BÀI 2: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VỎ TRÁI ĐẤT TRONG NGUYÊN ĐẠI CỔ SINH
2.1.5. Kỷ Cacbon (kí hiệu C)
2.1.5.1. Lịch sử phát triển vỏ Trái Đất
Trong kỉ C, ranh giới biển và lục địa biến đổi dần theo hướng tăng dần diện tích lục địa. Ở đầu kỉ C biển ngập nhiều phạm vi của cấu trúc dương, kể cả cấu trúc Calêđônit (từ Tây Âu, Tây Nam Siberia) và các nền. Từ giữa kỉ C, biển rút dần và cuối kỉ C thì biển lùi cực đại. Hoạt động biển lùi có mối quan hệ trực tiếp với quá trình nghịch đảo kiến tạo diễn ra từ giữa kỉ C để tạo thành cấu trúc uốn nếp Hecxinit.
Địa hình lục địa lúc đầu khá dịu thoải, những hệ thống uốn nếp Calêđônit đã trải qua các quá trình phong hóa bào mòn 60 triệu năm của kỉ D. Từ giữa kỉ C và nhất là cuối kỉ C, do sự hình thành những cấu trúc uốn nếp Hecxinit, địa hình trở nên bị chia cắt dữ dội và có sự tương phản. Bằng chứng là sự có mặt phong phú và phân bố rộng rãi của thành hệ môlat.
Ở khu vực địa máng Tây Âu khá phức tạp, bắt đầu bằng biển tiến rộng rãi khắp nơi và trải qua nhiều pha nghịch đảo kiến tạo. Địa máng Tây Âu vào cuối kỉ C thành tạo thành hệ môlat điển hình.Từ giữa kỉ C, trên một diện tích rộng lớn của Tây Âu đã hình thành thành hệ chứa than lớn đầu tiên trong lịch sử của vỏ Trái Đất. Về dày hệ tầng chứa than đạt tới vài nghìn m, trong đó khoảng 1-2% thuộc loại than paralit có chất lượng cao, độ tro ít, có diện phân bố rộng, trữ lượng lớn.
Ở khu vực địa máng Đông Dương, trong địa phận của khối Inđôsinia trầm tích C không phổ biến. Vào đầu kỉ C khu vực địa máng này tiếp tục sụp máng theo chế độ địa máng thuần. Biển không sâu, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển phong phú sinh vật.Địa khối trung tâm Inđôsinia cũng ít nhiều bị sụp chìm, hình thành trầm tích cacbonat.Riêng khối nâng Kon Tum ở Việt Nam là vùng nổi cao và là vùng trầm tích thô vụn cho những võng địa máng ở Đông Bắc (Trường Sơn), tây Campuchia, Nam Trung Bộ Việt Nam.
Ở những khu vực của đai địa máng Thái Bình Dương trừ địa máng Đông Úc không có những thay đổi lớn
Đối với các khu vực nền hoạt động của biển diễn ra mạnh khu vực nền Đông Âu cũng bị hoạt động ngập biển trong kỉ C từ phía Đông và cũng phủ một phần phía Tây của nền.Cuối kỉ C1 và đầu C2, nền Đông Âu bị nâng cao, nhưng không lâu sau đó biển lại tràn vào nền. Ở khu vực nền Siberia, đầu kỉ C biển tràn vào phía Bắc và Tây Bắc nền, từ C giữa cho đến hết kỉ P nền Siberia trở thành lục địa.
Ở khu vực nền Trung Quốc, chế độ lục địa từ trước vẫn tồn tại ở khối nền Bắc Trung Quốc cho đến hết C1 và sau đó nền bắt đầu lại quá trình biển ngập.Ở nền Hoa Nam biển đã có từ kỉ D và tiếp tục tồn tại trong kỉ C, từ C2 biển tràn ngập cả một số vùng nâng của nền.
Khu vực nền Bắc Mĩ trong C1 biển ngập vào đại bộ phận phần lớn của nền, chỉ trừ khiên Canada.
Nền Gondwana trong đầu kỉ C, diện biển ngập chỉ chiếm một phần lãnh thổ nhỏ hẹp, còn đại bộ phận nền vẫn là lục địa bào mòn.Từ C2, trong nền Gondwana có sự thay đổi lớn về địa lí tự nhiên và bắt đầu thành tạo loạt trầm tích lục địa ở Ấn Độ, Châu Phi, Mỹ.
2.1.5.2. Điều kiện cổ địa lí
Từ cuối D và đặc biệt trong C, điều kiện khí hậu thay đổi khác hơn, đới khí hậu ấm và ẩm cũng như đới khí hậu khô nóng bị thu hẹp dần. Tính chất ưu trội của đới khí hậu ấm ẩm cũng như đới khí hậu nhiệt đới ẩm thể hiện rõ nét hơn. Đới khí hậu nhiệt đới ẩm ướt được mở rộng và so với ở PZ sớm thì lùi hơn về phía nam, kéo dài từ trung tâm Băc Mĩ qua Tây Âu, Bắc Phi, kéo sang Nam Nga, Tây Á, Đông Nam Á, Trung Quốc. Tính ưu trội của đới khí hậu ấm và nhất là hai đới khí hậu nhiệt đới ẩm thể hiện rõ nét ở sự phát triển phong phú các trầm tích cacbonat, quặng sắt, bôxit và đặc biệt là than đá.Sự phát triển phong phú của thực vật đã tạo nên những mỏ khoáng sản than đá lớn chạy từ Bắc Mĩ sang Tây Âu, Cuzơbat, Trung Quốc. Đồng thời, sự phát triển của thực vật tạo than là sự phát triển số lượng của trầm tích cacbonat chủ yếu do sản phẩm của sinh vật ưa khí hậu ẩm. Khối lượng chủ yếu của trầm tích cacbonat và than trong PZ muộn tập trung trong các trầm tích C và P.
Khí hậu ôn đới ẩm phía Bắc bao gồm Tây Bắc Canada, Siberia và Đông Bắc Nga.Ở đây cũng thành tạo các khoáng sản than đá.Thực vật của đới khí hậu này khác với đới khí hậu nhiệt đới là có vòng cổ hàng năm chứng tỏ có sự phân chia mực nóng, lạnh trong năm.Khí
hậu ôn đới ẩm phía Nam bao trùm toàn bộ lục địa Gondwana. Nằm giữa nhiệt đới và ôn đới của mỗi bán cầu là đới khí hậu khô hạn thành tạo trầm tích lục địa màu đỏ đolomit, thạch cao muối mỏ…Đới khí hậu này mở rộng vào đầu kỉ D và cuối kỉ P. Trong kỉ C, còn có điều kiện khí hậu địa cực thành tạo trầm tích tilit ở Nam Mỹ, Nam Phi, Ấn Độ và Úc.
Sinh vật trong kỉ C đã mất dần các yếu tố cổ xưa của đại PZ, Bút đá đến kỉ C không còn gặp nữa, phát triển phong phú thực vật trên cạn của ngành dạng Dương xỉ. Lưỡng cư tiếp tục phát triển, xuất hiện các đại biểu đầu tiên của lớp Bò Sát.Trong động vật không xương sống đặc biệt phát triển lớp Tùng lỗ của nguyên sinh động vật, di tích hóa đá của chúng gặp nhiều nơi, cả ở Việt Nam.Động vật ruột khoang cũng phát triển mạnh mẽ.Các nhóm Tay cuộn có trình độ tiến hóa cao như Tay cuộn xoắn và Tay Cuộn dài tiếp tục phát triển. Trên các lục địa có các loại lưỡng cư thống trị với những dạng có kích thước khổng lồ, đồng thời cũng xuất hiện những dạng bò sát thuộc những nhóm nguyên thủy bắt đầu lấn át các động vật có trước. Trên không và trên cây cối cũng xuất hiện những loại sâu bọ khổng lồ.Có những chuồn chuồn cổ dài tới 70 cm, bề dài hai cánh tới 1,5m.Các loài này sở dĩ phát triển được như vậy vì thực vật lúc này rất phong phú ở nhiều nơi trên thế giới tiêu biểu là các loài quyết. Nhờ khí hậu ẩm ướt tạo nên nhiều vũng nước lớn, đầm lầy, giúp cho chúng phát triển rậm rạp thành những khu rừng quyết khổng lồ ở khắp nơi dọc theo các sông, ven biển, ven hồ đầm. Chúng thường cao khoảng 30m với đường kính thân cây tới 1-2 m, như cây Lân mộc cao 30-40m, thẳng vút lên tận ngọn mới phân làm hai nhánh, khi lá rụng để lại dọc theo thân chính những vết sẹo hình thoi xếp đều đặn trông như vảy rắn suốt dọc thân cây và các cành. Cây Phong ấn cao lớn, thân rỗng thẳng ruột như cây cột chống trời, trông như những con dấu đóng vào thân cây, còn cây Lô mộc cao 20 -30m, thân và cành đều chia thành nhiều đốt. Vì vậy chúng được xếp vào nhóm cây vảy, là một nhóm của họ Thạch tùng. Cùng với các thực vật cây vảy, các loài thực vật dương xỉ thân đốt và dương xỉ có hạt cũng rất phát triển, cao hàng chục m, vươn những chiếc lá hình lông chim khổng lồ đu đưa trong gió, còn những chiếc lá non cuộn tròn như vòi voi. Đặc biệt có sự xuất hiện của loài Tuế.Sau khi các cây rừng chết đi, chúng để lại mỏ than đá có giá trị. Ở Việt Nam các khu rừng Quyết khổng lồ xưa kia phát triển ở vùng Đông Bắc mà ngày nay chúng để lại mỏ than đá ở Quảng Ninh.
Hình 2.7. Hóa thạch Thân mềm, Da gai, Bọ Ba Thùy Cacbon
Nếu như ở các kỉ trước, các hệ thực vật chỉ cho ta biết được khái niệm tổng quát về thành phần và các dạng thực bì đầu tiên của Trái Đất, thì hệ thực vật C2 cho chúng ta biết được cả sự phân bố địa lí của các hệ thực vật đầu tiên trên Trái Đất. Hoạt động sống của thực vật làm thay đổi tương quan giữa CO2 và O2 trong thành phần khí quyển –những nhân tố quan trọng hàng đầu thúc đẩy quá trình phong hóa – trên mặt đất. Vì vậy, có thể cho rằng kỉ C là kỉ mở đầu cho quá trình hình thành lớp phủ thổ nhưỡng đầu tiên của Trái Đất.
Nhìn chung thảm thực vật C1 tương đối đồng nhất ở tất cả các miền từ Bắc cực cho đến bán cầu Nam. Đến cuối C1 bắt đầu có hoạt động phân đới của thực bì liên quan tới các pha tạo núi Hecxini từ đầu C2, thảm thực vật trên cạn đã phân hóa thành 3 khu hệ địa lí thực vật: Vetfali, Tungut, Ginvana.
Vào cuối kỉ C, khí hậu Trái Đất trở nên khô hạn, có biển thoái ở nhiều nơi.Chúng ta thấy đã xuất hiện những cây dương xỉ hạt trần với ưu thế các hạt cây có thể thụ tinh không cần nước và phôi cây được bảo vệ trong hạt có đầy đủ chất dự trữ, đảm bảo cho dương xỉ hạt trần có thể phát tán và tồn tại ở những vùng đất nóng và khô. Chẳng bao lâu, thực vật sinh sản bằng hạt đã dần thay thế các loại cây Quyết sinh sản bằng bào tử không còn thích nghi khí hậu.
Hình 2.8. Động vật và Thực vật trên cạn kỉ Carbon
Do khí hậu khô, một số lưỡng cư đầu cứng đã dần dần bò lên bờ và sống trên cạn, trở thành những loài bò sát nguyên thủy. Da của chúng có vảy sừng để chống lại khí hậu khô, phổi và tim hoàn thiện dần để thích nghi với đời sống trên cạn và trứng có vỏ cứng, có thể đẻ trên cạn, không cần nước. Với nguồn thức ăn dồi dào của thực vật và chưa có kẻ thù, các loài côn trùng bay ngày càng nhiều dần dần chiếm lĩnh không trung.
Trong điều kiện như vậy, các loài Quyết khổng lồ dần bị tiêu diệt, nhường chỗ cho các cây hạt trần thống trị. Các loài bò sát cũng tiến hóa, phát triển nhanh vì thích nghi khí hậu. Chúng chiếm lĩnh mặt đất, thay thế dần các loài lưỡng cư giờ đây không còn thích nghi được với khí hậu khô lạnh. Đa số các loài bò sát ăn cây cỏ, một số ăn thịt. Chúng có cơ thể ngày càng to lớn hơn.
Loài bò sát Edaphosaurus chuyên ăn cỏ, có cái vây lớn trên lưng giúp cho nó điều hòa nhiệt độ cơ thể. Con Dimetrodon cũng gần giống như con Edaphosaurus nhưng lại là bò sát ăn thịt với hai hàm răng sắc nhọn. Tiến hóa từ loài lưỡng cư đầu cứng Diplocaulus sống lúc dưới nước lúc trên cạn, loài bò sát đầu tiên sống ở hẳn trên cạn là con Araeoscelis nhỏ bé có hình dáng như con rắn mối, đến con Eryops có hàm răng chắc khỏe, đầu và các chân đều to, thân mình dài đến 1m, sống ven các hoang mạc.