Làm sao loài người biết được tuổi của đá?

Câu hỏi đặt ra là làm sao để biết tuổi của Trái Đất 4,54 tỷ năm, thời kì băng hà cuối cùng (lượng băng trên Trái đất là cực đại) là 10.000 năm, hay các nhà khoa học tìm thấy hóa thạch 90 triệu năm của loài B. Vậy các nhà khoa học đá xác định tuổi đá, hóa thạch, hay các sự kiện địa chất xảy ra hàng tỷ năm trong quá khứ bằng cách nào?

Sơ qua về đá, trong lớp vỏ Trái đất của chúng ta có 3 loại đá chính: đá magma (các dòng dung nham đi dưới lòng đất đi lên rồi động nguội mà thành), đá trầm tích (ví dụ như cát được vận chuyển theo sông suối từ thượng nguồn về, gặp điều kiện thuận lợi cát sẽ lắng đọng, lớp này phủ chồng lên lớp kia, nén ép mà thành đá), đá biến chất (là đá được biến đổi từ đá trầm tích hoặc magma ban đầu, dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất mà bị biến đổi).

Đá trầm tích cuội kết được hình thành do sự lắng đọng, gắn kết, và nén ép các viên cuội mà thành.

Về tuổi của các đối tượng địa chất (đá, hóa thạch..) có hai loại: tuổi tương đối (A trẻ hơn B, B cổ hơn C) và tuổi tuyệt đối (xác định rõ đá đó hình thành cách đây bao nhiêu triệu năm). Ví dụ như đá cuội kết ở hình trên, viên cuội thực ra được phá vỡ, vận chuyển mài mòn từ một loại đá khác ở thượng nguồn, chúng ta không thể định tuổi tuyệt đối viên cuội rồi kết luận đó là tuổi hình thành của đá cuội kết này ở hạ nguồn, đó là nhầm lẫn. Trong trường hợp này, các nhà cổ sinh vật học sẽ xem các sinh vật bị hóa đá và chôn vùi cùng viên cuội kia, rồi xác định tuổi của hóa thạch đó (bằng các đặc trưng về giống, loài..), từ đó tính tuổi hình thành tương đối của đá cuội kết này.

Trong ví dụ dưới đây, người ta biết đá C cắt vào đá B (đã biết 1.1 triệu năm) nhưng lại bị phủ bởi đá A (đã biết 1 triệu năm), như vậy hình thành tương đối của đá C là trong khoảng 1.1 – 1 triệu năm.

Cách xác định tuổi tuyệt đối của đá dựa vào hệ đồng vị. Ví dụ như hệ đồng vị Urani – Chì (U/Pb), đá magma sau khi đông nguội có chứa Urani (đồng vị mẹ - parent), Urani sau đó theo thời gian sẽ phân rã ra chì - Pb (đồng vị con – Daughter). Bằng máy móc người ta có thể đếm được trong đá còn bao nhiêu nguyên tử mẹ và số nguyên tử con ở thời điểm hiện tại rồi tính ra thời gian hình thành bằng phương trình phân rã phóng xạ:

Ở đó, λ là hằng số phân rã, D* là số đồng vị con được phân rã ra, N là số đồng vị mẹ còn lại.
Có nhiều hệ đồng vị có thể được áp dụng để định tuổi tuyệt đối của đá. Như thống kê ở bảng dưới, phương pháp C14 có thể định tuổi cho các vật liệu hữu cơ như than đá, thân cây hóa đá, hóa thạch, xương…

Phương pháp định tuổi tuyệt đối khá tốn kém và còn nhiều sai số nhất định, hy vọng với tiến bộ của khoa học kỹ thuật trong thời gian tới có thể khác phục được 2 vấn đề trên.

Hệ thống máy định tuổi SHRIMP (Sensitive high-resolution ion microprobe).

Ở Việt Nam, tính đến thời điểm hiện tại thì đá cổ nhất được tìm thấy có tuổi khoảng 2,9 tỷ năm ở khu vực tây bắc Việt Nam (Lào Cai, Yên Bái).

Và nói về ngành khoa học trái đất có rất nhiều câu hỏi thú vị, trên thang thời gian, liệu con người có diệt vong như đế chế khủng long thứ 2? Hành tình sống nào kế tiếp? ... và còn rất nhiều câu hỏi cần câu trả lời rõ ràng hơn từ loài người.

• Làm sao để đưa Trạm Vũ trụ Quốc tế về lại Trái đất?
• Làm thế nào đo được nơi sâu nhất Trái đất?