocerotidae
Tê giác Rhinoceros sp.
Họ lợn vòi Tapiridae
Lợn vòi Tapirus indicus Desmarest, 1819
Bộ móng guốc ngón chẵn Artiodactyla
Họ lợn Suidae
Lợn rừng Sus scrofa Linnaeus, 1758
Họ bò Bovidae
Trâu/bò Bubalus bubalis / Bos sp.
Sơn dương Nemorhaedus sumatrensis (Bechstein, 1799)
Họ hƣơu Cervidae
Nai Cervus unicolor Kerr, 1972
Hoẵng Muntiacus muntjak (Zimmermann, 1980)
Bộ gặm nhấm Rodentia Họ nhím Hystricidae Nhím Hystrix sp. Đon Atherurus sp. Họ dúi Rhizomyidae Dúi Rhizomys sp. Họ chuột Muridae Chuột Rattus sp.
50
Bộ guốc chẵn trong quần cƣ động vật ở hang Đá Đen có số lƣợng nhiều nhất, chiếm tới 63,03% trên tổng số 971 răng định loại đƣợc. Trong đó lợn rừng có đầy đủ các loại răng cửa, răng nanh, răng tiền hàm, răng hàm của cả hàm trên và hàm dƣới với 363 răng. Họ bò có hai đại diện là trâu/bò và sơn dƣơng với số lƣợng mẫu rất ít so với các nhóm thú khác trong bộ guốc chẵn. Nhóm có tỉ lệ nhiều thứ hai là nhóm linh trƣởng với 16,27% tổng mẫu. Các loài thú ăn thịt chiếm tỉ lệ nhỏ chỉ 4,02% điều này cũng là hợp lý với các loài sinh vật đứng ở vị trí cao trong chuỗi thức ăn.
Hình 3.7. Biểu đồ tỉ lệ % mỗi loài so với tổng số lượng mảnh răng định loại được (NISP=971)
Việc phân loại răng dựa vào so sánh hình thái, kích thƣớc với các mẫu vật sinh vật hiện đại, so với mẫu ở các di chỉ cổ sinh đã đƣợc định loại và các atlas giải phẫu so sánh. Dƣới đây là mô tả sơ lƣợc về hóa thạch các nhóm loài trong sƣu tập hang Đá Đen.
51
Bộ linh trƣởng - Primates
Khỉ - Macaca sp. Rất nhiều răng rời có đặc trƣng hình thái thuộc về nhóm khỉ Macaca sp. Răng hàm trên có 42 răng hàm M, 19 răng tiền hàm P, 5 răng nanh C và 2 răng cửa I, ngoài ra còn một mảnh xƣơng hàm trên bên trái có ba răng P4, M2,M3. Răng hàm dƣới có 17 răng hàm M, 6 răng tiền hàm P, 5 răng nanh C và 4 răng cửa I. Tuy nhiên trong nhóm răng khỉ trong sƣu tập hang Đá Đen có thể phân thành hai loài với hình thái tƣơng tự, chỉ khác nhau ở kích thƣớc to nhỏ khá rõ rệt. Chúng tôi tạm xếp Macaca sp. A là nhóm có kích thƣớc răng nhỏ, nhóm Macaca
sp. B có kích thƣớc răng to hơn.
Voọc - Trachypithecus sp. Răng của voọc có cấu trúc tƣơng tự răng khỉ, nhƣng thƣờng nhỏ hơn và có các núm cao, nhọn hơn tƣơng đối rõ. Chúng tôi tạm xếp các răng này của voọc Trachypithecus sp. Nhóm này gồm các răng: 1 P, 1 M của hàm trên, 1 I, 1 C, 1 P và 3 M của hàm dƣới. Ngoài ra một số răng bị mòn nhiều không còn những đặc điểm phân loại đƣợc xếp vào nhóm nghi vấn khỉ/voọc.
Đười ươi - Pongo pymaeus (Linnaeus, 1760), tìm đƣợc tổng số 49 răng rời của đƣời ƣơi. Trong đó 9 răng bị vỡ chỉ còn một phần mặt nhai không còn đủ đặc điểm hình thái để xác định vị trí răng trong hàm. Các răng khác không còn phần chân răng nhƣng có mặt nhai khá nguyên vẹn. Răng hàm trên gồm 9 M, 10 P, 2 C, 3I. Răng hàm dƣới gồm 13 M, 4 P và 2 I.
Răng hàm của Pongo luôn có nhiều đƣờng rãnh phức tạp, nhìn chung có kích thƣớc to hơn so với răng của ngƣời. Để xác định vị trí răng trên hàm, các răng cửa và răng tiền hàm tƣơng đối dễ phân biệt do đặc điểm hình thái khá khác nhau giữa các răng. Với các răng còn nằm trong xƣơng hàm thì răng hàm M1 tƣơng đối đều dạng vuông/chữ nhật, răng M2 có xu hƣớng dạng hình thang với phía gần nhỏ hơn, răng M3 dạng gần với hình tam giác. Tuy nhiên với răng hàm rời thì thƣờng rất khó phân biệt do kích thƣớc phần thân răng gần nhƣ tƣơng tự. Các răng có vết mòn ở mặt trƣớc và mặt sau có thể chắc chắn là răng hàm M1/M2, răng M3 dễ xác định hơn với dạng tam giác và phía gần thƣờng không có vết mòn do không tiếp xúc với
52
răng khác, tuy nhiên cần lƣu ý các răng M1/M2 cũng có thể không có vết mòn nếu răng thƣa.
Người khôn ngoan - Homo sp., không tìm thấy răng ngƣời trong sƣu tập năm 2008. Trong đợt khai quật năm 2005, có một số răng rời đƣợc định loại là của ngƣời. Răng ngƣời có khác biệt khá rõ về kích thƣớc và các đặc điểm hình thái nhƣ không nhiều đƣờng rãnh phức tạp ở mặt nhai, nhƣng với các răng có kích cỡ tƣơng đối lớn và mặt nhai bị mòn nhiều thì khó khẳng định chuẩn xác. Vấn đề về sự có