Tài liệu Lịch sử tiến hóa Trái đất Tống Duy Thanh

Tèng Duy Thanh LỊCH SỬ TIẾN HÓA TRÁI ĐẤT (ĐỊA SỬ) In lần thứ 2 (Chỉnh sửa, bổ sung và cập nhật tài liệu mới) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Tác giả xin dành c uốn sách “Lịch sử tiến hóa Trái Đất” – kết quả lao động nghề giáo của mình khi đã luống tuổi để kính tặng: Thân phụ và thân mẫu – những người nông dân thất học đã chắt chiu từng hạt gạo, củ khoai để nuôi con ăn học. GS Nguyễn Văn Chiển – người thầy đã dìu dắt tác giả học tập và trưởng thành trong Địa chất học. MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................... 1 Phần I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN & CÁC PHƯƠNG PHÁP Chương 1. NGUYÊN LÝ CƠ BẢN & PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 5 1.1. CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN .................................................................................... 5 1.1.1. Nguyên lý hiện tại .............................................................................................. 5 1.1.2. Các nguyên lý cơ bản khác của Địa tầng học ...................................................... 6 1.2. XÁC ĐỊNH TUỔI TƯƠN G ĐỐI CỦA ĐÁ ............................................................... 7 1.2.1. Khái niệm chung ................................................................................................ 7 1.2.2. Phương pháp phân tích mặt cắt địa tầng .............................................................. 8 1.2.3. Phương pháp khoáng thạch ................................................................................. 9 1.2.4. Phương pháp phân tích chuyển động kiến tạo ................................................... 10 1.2.5. Phương pháp phân tích chu kì trầm tích ............................................................ 12 1.2.6. Các phương pháp địa vật lý ............................................................................... 12 Phương pháp carota.............................................................................................. 13 Phương pháp cổ từ ............................................................................................... 13 Phương pháp địa chấn .......................................................................................... 15 1.2.7. Các phương pháp sinh địa tầng.......................................................................... 16 Cơ sở khoa học của phương pháp ........................................................................ 16 Quá trình hình thành khoa học sinh địa tầng........................................................ 17 Phương pháp hoá thạch định tầng ........................................................................ 20 Các dạng hoá thạch chỉ đạo.................................................................................. 20 Các phức hệ hoá thạch đặc trưng ......................................................................... 21 Các phương pháp khác liên quan với sinh địa tầng .............................................. 23 Phương pháp thống kê. ................................................................................... 24 Phương pháp tiến hoá. . .................................................................................. 24 Phương pháp cổ sinh thái. . .............................................................................. 24 Phương pháp sinh thái địa tầng. . ..................................................................... 24 Phương pháp cổ địa lý. ................................................................................... 25 Phương pháp cổ khí hậu hay khí hậu địa tầng...................................................... 25 Ý nghĩa và hạn chế của các phương pháp sinh địa tầng ......................................... 26 iii Sự di cư của sinh vật........................................................................................ 28 Sự thiếu thốn tư liệu địa chất........................................................................... 28 Sự thiếu thốn về tư liệu địa tầng...................................................................... 29 1.2.8. Phương pháp Địa tầng sự kiện và Địa tầng dãy................................................. 30 1.3. XÁC ĐỊNH TUỔI TUYỆT ĐỐI CỦA ĐÁ ............................................................... 31 1.3.1. Khái niệm ban đầu .............................................................................................. 31 1.3.2. Sự phân rã phóng xạ và định tuổi đồng vị phóng xạ ........................................ 31 Cơ sở khoa học ................................................................................................. 31 Sự phân rã phóng xạ ......................................................................................... 32 1.3.3. Các phương pháp xác định tuổi tuyệt đối ......................................................... 33 Phương pháp Kali - Argon .................................................................................. 33 Phương pháp Rubidi- Stronti ........................................................................... 33 Phương pháp Urani-Thori-Chì ........................................................................... 33 Phương pháp Samari – Neodymi ...................................................................... 34 Định tuổi vết phân hạch ..................................................................................... 34 Đồng vị do tia vũ trụ ....................................................................................... 34 Phương pháp Carbon-14 .................................................................................. 34 Các phương pháp Triti, Beryli-10, Silic-32, Clor-36 ........................................ 35 Chương 2. MÔI TRƯỜNG THÀNH TẠO TRẦM TÍCH ..................................................... 36 2.1. ĐÁ TRẦM TÍCH VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CHÚNG .................................................. 36 2.1.1. Đặc điểm đá trầm tích ...................................................................................... 36 2.1.2. Cấu trúc của đá trầm tích .................................................................................. 37 2.1.3. Các môi trường thành tạo đá trầm tích ............................................................... 38 2.2. MÔI TRƯỜNG TRẦM TÍCH BIỂN ........................................................................ 38 2.2.1. Biển và hình thái đáy bi ển ................................................................................ 38 2.2.2. Phân bố trầm tích và sinh vật ở biển.................................................................. 40 a. Vùng ven bờ........................................................................................................ 40 b. Khu vực biển nông.............................................................................................. 41 c. Khu vực biển sâu................................................................................................. 42 d. Khu vực biển thẳm.............................................................................................. 42 2.2.3. Biển tiến, biển thoái và mực nước biển toàn cầu ............................................... 42 - Sự dao động mực nước biển. ................................................................................ 42 - Trầm tích biển tiến và biển thoái .......................................................................... 43 - Mực nước biển toàn cầu. ...................................................................................... 44 2.3. MÔI TRƯỜNGTRẦM TÍCH CHUYỂN TIẾP BIỂN - LỤC ĐỊA............................ 46 2.3.1. Đặc điểm chung của vùng chuyển tiếp .............................................................. 46 2.3.2. Trầm tích ở tam giác châu.................................................................................. 46 iv 2.3.3. Trầm tích bãi triều và đê cát ven biển ............................................................... 47 2.3.4. Trầm tích vùng đầm phá .................................................................................... 48 2.4. MÔI TRƯỜNG TRẦM TÍCH LỤC ĐỊA .................................................................. 49 2.4.1. Đặc điểm môi trường trầm tích lục địa .............................................................. 49 2.4.2. Các khu vực trầm tích lục địa ........................................................................... 50 2.4.3. Một số dạng trầm tích lục địa phổ biến ............................................................. 50 2.5. TƯỚNG ĐÁ VÀ MÔI TRƯỜNG TRẦM TÍCH ...................................................... 51 Chương 3. PHÂN LOẠI VÀ ĐỐI SÁNH ĐỊA TẦNG ........................................................ 54 3.1. ĐỐI TƯỢNG CỦA ĐỊA TẦNG HỌC .................................................................... 54 3.2. PHÂN LOẠI ĐỊA TẦNG .......................................................................................... 55 3.2.1. Quá trình hình thành hệ thống phân vị địa tầng ............................................... 55 3.2.2. Phân vị địa tầng ................................................................................................ 55 Định nghĩa ............................................................................................................ 55 Khối lượng và ranh giới của phân vị địa tầng ...................................................... 55 Stratotyp của phân vị địa tầng ............................................................................... 56 3.3. HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐỊA TẦNG ................................................................... 57 3.3.1. Các hình loại phân vị địa tầng ......................................................................... 57 3.3.2. Thạch địa tầng ................................................................................................. 57 Khái niệm chung ................................................................................................... 57 Hệ thống các phân vị thạch địa tầng ..................................................................... 58 Hệ tầng .................................................................................................................. 59 Tập ........................................................................................................................ 62 Lớp (hệ lớp ) hay vỉa .............................................................................................. 63 Loạt ....................................................................................................................... 63 Phức hệ ................................................................................................................. 63 Đới và tầng thạch địa tầng .................................................................................... 63 3.3.3. Các phân vị theo tính chất riêng biệt của đá .................................................... 64 Phân vị địa chấn địa tầng ...................................................................................... 64 Phân vị từ địa tầng ................................................................................................ 64 Phân vị khí hậu địa tầng ........................................................................................ 65 Các phân vị giới hạn bất chỉnh hợp ..................................................................... 65 3.3.4. Sinh địa tầng .................................................................................................... 66 Định nghĩa và các khái niệm cơ bản ..................................................................... 66 Các đới sinh địa tầng ............................................................................................. 67 Đới phức hệ ........................................................................................................... 67 v Đới phân bố ........................................................................................................... 68 Đới phân bố taxon ................................................................................................ 68 Đới cùng phân bố .................................................................................................. 69 Đới Oppel ............................................................................................................. 69 Đới chủng loại hay đới nguồn gốc phát sinh ........................................................ 70 Đới cực thịnh ......................................................................................................... 70 3.3.5. Thời địa tầng ................................................................................................... 71 Định nghĩa và hệ thống phân loại ......................................................................... 71 Các phân vị thời địa tầng ...................................................................................... 71 Liên giới ................................................................................................................ 71 Giới ....................................................................................................................... 72 Hệ .......................................................................................................................... 72 Thống .................................................................................................................... 72 Bậc ........................................................................................................................ 72 Đới ........................................................................................................................ 72 Các phân vị thời địa tầng khu vực ........................................................................ 73 Bậc khu vực ........................................................................................................... 73 Hệ lớp khu vực ...................................................................................................... 73 3.4. ĐỐI SÁNH ĐỊA TẦNG ........................................................................................... 74 3.4.1. Cơ sở đối sánh địa tầng .................................................................................... 74 3.4.2. Đối sánh địa tầng với độ chính xác cao ............................................................... 74 3.4.3. Đối sánh các mặt cắt địa tầng và xác lập sơ đồ địa tầng khu vực .................... 74 Bảng 3.3. Thời địa tầng quốc tế và tuổi địa chất ............................................................. 76 Chương 4. NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ KIẾN TẠO MẢNG ...................................... 78 4.1. KIẾN TẠO VÀ LỊCH SỬ HÌNH THÀNH CẤU TRÚC VỎ TRÁI ĐẤT ............. 78 4.1.1. Kiến tạo học và lịch sử phát triển Trái Đất ...................................................... 78 4.1.2. Vỏ Trái Đất ...................................................................................................... 78 a. Cấu trúc vỏ Trái Đất .......................................................................................... 78 b. Nền, khiên và đai núi uốn nếp .......................................................................... 79 4.2. KHÁI NIỆM BAN ĐẦU VỀ KIẾN TẠO MẢNG .................................................. 80 4.2.1. Những ý niệm ban đầu về sự trôi lục địa ......................................................... 80 4.2.2. Dẫn liệu cổ từ chứng minh lục địa trôi dạt ....................................................... 82 Đảo từ và sự mở rộng đáy biển ........................................................................ 83 4.3. RANH GIỚI CÁC MẢNG ....................................................................................... 85 4.3.1. Ranh giới mảng phân kỳ .................................................................................. 85 vi 4.3.2. Ranh giới mảng hội tụ ...................................................................................... 87 a. Ranh giới mảng đại dương - đại dương ............................................................... 87 b. Ranh giới mảng đại dương - lục địa .................................................................... 87 c. Ranh giới mảng lục địa - lục địa ....................................................................... 88 4.3.3. Ranh giới chuyển dạng ...................................................................................... 89 4.4. BỐI CẢNH KIẾN TẠO CỔ .................................................................................... 89 4.4.1. Tổ hợp ophiolit .................................................................................................. 89 4.4.2. Tổ hợp đá của đới hút chìm ............................................................................. 91 4.4.3. Tổ hợp rift lục địa ............................................................................................ 92 4.4.4. Tổ hợp đá của nền ............................................................................................ 92 4.4.5. Tổ hợp đai núi xô húc ...................................................................................... 93 4.4.6. Cát kết và kiến tạo mảng .................................................................................. 94 4.5. SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC MẢNG .............................................................. 94 4.5.1. Tốc độ chuyển động các mảng ......................................................................... 94 4.5.2. Cơ chế dẫn truyền của kiến tạo mảng .............................................................. 95 4.5.3. Kiến tạo mảng và hoạt động tạo núi ................................................................ 96 4.5.4. Vi mảng và Địa khu ......................................................................................... 97 4.5.5. Chu kỳ siêu lục địa ........................................................................................... 98 4.5.6. Điểm nóng và chùm manti ............................................................................. 100 4.6. KIẾN TẠO MẢNG VÀ PHÂN BỐ TÀI NGUYÊN ............................................. 100 4.6.1. Kiến tạo mảng và phân bố sự sống ................................................................ 100 4.6.2. Kiến tạo mảng và phân bố tài nguyên khoáng ............................................... 102 Phần II. CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN VỎ TRÁI ĐẤT Chương 5. TIỀN LỊCH SỬ ĐỊA CHẤT ............................................................................. 105 5.1. NGUỒN GỐC VÀ LỊCH SỬ CỦA HỆ MẶT TRỜI .............................................. 105 5.1.1. Đặc tính chung của hệ Mặt Trời ..................................................................... 105 5.1.2. Các giả thuyết về nguồn gốc của hệ Mặt Trời ................................................ 106 a. Các giả thuyết tiến hoá ..................................................................................... 106 b. Các giả thuyết ngẫu biến .................................................................................. 107 c. Giả thuyết tinh vân Mặt Trời ............................................................................ 109 5.2. SỰ HÌNH THÀNH NHÂN, MANTI VÀ VỎ TRÁI ĐẤT ..................................... 111 5.2.1. Đại dương magma và lịch sử nhiệt Trái Đất ................................................... 111 Lịch sử nhiệt của Trái Đất ................................................................................... 111 5.2.2. Sự hình thành nhân Trái Đất ........................................................................... 112 5.2.3. Sự hình thành vỏ Trái Đất ............................................................................... 113 vii Vỏ nguyên thuỷ ............................................................................................... 113 Thành phần vỏ nguyên thuỷ ........................................................................... 113 Những lục địa đầu tiên ................................................................................... 114 5.2.4. Sự tăng trưởng lục địa ..................................................................................... 114 Cơ chế tăng trưởng ....................................................................................... 114 Tốc độ tăng trưởng lục địa ............................................................................ 115 5.3. KỶ NGUYÊN HADEN ......................................................................................... 116 5.3.1. Khái quát về kỷ nguyên Haden ....................................................................... 116 5.3.2. Tiền Arkei - Kỷ nguyên Haden ....................................................................... 117 5.3.3. Sự chuyển tiếp từ kỷ nguyên Haden đến Arkei .............................................. 118 Chương 6. ARKEI ............................................................................................................... 119 6.1. KHÁI QUÁT VỀ TIỀN CAMBRI ......................................................................... 119 6.1.1. Nhận xét chung ............................................................................................... 119 6.1.2. Đặc điểm của đá Tiền Cambri ........................................................................ 120 6.1.3. Khái quát về Arkei .......................................................................................... 121 6.2. CÁC TỔ HỢP ĐÁ ARKEI ..................................................................................... 122 6.2.1. Các đai đá lục .................................................................................................. 123 6.2.2. Tổ hợp granitoid - đá lục ................................................................................. 124 6.2.3. Tổ hợp đá của nền............................................................................................ 125 6.2.4. Tổ hợp biến chất cao ....................................................................................... 125 6.2.5. Quan hệ của các tổ hợp biến chất cao và biến chất thấp ................................. 126 6.3. BỐI CẢNH KIẾN TẠO ARKEI ............................................................................. 126 6.3.1. Mô hình rift ..................................................................................................... 127 6.3.2. Mô hình cung và bình nguyên đại dương ....................................................... 127 6.3.3. Mô hình nền .................................................................................................... 128 6.3.4. Mô hình xô húc ............................................................................................... 128 6.3.5. Arkei ở Đông Á và Việt Nam ......................................................................... 129 6.4. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ SỰ SỐNG TRONG ARKEI ................................... 130 6.4.1. Khí quyển và đại dương .................................................................................. 130 Nguồn gốc và sự biến đổi của khí quyển......................................................... 130 Nguồn gốc và sự biến đổi của nước đại dương ............................................. 131 6.4.2. Xuất hiện sự sống trong Arkei ........................................................................ 133 Nguồn gốc sự sống ......................................................................................... 133 Giả thuyết nguồn gốc sự sống từ nhiệt dịch đáy biển ..................................... 136 Những sinh vật đầu tiên .................................................................................. 136 6.5. KHOÁNG SẢN TUỔI ARKEI ............................................................................... 138 viii Chương 7. PROTEROZOI ................................................................................................... 139 7.1. CÁC TỔ HỢP ĐÁ PROTEROZOI.......................................................................... 140 7.1.1. Tổ hợp đá của nền........................................................................................... 140 7.1.2. Tổ hợp đá tạo núi xô húc ................................................................................. 140 7.1.3. Tổ hợp ophiolit................................................................................................. 142 7.1.4. Tổ hợp đá tách giãn lục địa .............................................................................. 142 7.1.5. Tổ hợp đai mạch diabas ................................................................................... 143 7.1.6. Tổ hợp granit-anorthosit .................................................................................. 143 7.1.7. Xâm nhập phân tầng ........................................................................................ 144 7.2. HOẠT ĐỘNG KIẾN TẠO ...................................................................................... 144 7.2.1. Tiến hoá vỏ trong Paleoproterozoi................................................................... 144 Sự hình thành Laurentia trong Paleoproterozoi.............................................. 145 7.2.2. Tiến hóa vỏ trong Mesoproterozoi................................................................... 145 7.2.3. Tiến hóa vỏ trong Neoproterozoi ..................................................................... 148 7.2.4. Proterozoi ở Đông Á ........................................................................................ 149 Proterozoi ở Trung Quốc ................................................................................. 149 Proterozoi ở Việt Nam..................................................................................... 151 7.3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN............................................................................ 154 7.3.1. Điều kiện khí hậu Proterozoi ........................................................................... 154 7.3.2. Điều kiện thành tạo quarzit sắt và trầm tích màu đỏ........................................ 154 7.4. SINH GIỚI TRONG PROTEROZOI ...................................................................... 155 7.4.1. Sinh vật nguyên thuỷ của Paleoproterozoi – Mesoproterozoi .............................. 155 Sự xuất hiện kiểu tế bào mới ........................................................................... 155 Sinh vật đa bào ............................................................................................... 156 7.4.2. Sinh giới của Neoproterozoi ............................................................................. 157 7.5. KHOÁNG SẢN TRONG PROTEROZOI ............................................................. 159 Chương 8. PALEOZOI SỚM ............................................................................................... 160 8.1. KHÁI QUÁT VỀ PALEOZOI VÀ PALEOZOI SỚM ............................................ 160 8.2. SINH GIỚI TRONG PALEOZOI SỚM ................................................................... 161 8.2.1. Một số nhóm sinh vật chủ yếu ......................................................................... 161 Dạng Chén cổ (Archaeocyatha) ...................................................................... 161 Bọ ba thùy (Trilobita) ....................................................................................... 162 Bút đá (Graptolithina) ..................................................................................... 164 Tay cuộn (Brachiopoda) ................................................................................... 164 Động vật Sợi chích (Cnidaria) ........................................................................ 165 Thân mềm (Mollusca) ...................................................................................... 166 Da gai (Echinodermata) ................................................................................... 166 ix 8.2.2. Tiến hoá và sự tuyệt chủng trong sinh giới ..................................................... 167 Tiến hoá toả tia sinh giới trong Paleozoi sớm ................................................. 167 Hiện tượng tuyệt chủng trong sinh giới ........................................................... 168 8.3. HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT TRONG PALEOZOI SỚM ......................................... 170 8.3.1. Khái quát chung ............................................................................................... 170 8.3.2. Hoạt động tạo núi Paleozoi sớm ...................................................................... 172 Tạo núi Salair và tạo núi Toàn Phi .................................................................. 173 Tạo núi Tacon .................................................................................................. 174 Hoạt động địa chất ở một số khu vực mảng lục địa ......................................... 175 8.3.3. Điều kiện khí hậu Paleozoi sớm....................................................................... 175 8.3.4. Paleozoi sớm ở Việt Nam ................................................................................ 176 8.4. KHOÁNG SẢN PALEOZOI S ỚM ............................................................... 178 Chương 9. PALEOZOI TRUNG (Silur và Devon) ............................................................. 180 9.1. KHÁI QUÁT VỀ PALEOZOI TRUNG ................................................................. 180 9.2. SINH GIỚI TRONG PALEOZOI TRUNG ............................................................ 181 9.2.1. Khái quát ......................................................................................................... 181 9.2.2. Một số nhóm sinh vật chủ yếu ........................................................................ 181 Động vật không xương sống ........................................................................... 181 - Động vật Sợi chích (Cnidaria) ...................................................................... 181 - Lỗ tầng (Stromatoporoidea) ......................................................................... 184 - Bút đá (Graptolithina) .................................................................................. 184 - Tay cuộn (Brachiopoda) ............................................................................... 184 - Thân mềm (Mollusca) .................................................................................... 186 - Da gai (Echinodermata) ................................................................................ 188 - Chân khớp (Arthropoda) ............................................................................... 188 Động vật có xương sống .............................................................................. 189 Tiến hoá của thực vật ...................................................................................... 190 9.2.3. Sự tuyệt chủng sinh vật biển ở Devon muộn .................................................. 191 9.2.4. Tỉnh sinh địa lý Malvinokaffric ...................................................................... 192 9.3. HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT TRONG PALEOZOI TRUNG ................................... 194 9.3.1. Bộ mặt thế giới trong Paleozoi trung .............................................................. 194 9.3.2. Hoạt động tạo núi ............................................................................................ 196 9.3.3. Một số đặc điểm trong hoạt động địa chất Paleozoi trung............................... 197 Sự thành tạo “Cát kết đỏ cổ” .......................................................................... 197 Sự phổ biến trầm tích tướng ám tiêu trong Paleozoi trung ............................. 197 Đặc điểm địa chất một số nền lục địa trong Paleozoi trung ............................ 198 x Paleozoi trung ở Việt Nam ............................................................................. 199 9.3.4. Đặc điểm khí hậu trong Paleozoi trung ........................................................... 200 9.4. KHOÁNG SẢN TRONG PALEOZOI TRUNG .................................................... 201 Chương 10. PALEOZOI MUỘN ........................................................................................ 203 10.1. KHÁI QUÁT VỀ PALEOZOI MUỘN ........................................................... 203 10.2. SINH GIỚI TRONG PALEOZOI MUỘN ............................................................ 204 10.2.1. Động vật không xương sống ............................................................... 204 - Động vật nguyên sinh ................................................................................... 204 - Động vật Sợi chích ....................................................................................... 205 - Tay cuộn ....................................................................................................... 206 - Thân mềm...................................................................................................... 207 - Bọ ba thùy ................................................................................................... 209 - Động vật không xương sống trên cạn ............................................................. 210 10.2.2. Động vật có xương sống ..................................................................... 210 10.2.3. Sự ph át triển rầm rộ của thực vật ........................................................ 211 10.2.4 Hiện tượng tuyệt chủng cuối Permi .................................................... 216 10.3. B Ộ MẶT TRÁI ĐẤT TRONG PALEOZOI MUỘN .................................... 217 10.3.1. Cổ địa lý và quá trình hình thành Pangea ..................................................... 217 10.3.2. Chế độ kiến tạo và hoạt động tạo núi Hercyni ............................................... 219 10.4. BỐI CẢNH ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN ......................................................................... 222 10.5. KHOÁNG SẢN TRONG PALEOZOI THƯỢNG ............................................... 223 Chương 11. TRIAS ............................................................................................................ 224 11.1. KHÁI QUÁT VỀ LỊCH SỬ MESOZOI VÀ KỶ TRIAS .................................... 224 11.2. SINH GIỚI TRONG TRIAS ................................................................................ 225 11.2.1. Nhận xét chung ............................................................................................ 225 11.2.2. Động vật không xương sống ........................................................................ 225 Ngành Thân mề m ........................................................................................... 225 Trùng lỗ .......................................................................................................... 226 San hô ............................................................................................................. 227 Tay cuộn ........................................................................................................ 227 11.2.3. Động vật có xương sống .............................................................................. 227 11.2.4. Thực vật ....................................................................................................... 229 11.2.5. Sự tuyệt chủng cuối Trias ............................................................................... 229 ĐỌC THÊM: NGUỒN GỐC VÀ SỰ TIẾN HÓA CỦA BÒ SÁT .......................... 229 11.3. HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT .................................................................................. 233 11.3.1. Khái quát về các sự kiện địa chất trong Trias ............................................... 233 xi 11.3.2. Mở đầu quá trình phá vỡ của Pangea ........................................................... 235 11.3.3. Đông Nam Á và tạo núi Indosini ................................................................. 236 11.4. ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU ........................................................................................ 238 11.5. KHOÁNG SẢN TRONG TRIAS ........................................................................ 240 Chương 12. JURA VÀ CRETA ......................................................................................... 241 12.1. KHÁI QUÁT VỀ LỊCH SỬ JURA VÀ CRETA ................................................. 241 12.2. SINH GIỚI TRONG JURA VÀ CRETA ............................................................ 241 12.2.1. Động vật không xương sống ....................................................................... 241 Ngành Thân mềm ................................................................................................ 241 Lớp Chân rìu.......................................................................................................... 241 Lớp Chân đầu ...................................................................................................... 243 Trùng lỗ, San hô sáu tia, Tay cuộn ....................................................................... 245 12.2.2. Động vật có xương sống ............................................................................... 245 Bò sát ................................................................................................................... 245 Chim .................................................................................................................... 247 Động vật Có vú ................................................................................................... 247 12.2.3. Thực vật ........................................................................................................ 247 12.2.4. Hiện tượng tuyệt chủng trong Creta .............................................................. 248 12.3. SỰ BIẾN ĐỔI CỦA BỘ MẶT TRÁI ĐẤT .......................................................... 248 12.3.1. Khái quát về các sự kiện địa chất trong Jura và Creta .................................. 248 12.3.2. Các địa khu ................................................................................................... 251 12.4. LỊCH SỬ KIẾN TẠO MỘT SỐ KHU VỰC ........................................................ 251 12.4.1. Hoạt động tạo núi .......................................................................................... 251 12.4.2. Đông Á và Đông Nam Á .............................................................................. 252 12.4.3. Tây Bắc Mỹ ................................................................................................... 252 12.4.4. Vùng Caribbe ................................................................................................ 253 12.4.5. Dãy Andes ..................................................................................................... 253 12.4.6. Đại Tây Dương ............................................................................................. 254 12.5. ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU TRONG JURA-CRETA ................................................. 254 12.6. KHOÁNG SẢN TRONG JURA-CRETA ............................................................ 255 ĐỌC THÊM . VỀ SỰ TUYỆT CHỦNG CUỐI CRETA ............................................... 256 Chương 13. KAINOZOI. PALEOGEN VÀ NEOGEN (ĐỆ TAM) ................................... 263 13.1. KHÁI QUÁT VỀ KAINOZOI VÀ ĐỆ TAM ........................................................ 263 13.2. THẾ GIỚI SINH VẬT TRONG ĐỆ TAM .............................................................. 264 13.2.1. Động vật không xương sống ........................................................................ 264 xii Động vật không xương sống trong Paleogen ................................................. 264 Động vật không xương sống trong Neogen ................................................... 265 13.2.2. Động vật có xương sống .............................................................................. 267 Vai trò các cầu nối lục địa đối với sự phát triển động vật ............................. 267 Động vật có vú trong Paleogen ................................................................... 267 Động vật có vú trong Neogen ...................................................................... 269 Sự tiến hóa của ngựa .................................................................................... 271 13.2.3. Thực vật ....................................................................................................... 273 13.2.4. Hiện tượng tuyệt chủng trong Đệ Tam ........................................................ 274 13.3. BỘ MẶT THẾ GIỚI TRONG ĐỆ TAM ............................................................. 274 13.3.1. Những nét lớn về hoạt động địa chất trong Paleogen ................................. 274 13.3.2. Những nét lớn về hoạt động địa chất trong Neogen ................................... 276 13.4. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KIẾN TẠO .................................................................. 276 13.4.1. Khái quát về hoạt động kiến tạo trong Đệ Tam ........................................... 276 13.4.2. Hoạt động tạo núi Alpi ................................................................................. 277 13.4.3. Hoạt động tạo núi Himalaya ........................................................................ 278 13.4.4. Đai tạo núi Thái Bình Dương ........................................................................ 280 13.4.5. Hệ thống rift Đông Phi ................................................................................. 281 13.4.6. Đệ Tam ở Việt Nam, Biển Đông và đứt gãy Sông Hồng ............................. 282 13.4.7. Cầu nối Trung Mỹ và vùng Caribe .............................................................. 285 13.4.8. Đứt gãy San Andreas ................................................................................... 286 13.5. ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU TRONG ĐỆ TAM ......................................................... 287 13.5.1. Bối cảnh chung....................................................................................... 287 13.5.2. Sự phân tầng của nước biển ................................................................. 288 13.5.3. Khủng hoảng Messin ............................................................................ 289 13.6. KHOÁNG SẢN ................................................................................................... 290 Than đá và dầu mỏ ........................................................................................... 290 Khoáng sản nội sinh .......................................................................................... 290 Chương 14. ĐỆ TỨ ............................................................................................................. 291 14.1. KHÁI QUÁT VỀ KỶ ĐỆ TỨ ............................................................................... 291 14.2. SINH GIỚI CỦA KỶ ĐỆ TỨ ............................................................................... 292 14.2.1. Đặc điểm của sinh giới Đệ Tứ ...................................................................... 292 Hiện tượng tuyệt chủng cuối Pleistocen ......................................................... 294 Sự di cư liên lục địa của động vật ................................................................... 295 14.2.2. Sự xuất hiện và tiến hoá của loài người ........................................................ 296 Anthropoidea (Dạng Người) ........................................................................... 297 xiii Hominidae (Họ người) ..................................................................................... 297 14.3. KHÍ HẬU BĂNG GIÁ CỦA KỶ ĐỆ TỨ ............................................................. 299 14.3.1. Hiện tượng băng giá Đệ Tứ .......................................................................... 299 14.3.2. Sự biến đổi khí hậu trong Đệ Tứ ................................................................... 300 14.3.3. Nguyên nhân băng hà Pleistocen ..................................................................... 302 Giả thuyết băng hà có nguồn gốc vũ trụ ......................................................... 302 Giả thuyết băng hà có nguồn gốc từ Trái Đất ................................................. 303 14.4. NHỮNG NÉT LỚN TRONG PHÁT TRIỂN ĐỊA CHẤT ................................... 304 14.4.1. Hình thái lục địa và hoàn cảnh cổ địa lý ....................................................... 304 Hình thái biển và lục địa ................................................................................ 304 Đặc điểm của một số khu vực không đóng băng ............................................ 305 14.4.2. Hoạt động địa chất Đệ Tứ ở Đông Dương .................................................... 306 14.4.3. Hoạt động kiến tạo mảng và xu thế phát triển bộ mặt Trái Đất .................... 307 Những nét cơ bản của hoạt động kiến tạo trong Đệ Tứ và hiện tại ................ 307 Xu hướng có thể của sự phát triển hoạt động kiến tạo mảng .......................... 307 Phụ chương 15. LỊCH SỬ TIẾN HÓA LOÀI NGƯỜI ....................................................... 308 15.1. BỘ LINH TRƯỞNG ............................................................................................. 308 15.1.1. Prosimea (Tiền hầu) ....................................................................................... 308 15.1.2. Anthropoidea (Dạng Người) ......................................................................... 308 15.2. HỌ HOMINIDAE ................................................................................................. 311 15.2.1. Ardipithecus .................................................................................................. 311 15.2.2. Australopithecus ........................................................................................... 313 15.2.3. Homo habilis ................................................................................................. 315 15.2.4. Homo erectus ................................................................................................ 316 15.2.5. Người Neanderthale ...................................................................................... 317 15.2.6. Người Cro-Magnon ....................................................................................... 318 15.3. CÁC GIẢ THUYẾT VỀ NGUỒN GỐC LOÀI NGƯỜI ...................................... 319 Hai giả thuyết lớn về nguồn gốc loài người ............................................................ 319 Giả thuyết Eva về nguồn gốc loài người............................................................... 319 VĂN LIỆU ............................................................................................................................... 321 BẢNG TRA CỨU .................................................................................................................... 323 xiv LỜI NÓI ĐẦU Sách “Lịch sử tiến hóa Trái Đất ” (Địa sử) được biên soạn trước hết nhằm mục đích phục vụ cho việc dạy và học môn Địa sử trong Khoa học về Trái Đất ở Đại học Quốc gia Hà Nội. Những hiểu biết về lịch sử và quy luật phát triển Trái Đất là những k iến thức cơ sở trong các lĩnh vực về Khoa học Trái Đất. Những nội dung của Địa sử cần thiết cho mọi người hoạt động trong mảng Khoa học Trái Đất, từ những nhà địa chất đang điều tra nghiên cứu về khoáng sản, về địa chất môi trường và tai biến địa chất, về địa kỹ thuật đến những thầy giáo và sinh viên đang giảng dạy và học tập về địa chất, địa lý trong trường học. Hiện nay Địa sử đang được giảng dạy trong các ngành Địa học ở Đại học Quốc gia Hà Nội, Đại học Quốc gia tp Hồ Chí Minh và nhiều Trường Đại học khá c như Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, Đại học Khoa học v.v… và ở các Khoa Địa lý của các Trường Đại học và Cao đ ẳng Sư phạm. Để có thể phục vụ được các đối tượng bạn đọc có đòi hỏi cao về nội dung khoa học, sách “Lịch sử tiến hóa Trái Đất ” được biên soạn sao cho các thầy và sinh viên đại học, sau đại học có thể tìm thấy trong sách những nội dung khoa học thích hợp với yêu cầu cao về đào tạo trong các lĩnh vực địa chất và địa lý. Những bạn đọc không chuyên sâu về địa tầng học, kiến tạo học v.v… nhưng có nhu cầu hiểu biết về nguồn gốc và sự phát triển lịch sử lâu dài của “ngôi nhà duy nhất” của loài người trong vũ trụ có thể tìm thấy những điều bổ ích trong sách. Hệ thống bảng biểu và hình ảnh minh họa phong phú trong sách có thể đáp ứng yêu cầu của những bạn đ ọc này. Như vậy, sách Lịch sử tiến hóa Trái Đất (Địa sử) có đối tượng bạn đọc khá rộng rãi trong khoa học Trái Đất. Địa sử không phục vụ trực tiếp cho tìm kiếm khoáng sản, cũng không chỉ ra công nghệ và kỹ thuật về địa học mà cung cấp cho ta những hiểu biết cơ bản nhất về quy luật và lịch sử phát triển Trái Đất qua hàng triệu thậm chí hàng tỷ năm. Từ hiểu biết về lịch sử phát triển Trái Đất ta có thể hiểu được sự vận động của vỏ Trái Đất nói chung và của từng khu vực nói riêng, hiểu được sự thành tạo, phân bố khoáng sản và những biến động địa chất đang xẩy ra trên Trái Đất. Trong nửa sau của thế kỷ 20 địa chất học đã có những bước tiến mang tính cách mạng nhờ những thành tựu của học thuyết kiến tạo mảng. Nhiều vấn đề về quy luật và lịch sử phát triển Trái Đất được phổ biến trong các sách kinh điển về địa chất trước đây thì nay đã trở nên lỗi thời. Việc giải thích các quá trình vận động địa chất theo thuyết địa máng đã không còn phù hợp nữa và đã bất lực để giải thích nhiều sự kiện xẩy ra trong chiều dài lịch sử Trái Đất. Sách “ Lịch sử tiến hóa Trái Đất” hy vọng có thể đóng góp một phần để làm cơ sở cho việc bạn đọc tiếp cận với những thành tựu mới trong địa chất học và vận dụng trong tìm hiểu về quy luật trong lịch sử phát triển địa chất trên thế giới và trên lãnh thổ Việt Nam. 1 Một thuận lợi cho việc biên soạn sách “Lịch sử tiến hóa Trái Đất ” là do sự hợp tác khoa học với đồng nghiệp trên thế giới nên tác giả kịp thời có được những tài liệu mới nhất về Địa tầng, Kiến tạo và Địa chất khu vực từ các nước phát triển đến các nước trong khu vực. Nhờ đó tác giả có thể chọn lọc tư liệu để nội dung trình bày trong sách cập nhật được những thành tựu mới của khoa học địa chất thế giới. Những thành tựu của địa chất Việt Nam trong mấy chục năm qua cũng được cập nhật và trình bày một cách thích hợp trong sách. Khó khăn lớn của tác giả khi biên soạn sách là cách viết thuật ngữ có nguồn từ tiếng nước ngoài, đặc biệt là địa danh và tên người. Hiện nay không có văn bản pháp quy về vấn đề này ngoài bản quy định của Viện Khoa học Xã hội từ những năm 60 của thế kỷ trước mà nay không còn phù hợp. Trong khi chờ đợi một văn bản pháp quy về vấn đề này và trong tình trạng không thống nhất hiện nay về cách viết thuật ngữ, trong sách “ Lịch sử tiến hóa Trái Đất” thuật ngữ có nguồn từ nước ngoài được viết trên cơ sở: 1). Theo cách viết chung đang áp dụng ở Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội – nơi ấn hành sách. 2). Dựa theo cách viết đã được cơ quan chuyên trách nghiên cứu về ngôn ngữ đã sử dụng trong Từ Điển Tiếng Việt (Viện Ngôn ngữ – Nhà xuất bản Đà Nẵng 1998). Cách viết như vậy cũng đã được nhà ngôn ngữ học Hoàng Phê trình bày chi tiết trong tạp chí Thế Giới Mới (404, 405/2000). Như trên đã nêu , đối tượng chủ yếu của sách “ Lịch sử tiến hóa Trái Đất ” là thầy giáo và sinh viên đại học, cao đẳng về Địa chất và một phần giới Địa lý học, họ cần tham khảo đối chiếu thêm các tài liệu quốc tế. Cách viết thuật ngữ như nêu trên đây sẽ tiện cho bạn đọc kh i muốn tra cứu tài liệu quốc tế, nhằm mở rộng kiến thức cần thiết về Địa học. Trong quá trình biên soạn sách tác giả nhận được sự động viên, khuyến khích của bạn bè, đồng nghiệp ở nhiều cơ quan nghiên cứu và Trường Đại học, nhất là đồng nghiệp ở Khoa Địa chất (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội). Phần lớn hình vẽ do các bạn đồng nghiệp Trần Đăng Quy, Nguyễn Văn Vượng, Mai Thúy Phượng và Nguyễn Đình Nguyên (Khoa Địa chất, Trường ĐHKHTN) và Nguyễn Đức Phong (Viện Nghiên cứu Khoa học Địa chất & Khoáng sản) thực hiện trên máy tính theo maket của bản thảo, số khác do tác giả tự thực hiện. Những hình phục dựng các dạng cá Devon của Việt Nam được GS Janvier Ph. (Viện Cổ sinh vật học. Paris) gửi cho tác giả để sử dụng trong sách này. GS Trần V ăn Trị, PGS Tạ Hòa Phương đã đọc bản thảo và góp nhiều ý kiến quý báu để hoàn thiện sách. Tác giả chân thành tỏ lòng biết ơn sự giúp đỡ và động viên của bạn bè và đồng nghiệp nêu trên. Tác giả cũng xin cảm ơn bạn đọc phê bình góp ý cho nội dung và hình th ức trình bày sách. GS Tống DuyThanh 2 Phần I KHÁI NIỆM CƠ BẢN & CÁC PHƯƠNG PHÁP 3 4 Chương 1 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN & PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1. CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN 1.1.1. Nguyên lý hiện tại Một trong những vấn đề quan trọng bậc nhất của khoa học địa chất là tìm được phương pháp để tìm hiểu lịch sử phát triển của vỏ Trái Đất trong quá khứ. Những tác nhân và hiện tượng hiệu hữu địa chất có quy mô rất lớn và rất đa dạng, phức tạp không thể phân tích trực tiếp chúng trong phòng thí nghiệm như đối với các hiện tượng vật lý, hoá h ọc. Nhà địa chất chỉ có thể làm những thực nghiệm để minh họa một số hiện tượng đã xẩy ra của Địa chất học, còn việc tìm ra những quy luật phát triển của vỏ Trái Đất thì không thể làm thí nghiệm trong các phòng nghiên cứu. Trong giai đoạn phôi thai của Đị a chất học các nhà địa chất chỉ mới tiến h ành công việc mô ả các hiện tượng mà chưa giải thích được chúng do chưa tìm được những phương pháp hữu t hiệu. Trong thế kỷ 18 và đầu thế kỷ 19 do chịu ảnh hưởng thuyết biến hoạ của G. Cuvier (1769 1832) nên các hiện tượng địa chất được quan niệm là đã xuất hiện một cách ngẫu nhiên. Theo thuyết biến hoạ thì các hiện tượng, các sự kiện khổng lồ của thiên nhiên, trong sinh giới và trong địa chất, đã dường như chịu sự chi phối của những lực siêu phàm ngoài tri thức củ a loài người. Những sự kiện địa chất đã xẩy ra một cách tức thời như những tai biến khác hẳn với những sự kiện đang diễn ra hiện nay. Thuyết của G. Cuvier đã có ảnh hưởng đặc biệt lớn trong việc giải thích những hiện tượng biến đổi của sinh giới trong quá khứ xa xôi của địa chất, cứ sau những sự kiện mang tính chất biến hoạ thì thế giới sinh vật bị tiêu diệt rồi sau đó một thế giới mới lại được sinh ra do một lực siêu phàm. Mặc dù G. Cuvier là người có công rất lớn trong tự nhiên học của cuối thế kỷ 18 và đầu thế kỷ 19, nhưng thuyết biến hoạ do ông đề xướng và các học trò của ông kế tục đã có tác dụng kìm hãm sự phát triển của khoa học tự nhiên lúc bấy giờ. Nhà địa chất học người Anh, Ch. Lyell (1797 - 1875) đã có cống hiến nổi bật trong việc thúc đẩy sự phá t triển của Địa chất học nói riêng và Tự nhiên học nói chung. Trong tác phẩm “Nguyên lý Địa chất học” (Principles of Geology) ông đã đề xuất thuyết hiện tại hay hiện tại luận (actualism) để giải thích các hiện tượng địa chất đã và đang xẩy ra trên Trái Đất. Theo đó, các hiện tượng tự nhiên hiện nay đang diễn ra một cách chậm chạp và dần dần, từng bước gây biến đổi bộ mặt của Trái Đất, thì trong quá khứ cũng chính những hiện tượng như thế đã gây ra những biến đổi lớn lao của vỏ Trái Đất . Hiện nay hàng ngày hàng giờ nhiều hiện tượng vẫn đang diễn ra một cách chậm chạp như sự bào mòn, bồi đắp của sông, suối; sự lún chìm chậm chạp của vùng đất, sự di chuyển chậm của bờ biển, của lục địa mà mắt thường khó trông thấy v.v… Trong quá khứ lâu dài chính những hiện tượng như vậy lại đã làm thay đổi bộ mặt của Trái Đất. 5