PHẦN 1

Hoá thạch hình thành ra sao mà nó lại có giá trị tới vậy?

Ngành khảo cổ học là một ngành rất phát triển và được chú trọng từ lâu đời vì con người luôn mong muốn được khám phá quá khứ. Họ tìm tòi những tàn tích từ xa xưa, những ngôi mộ, cổ vật, địa hình và một phần không thể thiếu nữa là những hóa thạch. Trong việc khám phá quá khứ, hóa thạch là một phần cực kì quan trọng vì nó phản ảnh được những hình thức sống đã từng tồn tại trên thế giới này. Trong bài viết này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu một số vấn đề về hóa thạch.

Về cơ bản, bằng cách nghiên cứu các hóa thạch , bạn có thể khám phá những câu hỏi như: Những dạng sống đầu tiên trên hành tinh của chúng ta là gì ?, Chúng đến từ đâu ?, điều gì xảy ra với chúng ?, sự sống trên trái đất thay đổi theo thời gian như thế nào ?, khí hậu trái đất thay đổi theo thời gian ra sao? Các dạng sống mới tiến hóa ra sao và liệu chúng có liên quan đến những loài trong quá khứ? …Những câu hỏi này rất phức tạp và chúng ta đã mất nhiều năm để nghiên cứu chúng nhắm giải quyết vấn đề lịch sử của hành tinh. Hóa thạch là một nguồn tư liệu tuyệt vời nhất có thể làm sáng tỏ một cách sâu sắc phần nào các câu hỏi phức tạp bên trên.

Điều kiện hình thành

Hóa thạch chỉ hình thành trong điều kiện rất cụ thể, đó có thể là cacbon hóa, đông lạnh, ở trong đá hoặc bọc trong một chất như nhựa hoặc màu hổ phách. Mà những điều kiện này không hề dễ dàng có được ở khắp mọi nơi và mọi thời kì. Vì lý do này , chỉ có một phần nhỏ của các sinh vật đã tồn tại trên trái đất xuất hiện trong các mẫu hóa thạch. Chưa kể phần lớn các mẫu hóa thạch còn không hoàn hảo tuy rằng hiện đại có những chương trình hiện đại để tái tạo nhưng chúng cũng không hoàn toàn sát thực. Vì vậy tuy rằng việc nghiên cứu là rất quan trọng nhưng nó cũng rất khó khăn và đòi hỏi nhiều công sức.

Những kiến thức về hóa thạch rất rộng và đòi hỏi những hiểu biết về địa chất, trước hết chúng ta sẽ tìm hiểu một chút về địa chất trái đất và những ảnh hưởng của nó tới việc hình thành hóa thạch. Trái đất vận động thường xuyên, từ từ và có sự tách biệt các lục địa, các vận động nội chất ở bên trong. Tất cả các hoạt động này sẽ tác động đẩy lớp mới của đất đá bao phủ lên bề mặt cũ. Đây là lý do tại sao một số tảng đá có lớp, xuất hiện các đường sọc dọc hoặc xoáy thay vì lớp ngang . Nó cũng là lý do tại sao đá cùng độ tuổi có thể được tìm thấy trong nhiều nơi khác nhau trên thế giới (do sự chuyển động của bề mặt trái đất đã kiến tạo địa chất từ nơi này đến nơi khác). Chúng ta có thể thấy được hai điểm quan trọng để hiểu về hóa thạch. Một là đá trầm tích tạo nên bề mặt trái đất . Hai là quá trình vận động của Trái Đất có tác động lớn đến việc nơi khối đá trầm tích xuất hiện cũng như cách các sinh vật bị ảnh hưởng trong quá trình vận động lục địa.

Mặc dù có những trường hợp ngoại lệ , hầu hết các loại hóa thạch hình thành trong đá trầm tích. Mặc dù một sinh vật có thể hình thành lên hóa thạch hay không đều được quyết định bởi rất nhiều những nhân tố, nhưng có 3 nhân tố cơ bản nhất:

Sinh vật nhất thiết phải có những bộ phận cứng khó phân hủy như xương, vỏ răng và gỗ... sau đó ở vào một điều kiện vô cùng thuận lợi cho dù là những sinh vật mềm yếu như côn trùng hoặc sứa cũng có thể tạo hình thành lên hóa thạch.

Sinh vật khi chết phải được bảo vệ để tránh khỏi những tác động phá hủy, nếu như các phần cơ thể của nó bị nghiền nát hoặc bị ăn mòn thì khả năng tạo thành hóa thạch của sinh vật không thể thực hiện được.

Sinh vật cần thiết phải được chôn xuống và bao phủ bởi những vật chất có thể giúp nó chống lại những điều kiện khắc nghiệt có thể khiến nó bị phân rã. Xác của những sinh vật ở biển thường rất dễ hình thành hóa thạch. Bởi vì xác sinh vật biển chết sau khi lắng xuống đáy biển bị cát phủ lấp, cát trong những niên đại địa chất sau đó sẽ biến thành đá vôi (limestone) hoặc diệp thạch (schist), những trầm tích nhỏ (sediment) nhỏ không dễ làm tổn hại đến xác của sinh vật.

Sau đây thì chúng ta sẽ tìm hiểu về vài loại hóa thạch quen thuộc.

Hóa thạch đá trầm tích

Hầu hết các bộ xương khủng long mà bạn nhìn thấy trong bảo tàng tồn tại trong đá trầm tích. Hóa thạch hình thành khi một con khủng long chết trong một khu vực có nhiều di chuyển trầm tích , như đại dương, sông, hồ. Một trong những nơi này là vùng đáy - phần sâu nhất của những khu vực nước . Trầm tích sẽ nhanh chóng bao phủ lấy con khủng long, cung cấp cho cơ thể nó một số bảo vệ từ môi trường. Phần mềm của con vật cuối cùng vẫn bị phân hủy nhưng cuối cùng thì phần cứng thành phần từ khoáng, canxi và các chất vô cơ (xương, răng, móng vuốt) vẫn sẽ tồn tại với hình dạng tương đối giống ban đầu. Trong những điều kiện nhất đinh, cơ thể có thể hóa thạch.

Nếu có những chất khoáng như ôxit sillic tới lấp đầykhoảng trống thì sẽ đúc thành một sinh vật bằng đá giống với con vật trước kia. Điều này có thể xảy ra với các dấu vết khác nữa , như hang hốc và đường hầm. Một số hóa thạch không hoàn hảo khác bao gồm coprolites (phân hóa thạch ), dấu răng trên xương hoặc gỗ, tổ . Trầm tích thậm chí có thể bảo tồn được cả dấu vết của thực vật. Dấu vết thực vật có thể hiện diện trong trầm tích cứng hoặc trở thành gỗ hóa đá sau khi trải qua quá trình tương tự như hóa thạch xương khủng long. Loại hóa thạch trầm tích là phổ biến nhất và có mặt ở mọi nơi trên trái đất.

Hóa thạch trong một số hình thức khác

Ngoài ở trong đá trầm tích thì có một số cách khác để hóa thạch tồn tại. Trong thực tế thì những hóa thạch đẹp nhất đươc tìm thấy trên thế giới lại phổ biến ở những dạng này chứ không phải trầm tích. Sau đây xin đề cập đến một hình thức hóa thạch đặc biệt này.

Nếu con vật chết trong khu vực khô ráo trong như trong hang động, nó có thể làm được ép, phơi khô. Những hóa thạch loại này gọi là hóa thạch xác ướp (cho dù chúng không có điểm chung với việc ướp xác kiểu Ai Cập). Chỉ cần mất đi các chất hữu cơ, nước và mọi thứ có thể làm môi trường cho vi khuẩn là những hóa thạch này có thể được bảo quản rất lâu và giữ được một số mô mềm như vỏ, cánh. Nhưng các loài động vật càng to thì càng khó có khả năng trở thành hóa thạch theo hình thức này. Chủ yếu là các loài giáp xác, côn trùng.

Một hình thức khác của hóa thạch là đóng băng. Nhiệt độ băng đá có thể làm chậm tốc độ vi khuẩn hủy hoại cơ thể. Lớp băng cũng có thể ngăn chặn những kẻ săn mồi. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra cơ thể voi ma mút được bảo quản tốt trong vùng băng giá và có giá trị nghiên cứu rất lớn. Nói chung hình thức hóa thạch này cũng rất ổn nhưng không có được độ bền như các hóa thạch khô. Ngoài ra thì những hóa thạch trong băng cũng khá hiếm hoi.

Một hình thức khác là khi con vật bị bao phủ bởi paraffin hoặc hắc ín. Dầu hỏa và các loại sáp giúp bảo vệ các mô mềm, các chất nhựa thì bảo vệ phần cứng. Một ví dụ điển hình trong phương thức này là các động thực vật được bảo quản trong một bảo tàng ở Los Angeles (Mỹ). Một số mẫu vật ở đây được khai quật từ các hố hắc ín và hầu như chúng chỉ chuyển màu do hấp thụ hắc ín qua lỗ chân lông. Một thành phần khác có thể dùng để bảo quản là than bùn.

Và loại hóa thạch được coi là tuyệt phẩm đẹp là loại nằm trong hổ phách. Thời nay thì chúng ta vẫn coi chúng là vật trang trí đắt tiền và có giá trị trao đổi lớn. Hổ phách tên khoa học là succinum, là nhựa của các loài cây lá kim, chủ yếu là nhựa loài thông cổ Pityoxylon succinifer Kauss nay đã tuyệt chủng. Bản thân hổ phách cũng là một dạng hóa thạch động vật.. Hổ phách thường gặp dưới dạng khối nhựa cứng hoặc dạng nhũ đá với các khối to nhỏ không đều nhau, nhìn trong suốt với màu rất đẹp. Động vật nằm trong khối hổ phách thường là một số loài côn trùng sống gần cây.

Nhìn chung thì tất cả các dạng hóa thạch đều mang một tầm quan trọng nhất định, giúp các nhà khảo cổ có thể nghiên cứu giải quyết nhiều câu hỏi bí ẩn. Hãy đón đọc phần tiếp theo về cách các nhà khoa học tìm và phục hồi các hóa thạch.

PHẦN 2

Như ở phần trước, chúng ta đã có thể biết sơ lược qua về hóa thạch. Hóa thạch được tạo ra như thế nào và một số loại hóa thạch căn bản nhất.

Phần tiếp theo này chúng tôi sẽ đề cập sâu hơn về việc tìm và nghiên cứu hóa thạch. Các nhà khảo cổ học đã tìm tòi khám phá về hóa thạch từ cách đấy rất lâu cho dù việc tìm chúng là rất gian khổ và khó khăn. Trong thời đại hiện đại, máy móc và thiết bị tiên tiến đã giúp ích cho họ rất nhiều. Và cho đến nay, các hóa thạch vẫn đang tiếp tục tiết lộ những gì đã diễn ra trong quá khứ.

Hành trình tìm kiếm khó khăn

Để tìm hiểu các loài động vật trong tự nhiên sẽ đòi hỏi các nhà sinh vật học bắt đầu với môi trường sống cũng như thói quen của chúng. Ví dụ như nếu muốn tìm hiểu về chuột túi thì sẽ phải tới Úc, gấu trúc thì đương nhiên phải đi Trung Quốc. Điều này cũng đúng với các nhà khảo cổ khi tiến hành tìm kiếm hóa thạch. Nếu tìm voi ma mút hay một số loài tương tự thì khu vực được khoanh vùng là các vùng lạnh, lãnh nguyên, sông băng … Với các hóa thạch đá trầm tích thì sẽ phải tìm đến các vùng đá có cùng độ tuổi với loại hóa thạch muốn tìm kiếm. Để làm được điều này thì các nhà khảo cổ đã phải nghiên cứu rất nhiều về địa chất, địa hình, tham khảo các loại bản đồ, phân tích các mẫu vật từ môi trường.

Việc xác định độ tuổi hóa thạch cũng không hề đơn giản. Trong những thế kỉ trước, khi mà khoa học chưa phát triển hiện đại, người ta xác định tuổi hóa thạch bằng cách nghiên cứu tuổi của một lớp đá trong khu vực. Sau đó các nhà khoa học sẽ nghiên cứu các hóa thạch trong đó và so sánh chúng với các hóa thạch được tìm thấy ở các địa điểm khác để có thông tin. Hiện nay thì người ta sẽ sử dụng một phương pháp gọi là định tuổi bằng carbọn phóng xạ. Đó là phương pháp sử dụng C- 14 để xác định tuổi của vật liệu hay mẫu có chứa cacbon với độ tuổi lên tới 60.000 năm. Kỹ thuật này do nhà hóa lý Willard Libby phát minh năm 1949. Thực vật cố định cacbon trong khí quyển trong quá trình quang hợp do vậy mức Carbon-14 trong thực vật và động vật khi chúng chết xấp xỉ mức C- 14 có trong khí quyển ở thời điểm đó. Tuy nhiên, lượng cacbon-14 sau đó giảm đi do quá trình phân rã, cho phép các nhà khảo cổ xác định được niên đại mà thực vật chết hoặc thời điểm nó cố định cacbon lần cuối. Mức ban đầu dùng cho tính toán có thể ước lượng được, hoặc so sánh trực tiếp với dữ liệu đã biết theo chuỗi thời gian từ dữ liệu đếm vòng-cây lên tới 10.000 năm trở về trước (sử dụng các dữ liệu bổ sunng từ các cây còn sống và đã chết xung quanh vùng đó), hoặc từ các hang trầm tích (speleothems), cho phép xác định niên đại tới 45.000 năm từ hiện tại. Kết quả tính toán hoặc sẽ cho biết tuổi của mẫu gỗ hay xương lúc động- thực vật chết.

Tuy nhiên có rất nhiều hóa thạch có niên đại ngoài mức phương pháp carbon phóng xạ có thể các định được và những trường hợp này thực sự gây khó khắn. Ví dụ như để tìm kiếm những hóa thạch khủng long thì phải tìm được khu vực đá cổ khoảng 65 triệu năm tuổi, hóa thạch bọ ba thùy thì phải tìm tìm những khu vực có từ lâu đời hơn nữa vì thời đại của chúng cách đây tận 245 triệu năm tuổi. Và nếu muốn nghiên cứu vi khuẩn lam từ cổ xưa nhất trên trái đất thì cần tìm thấy khu vực nào đó có tuổi thọ khoảng 3,5 tỉ năm tuổi. Nhìn chung là mọi thứ chỉ mang tính chất tương đối, việc tìm kiếm được hóa thạch hay không đôi khi chỉ mang tính hên xui may mắn dù hiện đại đã phát triển nhiều công nghệ trợ giúp. Thêm một vấn đề nữa là hóa thạch rất hiếm vì vậy nhiều trường hợp mất thời gian công sức tìm ra nhưng cuối cùng sau khi xác định lại không phải là hóa thạch.

Khai quật và đảm bảo hiện trạng

Như đã đề cập ở phần trước trong quá trình hình thành hóa thạch, các sinh vật sẽ phải ở trong một môi trường nhất định đảm bảo rất nhiều yếu tố. Chính vì lý do này mà lượng hóa thạch là rất nhỏ so với lượng động thực vật đã từng tồn tại. Chỉ một phần nhỏ các loài trở thành hóa thạch. Bên cạnh đó thì may mắn rằng hóa thạch là thứ có thể tồn tại được hàng triệu năm, chịu được nhiều áp lực từ môi trường. Chúng rất quan trọng, cần cẩn thận khi khai quật và bảo quản. Một khi những nhà khai quật nghiệp dư tìm ra được mẫu vật thì họ sẽ được khuyến khích liên hệ với bảo tàng hoặc những cơ sở nghiên cứu để hỗ trợ, đảm bảo tình trạng tốt nhất.

Quá trình khai quật đòi hỏi sự cẩn thận và tỉ mẩn vô cùng, những dụng cụ chuyên nghiệp cũng những chuyên gia là điều cần thiết. Có nhiều trường hợp một nơi còn lẫn hóa thạch của vài loại động vật, phải rất chuyên nghiệp để lấy chúng ra an toàn. Với những bộ xương lớn, các nhà khảo cổ thường phải bọc chúng trong thạch cao để di chuyển đến nơi nghiên cứu. Các công cụ để bóc tách lớp đất bám trên hóa thạch cũng rất quan trọng, nhiều trường hợp người ta phải phun sương để làm mềm lớp trầm tích.Trong trường hợp hóa thạch có độ giòn cao, việc loại bỏ lớp bám có nguy cơ làm vỡ hoặc sứt hóa thạch thì lại phải tìm đến những cách khác. Thường thì các nhà nghiên cứu sẽ củng cố cấu trúc xương bằng một lớp nhựa/keo, phương pháp này đòi hỏi nhiều công đoạn và cần được chăm sóc kỹ.

Sau khi hóa thạch được lấy ra từ đá, các nhà khoa học có thể xác định tuổi của bằng một máy quang phổ khối lượng, đo đồng vị phóng xạ. Các công cụ khác bao gồm máy vi tính chụp cắt lớp (CAT) quét và mô hình máy tính. Nếu là loại động vật có xương sống, giới cổ sinh vật học cũng có thể tiếp cận bộ xương g như một trò chơi ghép hình khổng lồ, họ cố gắng tìm ra cách sắp xếp bộ xương để xác định cách sống và di chuyển của loài.

Những gì đạt được

Mục tiêu của tất cả những khó khăn, công việc trên chính là phục vụ cho mục đích nghiên cứu. Nghiên cứu hóa thạch có thể đưa đến nhiều thông tin về mọi mặt chứ không đơn thuần chỉ mang tính sinh vật học. Khi nghiên cứu một lớp đá, các nhà khoa học tìm kiếm về những hóa thạch trong lớp đá đó và xác định những loài nào sống cùng trong thời điểm đó. Qua nhiều nghiên cứu, cuộc sống trên trái đất quả hàng tỷ năm cũng dần được bộc lộ qua hóa thạch. Tất cả những cuộc tìm kiếm đều nhằm tạo nên một bộ sưu tập hóa thạch qua các niên đại trên trái đất.

Hóa thạch cung cấp nhiều manh mối về cuộc sống trong quá khứ. Dưới đây là một số ví dụ :

• Sự gia tăng đột ngột về số lượng hóa thạch tảo có thể liên quan đến sự thay đổi nguồn thực phẩm, khí hậu
• Hóa thạch phấn hoa có thể tiết lộ các loài cây và thực vật tăng trưởng trong thời gian cụ thể, ngay cả vơi những loài không có hóa thạch
• Sự khác biệt về kích thước của các vòng trong hóa thạch gỗ có thể tương ứng với sự thay đổi khí hậu.

Ngoài ra các hóa thạch qua từng thời kì còn giúp rất nhiều trong việc nghiên cứu về tiến hóa. Ví dụ như việc có hóa thạch của loài ngựa tiền sử để so sánh với hiên đại hay sự tương đồng giữa xương khủng long tiền sử với xương chim hiện đại cho thấy rằng có lẽ một số loài khủng long đã tiến hóa thành chim … hoặc nhiều hóa thạch được nhìn nhận như là loài trung gian với những loài quá khứ và hiện tại. Các nhà khoa học cũng có thể sử dụng hóa thạch để tìm hiểu về cuộc sống trước đây, những dấu vết trên đó thể hiện cách sinh hoạt. Một minh chứng rõ ràng nhất đó chính là con người. Một loạt các mẫu hóa thạch, hộp sọ đã cho biết về các chủng người qua từng thời kì và những tiến hóa trong sinh hoạt của họ.

Kết

Việc tìm kiếm và nghiên cứu hóa thạch đã đem đến nhiều thành tựu lớn về nghiên cứu lịch sử trái đất. Các nhà khoa học ngày càng nỗ lực để có những khám phá mới. Nhiều khu vực chưa từng khai phá cũng đang dần được tìm hiểu và khai quật. Hi vọng rằng với nỗ lực của các nhà nghiên cứu cũng như sự phát triển hiện đại của công cụ máy móc, chúng ta ngày càng thành công và hiểu nhiều hơn về quá khứ của nhân loại.