Ngày khủng long lìa đời (Kỳ 1)

Nếu vào một buổi tối nhất định cách đây khoảng 66 triệu năm, bạn đứng từ lục địa Bắc Mỹ và nhìn lên trời, bạn sẽ nhanh chóng nhận thấy một thứ hao hao giống một ngôi sao. Ngắm thêm một hoặc hai tiếng nữa, bạn sẽ thấy ngôi sao tưởng chừng như đã tăng độ sáng, dù nó gần như không dịch chuyển. Lý do là bởi đây không phải một ngôi sao mà là một tiểu hành tinh đang hướng thẳng về phía Trái đất với vận tốc khoảng 72,420 km/h. 60 tiếng sau, tiểu hành tinh đâm vào Trái đất. Phần không khí phía trước nó bị nén lại và đốt nóng một cách dữ dội; vụ nổ để lại một cái hố rộng hoác trong bầu khí quyển, sinh ra một cơn sóng xung kích siêu thanh. Vị trí vụ va chạm là một vùng biển nông nơi bán đảo Yucatán (Mexico) tọa lạc ngày nay. Tại thời khắc ấy, kỷ Phấn trắng kết thúc, kỷ Cổ cận bắt đầu.

Một trong các bộ xương Tyrannosaurus rex được tìm thấy tại thành hệ Hell Creek, Montana, Mỹ. Ảnh: James St. John/Flickr

Cách đây vài năm, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos đã sử dụng “Cỗ máy Q” –  một trong những máy tính mạnh nhất thế giới vào thời điểm đó – để mô phỏng tác động của vụ va chạm. Kết quả là một video sử dụng màu giả và hiệu ứng quay chậm để lật lại từng giây của sự kiện này. Chỉ trong vòng hai phút sau khi đâm sầm vào Trái đất, tiểu hành tinh vốn dĩ có đường kính tối thiểu là 9.6km đã đào ra một cái hố va chạm sâu khoảng 29km và bắn tung tóe vào bầu khí quyển các mảnh vụn có tổng khối lượng 25 nghìn tỷ tấn. Hãy thử hình dung nước trong ao bắn tóe lên khi một hòn sỏi rơi xuống, song ở cấp độ hành tinh. Khi vỏ Trái đất bật nảy trở lại, đã có một đỉnh núi cao hơn đỉnh Everest nhô lên. Phần năng lượng được giải phóng còn nhiều hơn cả một tỷ quả bom nguyên tử bị ném xuống Hiroshima, nhưng vụ nổ chẳng hề giống một vụ nổ nguyên tử với đám mây hình nấm quen thuộc. Thay vào đó, thứ phụt lên ban đầu có hình đuôi gà trống – một luồng phun vật chất nóng chảy khổng lồ thoát ra khỏi bầu khí quyển, rồi một phần tủa ra khắp bầu trời Bắc Mỹ. Phần nhiều vật chất này nóng gấp bội so với bề mặt của Mặt trời, và đốt cháy mọi thứ trong phạm vi 1.600km. Ngoài ra, một khối nón ngược làm từ đá nung quá nhiệt cho nóng chảy cũng đã bay lên, phát tán ra ngoài dưới dạng vô số hạt kính nóng đỏ gọi là tectit, rồi che phủ cả bán cầu Tây.

Tiểu hành tinh đã hóa hơi ngay khi va chạm. Vật chất của nó, trộn lẫn với đất đá Trái đất đã hóa hơi, sinh ra một cột khói lửa cao đến nửa đường tới Mặt trăng, trước khi sụp xuống thành một cột bụi nóng sáng. Các mô hình máy tính gợi ý rằng khu vực khí quyển trong phạm vi 2.400km từ vị trí va chạm đã trở nên nóng đỏ do cơn bão mảnh vụn, gây ra các vụ cháy rừng khủng khiếp. Khi Trái đất quay, phần vật chất trên không gặp nhau ở đầu bên kia hành tinh, nơi chúng rơi xuống và thiêu cháy toàn bộ tiểu lục địa Ấn Độ. Các phép đo đạc lượng tro muội che phủ Trái đất sau đó cũng cho thấy rằng gần 70% rừng Trái đất đã chìm trong biển lửa. Cùng lúc đó, các trận sóng thần khổng lồ do vụ va chạm gây ra đã hoành hành khắp vịnh Mexico, phá nát các đường bờ biển, đôi khi bóc đi hàng trăm mét đất đá, đẩy các mảnh vụn vào sâu trong đất liền rồi lại hút chúng trở lại  biển sâu, để lại các lớp chất lắng rối rắm mà người ta đôi khi chạm trán trong khi khoan dầu dưới biển sâu.

Một hố sụt cenote ở bán đảo Yucatán, sinh ra sau khi tiểu hành tinh Chicxulub làm sụp lớp đá vôi trên bề mặt bán đảo 66 triệu năm trước. Ảnh: BBC.

Thiệt hại mới chỉ bắt đầu. Các nhà khoa học vẫn còn tranh cãi về nhiều chi tiết dựa trên các mô hình máy tính, bên cạnh các nghiên cứu thực địa về lớp mảnh vụn, về tốc độ tuyệt chủng, hóa thạch và vi hóa thạch, cùng nhiều manh mối khác. Nhưng nhìn chung, mọi thứ tăm tối một cách đồng nhất. Lượng tro muội từ vụ va chạm và các đám cháy đã ngăn trở nắng chạm tới bề mặt hành tinh trong nhiều tháng. Quá trình quang hợp dừng lại, giết chết gần hết thực vật, tận diệt các sinh vật phù du dưới biển, khiến lượng ôxy trong bầu khí quyển giảm mạnh. Lửa tàn, Trái đất rơi vào một thời kỳ lạnh, thậm chí có thể là đông lạnh sâu (deep freeze). Hai chuỗi thức ăn cốt yếu của Trái đất – dưới biển và trên cạn – sụp đổ hoàn toàn. Khoảng 75% các loài sinh vật bị tuyệt chủng. Hơn 99.9999% sinh vật trên Trái đất chết, và chu kỳ carbon khựng lại.

Chính Trái đất trở nên độc hại. Khi tiểu hành tinh đâm xuống, nó hóa hơi các lớp đá vôi, giải phóng vào bầu khí quyển một nghìn tỷ tấn CO2, mười tỷ tấn mêtan và một tỷ tấn CO – đều là các loại khí nhà kính mạnh. Vụ va chạm cũng hóa hơi đá anhydrit, bắn xối 10 nghìn tỷ tấn hợp chất lưu huỳnh lên không trung. Lưu huỳnh kết hợp với nước thành axit sulfuric, rơi xuống thành các trận mưa axit có thể đã mạnh đến nỗi tuốt hết lá của bất kỳ loài thực vật nào còn sống sót, đồng thời chiết sạch các chất dinh dưỡng từ đất.

Ngày nay, lớp mảnh vụn và tro muội từ vụ va chạm được bảo quản trong trầm tích Trái đất dưới dạng một vạch đen dày bằng một quyển sổ. Đây được gọi là ranh giới K-T, chia kỷ Phấn trắng khỏi kỷ Cổ cận. Vẫn còn đầy rẫy các bí ẩn trên và dưới lớp K-T. Cuối kỷ Phấn trắng, các núi lửa khắp mọi nơi đã phun những lượng khí và bụi lớn vào bầu khí quyển, và nồng độ CO2 trong không khí lớn hơn nhiều ngày nay. Khí hậu lúc đó thuộc vào loại nhiệt đới, và cả hành tinh gần như không có băng. Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn còn biết rất ít về các loại động thực vật sinh sống vào lúc đó; chính vì vậy, họ phải tìm các lớp hóa thạch càng gần ranh giới K-T càng tốt.
Một trong các bí ẩn trọng yếu của cổ sinh vật học là “bài toán ba mét”. Sau gần 150 năm chuyên cần tìm kiếm, chúng ta vẫn chưa tìm thấy một tử thi khủng long nào trong các lớp đất đá 3m bên dưới ranh giới K-T, trong đó 3m ứng với hàng nghìn năm. Do đó, nhiều nhà cổ sinh vật học đã lý luận rằng khủng long đã trên đà tuyệt chủng tận từ trước khi tiểu hành tinh lao xuống, có lẽ là do núi lửa phun trào và biến đổi khí hậu. Các nhà khoa học khác đã phản biện rằng bài toán ba mét chỉ đơn thuần thể hiện khó khăn trong việc kiếm tìm hóa thạch. Theo họ, sớm muộn cũng sẽ có nhà khoa học tìm ra xương khủng long gần ngày diệt vong hơn.

Bị khóa kín trong ranh giới K-T chính là câu trả lời cho các nghi vấn của chúng ta về một trong những sự kiện quan trọng nhất trong lịch sử sự sống trên hành tinh này. Nỗ lực giải mã điều đã xảy ra vào ngày diệt vong đóng vai trò quan trọng không chỉ trong việc giải bài toán ba mét mà còn trong việc lí giải cái căn nguyên của loài người chúng ta.

Ranh giới K-T lộ ra trên một vách đá ở đèo Ratón, bang Colorado, Mỹ. Ảnh: NSF/Kirk Johnson, Denver Museum of Nature & Science

Ngày 5/8/2013, tôi nhận được một email từ một học viên cao học tên là Robert DePalma. Tôi chưa từng gặp DePalma, nhưng chúng tôi đã trao đổi với nhau về các chủ đề trong cổ sinh vật học được nhiều năm, kể từ khi anh đọc một cuốn tiểu thuyết tôi viết xoay quanh viễn cảnh phát hiện ra một hóa thạch khủng long Tyrannosaurus rex bị giết bởi vụ va chạm K-T. “Tôi đã có một phát hiện khó tin và chưa từng có tiền lệ,” anh viết cho tôi từ một trạm nghỉ cho xe tải ở Bowman, North Dakota. “Đây là một vấn đề tuyệt mật mà chỉ mới có ba người khác biết. Tất cả đều là đồng nghiệp thân cận của tôi.” Anh nói tiếp: “Nó độc đáo và hiếm gặp hơn một phát hiện khủng long thông thường. Nếu có thể, cho phép tôi không nói sơ qua các chi tiết bằng đường email.” Anh cho tôi số điện thoại và hẹn thời gian gọi.

Tôi gọi, và anh bảo tôi rằng anh đã phát hiện ra một di chỉ như chỗ tôi đã tưởng tượng ra trong tiểu thuyết của mình, với các nạn nhân trực tiếp của thảm kịch và nhiều thứ nữa. Thoạt đầu, tôi còn hoài nghi. DePalma là một kẻ vô danh trong khoa học, một ứng viên tiến sĩ tại Đại học Kansas, và anh bảo tôi rằng anh đã tìm ra di chỉ này mà không có sự hỗ trợ của cơ quan, không có một cộng tác viên nào. Tôi nghĩ chắc là anh ta đang nói quá, hoặc thậm chí là anh ta bị điên. (Ngành cổ sinh vật học cũng có khá nhiều người bất thường.) Nhưng tôi cũng bị hấp dẫn đủ để bay một chuyến tới North Dakota xem sao.

Phát hiện của DePalma nằm trong thành hệ địa chất Hell Creek, đoạn trồi lên ở các bang North Dakota, South Dakota, Montana và Wyoming, và chứa đựng những lớp đất đá với nhiều hóa thạch khủng long nhất thế giới. Ở thời điểm của vụ va chạm, cảnh quan Hell Creek là các vùng đất trũng và bãi bồi cận nhiệt đới ẩm thấp bên bờ của một biển nội địa. Vùng đất này vốn phong phú sự sống và có điều kiện tốt cho quá trình hóa thạch, với các trận lũ theo mùa và những con sông khúc khuỷu nhanh chóng chôn vùi động thực vật đã chết.

Các thợ săn khủng long lần đầu phát hiện các lớp hóa thạch phong phú này vào cuối thế kỷ XIX. Năm 1902, Barnum Brown – một thợ săn khủng long có tính khoa trương làm việc tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ ở New York – đã tìm thấy con Tyrannosaurus rex đầu tiên tại đây, gây náo động cả thế giới. Một nhà cổ sinh vật học đã ước tính rằng vào kỷ Phấn trắng, Hell Creek nhan nhản khủng long bạo chúa như là linh cẩu ở Serengeti. Đây cũng là nhà của các loài khủng long ba sừng và mỏ vịt.

Thành hệ Hell Creek bao hàm các kỷ Phấn trắng và Cổ cận, và các nhà cổ sinh vật học đã biết được ít nhất là 50 năm nay rằng một sự kiện tuyệt chủng đã xảy ra vào lúc đó, bởi khủng long được tìm thấy ở bên dưới, nhưng không bao giờ ở bên trên lớp K-T. Đây là hiện thực không chỉ tại Hell Creek mà trên cả thế giới. Trong nhiều năm, các nhà khoa học đã tin rằng vụ tuyệt chủng K-T không phải là một bí ẩn: trong hàng triệu năm, các hoạt động núi lửa, biến đổi khí hậu và những sự kiện khác dần dần tận diệt nhiều dạng sự sống. Nhưng cuối những năm 1970, một nhà địa chất trẻ tên là Walter Alvarez cùng cha là nhà vật lý hạt nhân Luis Alvarez đã phát hiện ra rằng lớp K-T có các lượng iridi – một kim loại hiếm – cao bất thường, và họ đưa ra giả thuyết rằng chúng đến từ phần bụi còn sót lại của một vụ va chạm tiểu hành tinh. Trong một bài viết xuất bản trên báo Science năm 1980, họ gợi ý rằng vụ va chạm này lớn đến nỗi gây tuyệt chủng hàng loạt, và lớp K-T chính là tàn tích từ sự kiện ấy. Hầu hết các nhà cổ sinh vật học đã phủ nhận ý tưởng rằng một cuộc chạm trán bất ngờ và ngẫu nhiên với phế phẩm vũ trụ đã làm thay đổi chóng vánh quá trình tiến hóa của sự sống trên Trái đất. Nhưng trong các năm sau đó, bằng chứng cứ tiếp tục chất chồng cho đến khi một bài viết năm 1991 công bố bằng chứng không thể chối cãi: một hố va chạm bị chôn vùi dưới hàng nghìn mét trầm tích ở bán đảo Yucatán, với niên đại, kích thước và đặc điểm địa hóa học phù hợp với một tai biến toàn cầu. Hố va chạm và tiểu hành tinh đã được đặt tên là Chicxulub, theo một thị trấn nhỏ của người Maya nằm gần tâm chấn.

Năm 2010, trong một bài viết mang tính bước ngoặc trên báo Science, 41 nhà nghiên cứu từ nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau đã thông báo rằng mọi chuyện đã ngã ngũ: một vụ va chạm của một tiểu hành tinh khổng lồ đã gây ra sự kiện tuyệt chủng. Nhưng sự phản đối hãy còn sôi nổi. Giả thuyết chính chống lại ý tưởng này cho rằng các vụ phun trào núi lửa khổng lồ ở vùng Deccan, Ấn Độ ngày nay đã phun đủ lưu huỳnh và CO2 vào bầu khí quyển để gây ra một sự chuyển dịch khí hậu. Bắt đầu từ trước vụ va chạm K-T và còn tiếp diễn sau đó, các vụ phun trào này thuộc vào hàng lớn nhất trong lịch sử Trái đất, kéo dài hàng trăm ngàn năm, chôn vùi hàng triệu kilômét bề mặt Trái đất dưới hơn 1km nham thạch. Theo những người ủng hộ ý tưởng này, lỗ hổng ba mét bên dưới lớp K-T là bằng chứng rằng sự tuyệt chủng hàng loạt đã bắt đầu tận từ trước khi tiểu hành tinh đâm xuống.

Năm 2004, DePalma, bấy giờ là một sinh viên 22 tuổi học cử nhân ngành Cổ sinh vật học, đã bắt đầu khai quật tại một di chỉ nhỏ thuộc thành hệ Hell Creek. Di chỉ này từng là một ao nước, và phần đất lắng chứa các lớp trầm tích rất mỏng. Thông thường, một lớp địa chất có thể biểu hiện hàng nghìn hoặc hàng triệu năm. Nhưng DePalma đã cho thấy rằng mỗi một lớp trầm tích đã được đặt xuống chỗ đất lắng này trong một trận giông tố lớn. Anh nói: “Chúng tôi đã thấy được lúc cây mới ra lộc, và cả lúc các cây bách rụng lá kim vào mùa thu”. Quan sát các lớp đất giống như lần giở một cuốn cổ sử ghi lại nhiều thập kỷ sinh thái trên những trang sách nghẽn bùn. Thầy hướng dẫn của DePalma, nhà cổ sinh vật học Larry Martin quá cố, đã thôi thúc anh đi tìm một di chỉ tương tự, với các lớp đất gần ranh giới K-T hơn.

Giờ đây, DePalma đã 37 tuổi, nhưng vẫn tiếp tục làm việc để lấy bằng Tiến sĩ. Anh giữ chức nhân viên phụ trách không lương về mảng cổ sinh vật không xương sống tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Palm Beach, một bảo tàng hãy còn non trẻ, túng thiếu và không có không gian trưng bày. Năm 2012, trong khi kiếm tìm một chỗ đất lắng từng là một ao nước khác, anh nghe nói một nhà sưu tập tư nhân đã tình cờ tìm ra một di chỉ bất thường ở một nông trại gần Bowman, North Dakota. (Phần nhiều đất Hell Creek là của các chủ tư nhân, và các chủ trại gia súc sẽ bán quyền đào xới cho bất kỳ ai trả hậu hĩnh, bất kể là nhà cổ sinh vật học hay kẻ thu gom hóa thạch vì mục đích thương mại.) Nhà sưu tập nói trên cảm thấy rằng di chỉ này – một lớp dày 0.9m lộ ra trên bề mặt – là một điều to tát: nó đầy rẫy các hóa thạch cá, nhưng chúng mỏng manh đến nỗi vừa gặp không khí đã nát vụn. Những xác cá được bọc trong các lớp bùn cát ẩm, rạn nứt và chưa từng rắn lại; chúng nhẹ đến độ có thể dùng xẻng đào lên hoặc xé ra bằng tay. Tháng 7/2012, nhà sưu tập cho DePalma xem di chỉ và bảo rằng anh được chào đón tại đây.

“Tôi bị thất vọng ngay lập tức”, DePalma nói. Anh đã mong chờ một di chỉ như chỗ anh đã khai quật hồi trước: một ao nước cổ với các lớp có hạt mịn, chứa các hóa thạch trải dài nhiều mùa, nhiều năm. Thay vào đó, mọi thứ đã được đổ xuống trong một trận lũ duy nhất. Nhưng trong lúc mò mẫm, DePalma nhận thấy tiềm năng. Trận lũ đã chôn vùi mọi thứ ngay lập tức, nên các mẫu vật được bảo tồn đẹp đẽ. Anh tìm thấy nhiều xác cá nguyên vẹn – điều hiếm gặp ở thành hệ Hell Creek – và đồ rằng mình có thể lôi chúng ra một cách toàn vẹn nếu làm việc cực kỳ cẩn thận. Anh đồng ý trả tiền cho chủ nông trại theo từng mùa anh làm việc tại đó. (Các điều khoản chi tiết, theo thông lệ tiêu chuẩn trong cổ sinh vật học, đều được giữ bí mật. Di chỉ hiện đang được cho thuê lâu dài).

Tháng bảy năm sau, DePalma trở lại di chỉ cho một cuộc khai quật sơ bộ. “Gần như ngay lập tức, tôi nhận ra sự bất thường,” anh kể cho tôi. Anh bắt đầu đào xới các lớp đất đá bên trên chỗ anh tìm thấy lũ cá. Phần đất này thường là vật chất lắng xuống một thời gian dài sau khi các mẫu vật đã chết; chúng không khiến các nhà cổ sinh vật học hứng thú và thường bị quẳng đi. Nhưng vừa mới đào, DePalma đã thấy các hạt trắng xám trong các lớp đất đá giống như các hạt cát, và dưới thấu kính cầm tay, chúng hiện ra là các quả cầu tí hon và các khối hình giọt bị kéo dài. DePalma kể: “Tôi đã nghĩ: ôi cha mẹ ơi, chúng giống y như microtectit!” Microtectit là các giọt kính được tạo ra khi đá nóng chảy bị bắn vào không khí bởi một vụ va chạm tiểu hành tinh rồi rơi trở lại Trái đất thành một trận mưa rào bị làm rắn lại. Di chỉ dường như chứa hàng triệu mẫu vật như vậy.

Tiếp tục khai quật các lớp phía trên, DePalma bắt đầu tìm thấy một tập hợp hóa thạch phi thường, vô cùng mỏng manh nhưng được bảo quản tốt đến mức đáng kinh ngạc. “Có những vật chất thực vật tuyệt vời trong đó, đan xen hết vào với nhau”, anh kể lại. “Có các khúc gỗ chất chồng, có cá bị ép vào rễ cây bách, có thân cây dính đầy hổ phách.” Hầu hết các hóa thạch bị san phẳng bởi áp lực từ tầng đá phía trên, nhưng tại đây mọi thứ đều ba chiều, kể cả những con cá, bởi chúng đã bị chôn vùi cùng một lúc vào lớp trầm tích – thứ đóng vai trò chống đỡ áp lực bên trên. DePalma kể: “Có thể thấy da, thấy vây lưng nhô ra từ các trầm tích. Thấy cả những loài mà khoa học chưa từng biết đến”. Càng đào, anh càng nhận thức được sự quan trọng của thứ anh đã tìm ra. Nếu di chỉ này giống như DePalma mong đợi, anh đã có phát hiện cổ sinh vật học quan trọng nhất của thế kỷ mới.□
(còn nữa)

Nguyễn Bình dịch
Nguồn: “The Day The Dinosaurs Died”, The New Yorker. newyorker.com/magazine/2019/04/08/the-day-the-dinosaurs-died