Đại tuyệt chủng cuối kỷ Permi (còn gọi là tuyệt chủng Permi–Trias, biệt danh “Đại Tử Vong”) xảy ra khoảng 252 triệu năm trước và là cuộc tuyệt chủng nặng nhất trong lịch sử sự sống có hoá thạch. Ước tính phổ biến cho rằng trên 80% — có nghiên cứu cho tới khoảng 90% — loài sinh vật biển biến mất, cùng một phần lớn động vật có xương sống trên cạn và nhiều nhóm côn trùng.
Thủ phạm được ủng hộ mạnh nhất hiện nay là bẫy Siberia: một đợt phun trào bazan khổng lồ ở vùng nay là Siberia, đốt cháy cả các lớp than và đá trầm tích giàu cacbon nằm dưới đất. Lượng CO₂ và khí khác thải ra làm Trái Đất ấm lên dữ dội, đại dương axit hoá và mất ôxy. Định tuổi chính xác cho thấy pha giết chóc chính có thể chỉ kéo dài vài chục nghìn năm.
Trái Đất cuối kỷ Permi trông thế nào
Cuối kỷ Permi, gần như mọi lục địa ghép thành một siêu lục địa Pangea, bao quanh bởi một đại dương duy nhất. Nội địa Pangea khô và có khí hậu lục địa khắc nghiệt; rìa biển nông ấm là nơi sinh vật biển đông đúc nhất. Trên cạn, các bò sát giống thú (synapsid, nhóm tổ tiên xa của thú có vú) như gorgonopsid săn mồi và dicynodont ăn thực vật chiếm ưu thế, cùng nhiều nhóm lưỡng cư lớn.
Dưới biển, các rạn do bọt biển và san hô cổ xây nên, tay cuộn phủ kín đáy biển, cúc đá và bọ ba thuỳ — nhóm đã sống sót qua mọi biến cố trước đó suốt gần ba trăm triệu năm — vẫn còn hiện diện. Rừng thực vật hạt trần và dương xỉ hạt, tiêu biểu là hệ thực vật Glossopteris ở phía nam, phủ nhiều vùng.
Hiểu bức tranh này giúp thấy quy mô thảm hoạ: không phải một vài nhóm yếu biến mất, mà gần như toàn bộ cấu trúc hệ sinh thái biển của Đại Cổ Sinh bị xoá, để Đại Trung Sinh — kỷ nguyên của bò sát và khủng long — bắt đầu trên một mặt bằng gần như trống.
Bẫy Siberia: núi lửa không giống núi lửa thường
“Bẫy” (traps) là tên gọi các vùng bazan lũ, nơi dung nham trào ra từ khe nứt dài chứ không từ một miệng núi hình nón, chảy tràn thành từng bậc như bậc thang. Bẫy Siberia là một trong những tỉnh đá lửa lớn nhất từng biết, phủ một diện tích rộng hàng triệu kilômét vuông nếu tính cả phần bị chôn vùi, với tổng thể tích ước tính lên tới hàng triệu kilômét khối.
Điều làm nó đặc biệt chết chóc là nơi nó phun. Rất nhiều magma không trào ra mặt mà len vào giữa các lớp trầm tích dưới đất thành những vỉa đá xâm nhập. Vùng đó chứa than đá, dầu khí và muối mỏ. Magma nóng nung các lớp này, giải phóng thêm lượng lớn CO₂, mêtan và các khí chứa halogen — có thể còn nhiều hơn lượng khí thoát ra từ chính dung nham. Nhiều nhà nghiên cứu ví nó như việc “đốt” một kho nhiên liệu hoá thạch khổng lồ một cách tự nhiên.
Định tuổi bằng urani–chì trong tinh thể zircon cho thấy các pha phun trào và xâm nhập chính trùng với thời điểm tuyệt chủng trong đá trầm tích. Một nghiên cứu năm 2014 định tuổi lớp đá ở mặt cắt chuẩn Meishan (Chiết Giang, Trung Quốc) cho rằng pha tuyệt chủng chính kéo dài chưa tới khoảng 60 nghìn năm — rất ngắn theo thang địa chất.
Chuỗi cơ chế giết chóc
Giới nghiên cứu ngày nay hình dung một chuỗi tác động nối tiếp, mỗi mắt xích có bằng chứng ở mức độ khác nhau:
| Mắt xích | Điều xảy ra | Mức bằng chứng |
|---|---|---|
| Ấm lên toàn cầu | CO₂ tăng vọt; đồng vị ôxy trong răng của sinh vật biển nhỏ (conodont) cho thấy nước biển nhiệt đới đầu kỷ Trias có thể nóng tới gần 40 °C | Mạnh |
| Biến động chu trình cacbon | Đồng vị cacbon trong đá dao động mạnh, đúng tín hiệu của lượng cacbon “cũ” bị giải phóng ồ ạt | Mạnh |
| Thiếu ôxy và độc hại ở đáy biển | Nước ấm giữ ít ôxy; dấu vết hoá học cho thấy vùng nước thiếu ôxy và giàu hydro sunfua lan rộng | Mạnh đến trung bình |
| Axit hoá đại dương | CO₂ hoà tan làm nước biển axit hơn, đánh vào sinh vật xây vỏ bằng canxi cacbonat | Trung bình, còn tranh luận về mức độ |
| Hydro sunfua thoát lên khí quyển | Giả thuyết cho rằng khí độc từ biển thiếu ôxy bốc lên, làm hại cả sinh vật trên cạn và tầng ôzôn | Giả thuyết, khó kiểm chứng trực tiếp |
Điểm đáng chú ý là tính chọn lọc của thảm hoạ khớp với chuỗi này. Sinh vật có bộ xương canxi cacbonat dày, chuyển hoá chậm, ít khả năng điều chỉnh hoá học cơ thể — như san hô cổ, tay cuộn, huệ biển — chịu thiệt nặng hơn hẳn những nhóm có hệ hô hấp và tuần hoàn mạnh. Đây là “dấu vân tay” của stress nhiệt, thiếu ôxy và axit cùng tác động.
Ai biến mất, ai trụ lại
Danh sách dưới đây là những thay đổi nổi bật nhất được ghi nhận rộng rãi:
- Bọ ba thuỳ: nhóm chân khớp biển sống từ kỷ Cambri, đã suy giảm từ trước, biến mất hẳn ở cuối Permi.
- San hô cổ (san hô bốn tia và san hô vách đáy): biến mất. San hô tạo rạn ngày nay thuộc một nhóm khác, xuất hiện ở kỷ Trias.
- Tay cuộn: từ nhóm thống trị đáy biển trở thành nhóm thứ yếu, nhường chỗ cho thân mềm hai mảnh vỏ.
- Côn trùng: nhiều bộ côn trùng biến mất — đây là lần duy nhất trong năm lần lớn mà côn trùng bị đánh nặng rõ rệt.
- Bò sát giống thú: phần lớn các dòng biến mất; một vài dòng sống sót, trong đó có nhánh dẫn tới thú có vú sau này.
- Lystrosaurus: một dicynodont cỡ con lợn, ăn thực vật, lại trở nên cực kỳ phổ biến đầu kỷ Trias, có mặt ở nhiều lục địa — ví dụ kinh điển của “loài thời thảm hoạ” chiếm lĩnh khoảng trống.
Trên cạn, hồ sơ địa chất đầu kỷ Trias có một “khoảng trống than đá” kéo dài: gần như không có vỉa than mới hình thành trong vài triệu năm, gợi ý rừng đã suy sụp trên diện rộng.
Hồi phục chậm đến mức nào
Sau Đại Tử Vong, sự sống không bật lại ngay. Đầu kỷ Trias đặc trưng bởi hệ sinh thái nghèo nàn: một số ít loài phổ biến khắp nơi, nhiều vùng biển bị phủ bởi thảm vi sinh vật — thứ bình thường bị động vật ăn sạch. Các nghiên cứu ước tính hệ sinh thái biển phức tạp cần khoảng 5 đến 10 triệu năm để tái lập đầy đủ, với các đợt biến động khí hậu xen kẽ làm chậm thêm quá trình.
Khi hồi phục xong, thế giới đã khác hẳn. Biển kỷ Trias có cúc đá thế hệ mới, thân mềm hai mảnh vỏ, các nhóm bò sát biển đầu tiên như thằn lằn cá. Trên cạn, nhánh archosaur — bao gồm tổ tiên cá sấu, thằn lằn bay và khủng long — lớn mạnh. Theo nghĩa đó, sự trỗi dậy của khủng long gắn chặt với khoảng trống do Đại Tử Vong để lại.
Việt Nam cũng có dấu tích của giai đoạn này: các nhà địa chất đã nghiên cứu những mặt cắt đá vôi vắt qua ranh giới Permi–Trias ở miền Bắc. Chi tiết cụ thể nên tra các công bố chuyên ngành; điểm đáng nhớ là ranh giới này được ghi lại trong đá ở nhiều nơi trên thế giới, kể cả quanh ta.
Đọc thảm hoạ trong đá: các nhà khoa học làm thế nào
Muốn biết một cuộc tuyệt chủng xảy ra nhanh hay chậm, cần hai thứ: một mặt cắt đá liên tục không bị đứt quãng, và các lớp có thể định tuổi chính xác. Mặt cắt Meishan đáp ứng cả hai: các lớp đá vôi và sét xếp chồng đều, xen kẽ nhiều lớp tro núi lửa mỏng chứa tinh thể zircon. Zircon khi kết tinh nhận urani nhưng gần như không nhận chì, nên lượng chì đo được về sau chủ yếu do urani phân rã — một chiếc đồng hồ có sai số chỉ vài chục nghìn năm ở tuổi 252 triệu năm.
Song song, các nhà nghiên cứu lấy mẫu dày đặc, có khi từng vài centimet, để ghi lại lần xuất hiện cuối của hàng trăm loài hoá thạch. Khi đặt hai bộ dữ liệu cạnh nhau, họ thấy phần lớn các lần biến mất dồn vào một khoảng rất hẹp, trùng với dao động mạnh của đồng vị cacbon. Ở Siberia, nhóm khác định tuổi chính các vỉa đá núi lửa và đá xâm nhập, rồi so khớp hai “đồng hồ” với nhau.
Cách tiếp cận này có giới hạn: một mặt cắt chỉ kể chuyện của một vùng biển. Vì vậy kết luận chỉ vững khi được lặp lại ở nhiều mặt cắt trên nhiều lục địa — ở Nam Trung Quốc, Iran, dãy Alps, Greenland, Nam Phi và cả Đông Nam Á. Sự trùng khớp giữa các nơi xa nhau là lý do giới khoa học tin rằng đây là một biến cố toàn cầu, nhanh, chứ không phải chuỗi suy tàn địa phương.
Có giống biến đổi khí hậu hiện nay không
Đây là câu hỏi được đặt ra nhiều nhất, và cần trả lời cẩn thận. Giống ở cơ chế: cả hai đều là giải phóng cacbon lưu trữ lâu năm vào khí quyển, gây ấm lên, axit hoá và thiếu ôxy đại dương. Các nhà hải dương học hiện nay đã đo được xu hướng giảm ôxy hoà tan và tăng độ axit của đại dương.
Khác ở quy mô: tổng lượng cacbon mà bẫy Siberia thải ra được ước tính lớn hơn nhiều so với lượng con người đã thải tới nay, và nhiệt độ thời đó tăng nhiều hơn hẳn những gì đang diễn ra. Vì vậy so sánh trực tiếp “ta đang lặp lại Đại Tử Vong” là phóng đại.
Nhưng có một điểm khiến các nhà nghiên cứu thận trọng: nhiều ước tính cho rằng tốc độ thải cacbon hiện nay có thể ngang hoặc nhanh hơn tốc độ trung bình của các đợt phun trào kỷ Permi. Tốc độ quan trọng vì sinh vật cần thời gian để di cư và thích nghi. Bài học đúng mực là: quá khứ cho thấy hệ thống Trái Đất có thể trượt vào trạng thái cực đoan khi chu trình cacbon bị đẩy mạnh, chứ không phải lời tiên tri về một kết cục cụ thể.
Câu hỏi thường gặp
Có phải thiên thạch gây ra tuyệt chủng kỷ Permi không?
Từng có những đề xuất về va chạm thiên thạch, nhưng chưa tìm thấy bằng chứng thuyết phục như hố va chạm đúng tuổi hay lớp iridi toàn cầu. Hầu hết các nhà nghiên cứu hiện nay coi núi lửa Siberia và hệ quả khí hậu, hoá học đại dương là nguyên nhân chính.
Vì sao gọi là bẫy Siberia, có liên quan đến cái bẫy không?
Không liên quan. Chữ “trap” bắt nguồn từ một từ tiếng Thuỵ Điển chỉ bậc thang, mô tả các lớp dung nham bazan chồng lên nhau tạo địa hình dạng bậc. Tiếng Việt dịch là “bẫy” theo âm và nghĩa gốc tiếng Anh, nên dễ gây hiểu nhầm.
Thú có vú có tổ tiên sống sót qua kỷ Permi không?
Có. Thú có vú tiến hoá từ nhóm cynodont, một nhánh của bò sát giống thú đã sống sót qua thảm hoạ cuối Permi. Những thú có vú thật sự đầu tiên xuất hiện muộn hơn, vào cuối kỷ Trias.
Mặt cắt Meishan ở Trung Quốc có gì quan trọng?
Đây là mặt cắt được quốc tế chọn làm chuẩn cho ranh giới Permi–Trias, đánh dấu bằng một “đinh vàng” tại vị trí xuất hiện đầu tiên của một loài conodont. Các lớp tro núi lửa xen kẹp ở đây cho phép định tuổi rất chính xác.
Đại Tử Vong kéo dài bao lâu?
Pha tuyệt chủng chính được nhiều nghiên cứu định tuổi trong khoảng vài chục nghìn năm, có công bố cho rằng chưa tới khoảng 60 nghìn năm. Tuy vậy, môi trường khắc nghiệt và các đợt biến động kéo dài thêm vài triệu năm sau, làm hồi phục rất chậm.
Có loài nào ngày nay sống từ trước kỷ Permi không?
Không có loài nào, nhưng có những nhóm sinh vật tồn tại từ trước, như ốc anh vũ thuộc dòng thân mềm chân đầu cổ, tay cuộn Lingula, sam biển và một số nhóm cá. Chúng là con cháu của những dòng đã trụ qua thảm hoạ, chứ không phải chính các loài thời đó.