Khủng long (trừ nhánh đã tiến hoá thành chim) biến mất vào khoảng 66 triệu năm trước, ở ranh giới giữa kỷ Phấn Trắng và kỷ Paleogen, gọi tắt là ranh giới K–Pg. Nguyên nhân được phần lớn giới địa chất và cổ sinh vật chấp nhận hiện nay là một thiên thạch rộng khoảng 10 km rơi xuống vùng ngày nay là bán đảo Yucatán (Mexico), để lại hố va chạm Chicxulub đường kính chừng 180 km.
Cú va chạm không giết khủng long bằng một cú nổ duy nhất. Nó tung lên tầng bình lưu bụi, muội than và hơi lưu huỳnh, che ánh mặt trời trong nhiều năm, làm quang hợp gần như ngừng lại và chuỗi thức ăn sụp từ gốc. Song song, một vùng núi lửa khổng lồ ở Ấn Độ — bẫy Deccan — đã phun trào trước và sau sự kiện. Vai trò của núi lửa là điểm vẫn còn tranh luận; vai trò của thiên thạch thì đã có bằng chứng rất mạnh.
Khoảng ba phần tư số loài trên Trái Đất mất đi trong sự kiện này. Phần dưới đây đi theo đúng trình tự mà khoa học đã lần ra: dấu vết trong đá, hố va chạm, cơ chế giết chóc, cuộc tranh luận với núi lửa, và câu hỏi thú vị nhất — vì sao có loài sống sót.
Manh mối đầu tiên: một lớp đất sét mỏng giàu iridi
Câu chuyện hiện đại bắt đầu ở Gubbio, Italia, nơi các vách đá vôi ghi lại liên tục thời gian quanh ranh giới K–Pg. Nhà địa chất Walter Alvarez muốn biết lớp sét mỏng nằm ngay ranh giới đã lắng đọng trong bao lâu. Ông cùng cha là nhà vật lý Luis Alvarez và hai nhà hoá học Frank Asaro, Helen Michel đo hàm lượng iridi — một kim loại rất hiếm trong vỏ Trái Đất nhưng phổ biến hơn nhiều trong thiên thạch, rơi xuống đều đặn theo bụi vũ trụ.
Kết quả không như dự tính: lớp sét chứa iridi cao gấp hàng chục lần bình thường. Kết quả tương tự xuất hiện ở Đan Mạch và New Zealand. Năm 1980, nhóm Alvarez công bố trên tạp chí Science giả thuyết rằng một thiên thể đường kính khoảng 10 km đã va vào Trái Đất, và chính hệ quả của nó gây ra đại tuyệt chủng. Con số 10 km được suy ngược từ tổng lượng iridi cần có để phủ khắp hành tinh.
Giả thuyết bị hoài nghi mạnh trong thập niên 1980, một phần vì khi đó chưa ai tìm thấy hố va chạm đủ lớn và đúng tuổi. Nhưng các dấu vết khác dần xuất hiện quanh ranh giới ở nhiều nơi: thạch anh bị sốc (tinh thể có các vạch biến dạng chỉ hình thành dưới áp suất cực lớn), các hạt cầu thuỷ tinh nhỏ là giọt đá nóng chảy bắn lên rồi đông lại, và trầm tích do sóng thần cực mạnh để lại quanh vịnh Mexico. Những thứ này núi lửa thông thường không tạo ra được.
Hố Chicxulub: tìm ra hiện trường
Hố va chạm hoá ra đã bị chôn dưới gần một kilômét trầm tích trẻ hơn ở bán đảo Yucatán. Các nhà địa vật lý làm cho công ty dầu khí Mexico từng thấy những dị thường từ trường và trọng lực hình vòng cung ở đây từ cuối thập niên 1970, nhưng phải đến đầu thập niên 1990, khi các mẫu khoan cũ được xem xét lại và thấy có thạch anh bị sốc cùng đá nóng chảy do va chạm, cấu trúc này mới được công nhận là hố Chicxulub và gắn với ranh giới K–Pg.
Định tuổi bằng phương pháp phóng xạ cho thấy đá nóng chảy trong hố và các hạt thuỷ tinh ở ranh giới có cùng tuổi khoảng 66 triệu năm, trong phạm vi sai số rất hẹp. Đây là mắt xích quan trọng: không chỉ có một hố lớn, mà hố đó xảy ra đúng thời điểm các loài biến mất trong đá.
Năm 2016, một chuyến khoan khoa học quốc tế đã lấy mẫu trực tiếp từ vòng đỉnh của hố — một vành núi bên trong hình thành khi đá sâu bị đẩy vọt lên rồi sụp xuống chỉ trong vài phút sau va chạm. Mẫu khoan cho thấy sự sống vi sinh quay lại vùng hố tương đối sớm theo thang địa chất, đồng thời giúp ước tính lượng đá giàu lưu huỳnh đã bị bốc hơi. Vị trí rơi cũng là một sự xui xẻo: vùng Yucatán có nhiều đá chứa thạch cao và cacbonat, nên cú va chạm thải ra lượng khí lưu huỳnh và CO₂ lớn hơn nhiều so với nếu rơi vào đá granit hay biển sâu.
Một thiên thạch giết sinh vật bằng cách nào
Phần chết chóc nhất không phải vụ nổ mà là chuỗi hệ quả kéo dài từ vài phút đến hàng chục năm. Thứ tự dưới đây là các cơ chế được nhiều nghiên cứu mô phỏng; độ mạnh của từng cơ chế vẫn đang được tinh chỉnh.
| Khung thời gian | Hệ quả | Ai chịu thiệt nhất |
|---|---|---|
| Vài giây đến vài phút | Sóng xung kích, động đất cực mạnh, đá nóng chảy bắn đi khắp nơi | Sinh vật trong bán kính hàng trăm đến hàng nghìn km |
| Vài giờ | Mảnh vụn rơi lại khắp hành tinh, nung nóng bầu khí quyển; sóng thần quanh vịnh Mexico | Động vật trên cạn không có hang trú ẩn; vùng ven biển |
| Vài tháng đến vài năm | Muội than, bụi và sol khí lưu huỳnh che ánh sáng, nhiệt độ bề mặt giảm mạnh (“mùa đông va chạm”) | Thực vật, tảo biển, rồi toàn bộ động vật ăn chúng |
| Hàng chục năm trở đi | CO₂ còn lại gây ấm lên kéo dài; mưa axit cục bộ; hệ sinh thái tái lập chậm | Sinh vật cần nhiều thức ăn, sinh sản chậm |
Điểm mấu chốt nằm ở dòng thứ ba. Khi quang hợp gần như ngừng trên cạn lẫn dưới biển, động vật lớn ăn cỏ chết đói trước, rồi đến động vật ăn thịt chúng. Đó là lý do tuyệt chủng mang tính chọn lọc theo lối sống, không chỉ theo vị trí. Khủng long cỡ lớn — cần lượng thức ăn khổng lồ, sinh sản chậm, không có chỗ trú — rơi vào nhóm dễ tổn thương nhất.
Núi lửa Deccan: đồng phạm hay nghi phạm chính
Bẫy Deccan ở miền tây Ấn Độ là một trong những vùng phun trào bazan lớn nhất lịch sử Trái Đất, phủ những lớp dung nham dày hàng nghìn mét. Định tuổi chính xác cho thấy các đợt phun chính kéo dài vài trăm nghìn năm, bao trùm cả trước và sau ranh giới K–Pg. Phun trào kiểu này thải lượng lớn CO₂ và khí lưu huỳnh, có thể làm khí hậu dao động mạnh.
Vì vậy từ thập niên 1980, một số nhà nghiên cứu — tiêu biểu là nhà cổ sinh vật Gerta Keller — cho rằng núi lửa mới là thủ phạm chính, hoặc ít nhất đã đẩy hệ sinh thái tới bờ vực trước khi thiên thạch đến. Năm 2010, một bài tổng quan trên Science với sự tham gia của hơn bốn mươi nhà khoa học kết luận va chạm Chicxulub là nguyên nhân chính, nhưng cuộc tranh luận không khép lại hoàn toàn.
Hiện trạng bằng chứng có thể chia thành ba mức. Đã rất chắc: va chạm xảy ra đúng thời điểm tuyệt chủng và đủ lớn để gây sụp đổ hệ sinh thái toàn cầu. Còn tranh luận: Deccan đã gây căng thẳng sinh thái bao nhiêu trước va chạm, và một số đợt phun lớn sau va chạm có làm chậm sự hồi phục hay không. Giả thuyết: cú va chạm làm núi lửa Deccan phun mạnh hơn qua sóng địa chấn — ý tưởng thú vị nhưng chưa được chứng minh. Một cách nhìn được nhiều người chấp nhận là: khí hậu đã chao đảo phần nào vì núi lửa, còn thiên thạch là đòn quyết định.
Ai sống sót và vì sao
Chim — nhánh khủng long duy nhất còn lại. Không phải mọi loài chim thời đó đều sống; nhiều nhóm chim cổ có răng cũng biến mất. Nhóm sống sót chủ yếu là chim nhỏ, sống trên mặt đất. Một giả thuyết được nhiều người ủng hộ là chim có mỏ, ăn hạt, có thể tồn tại nhờ kho hạt trong đất khi cây cối chết.
Thú có vú nhỏ. Thú thời Phấn Trắng phần lớn nhỏ cỡ chuột đến cỡ mèo, nhiều loài đào hang, ăn tạp. Kích thước nhỏ nghĩa là cần ít thức ăn, sinh sản nhanh, dễ trú ẩn qua giai đoạn tối lạnh.
Cá sấu, rùa, ếch. Hệ sinh thái nước ngọt dựa nhiều vào mùn bã hữu cơ chứ không chỉ vào thực vật sống, nên ít phụ thuộc vào quang hợp liên tục. Động vật biến nhiệt như cá sấu và rùa có thể chịu đói lâu.
Kẻ thua trong biển. Cúc đá (ammonite), thương long và thằn lằn cổ rắn biến mất; nhiều nhóm sinh vật phù du có vỏ vôi suy sụp nặng. Biển mất gốc chuỗi thức ăn cũng như trên cạn.
Bài học về tính chọn lọc. Sự sống sót ít liên quan đến “mạnh” hay “thông minh”; nó gắn với kích thước nhỏ, chế độ ăn linh hoạt, khả năng trú ẩn và may mắn về vị trí. Đây là mẫu hình lặp lại ở nhiều cuộc đại tuyệt chủng khác.
Khủng long có đang suy tàn trước đó không
Một câu hỏi thường gặp: phải chăng khủng long đã “yếu” đi từ trước, và thiên thạch chỉ là cú hích cuối? Câu trả lời trung thực là còn tranh luận. Một số phân tích thống kê dựa trên cây tiến hoá cho rằng tốc độ hình thành loài mới của nhiều nhóm khủng long đã chậm lại hàng chục triệu năm trước K–Pg. Các nghiên cứu khác phản bác rằng kết quả đó chịu ảnh hưởng của thiên lệch lấy mẫu: hoá thạch tốt nhất của giai đoạn cuối Phấn Trắng tập trung chủ yếu ở Bắc Mỹ, nên rất khó nói về cả hành tinh.
Ở vùng có hồ sơ tốt như thành hệ Hell Creek (Bắc Mỹ), khủng long vẫn đa dạng và đông đúc đến gần ranh giới: Tyrannosaurus, Triceratops, khủng long mỏ vịt đều có mặt. Không có dấu hiệu chúng đang lụi tàn từ từ ở đây. Điều này khiến ý tưởng “khủng long tự suy tàn” khó đứng vững như một lời giải thích chính.
Cũng cần tránh một hiểu lầm phổ biến: khủng long không “thất bại” về tiến hoá. Chúng thống trị các hệ sinh thái trên cạn khoảng 150 triệu năm — lâu hơn nhiều lần so với thời gian loài người tồn tại — và một nhánh của chúng, chim, hiện có hơn mười nghìn loài. Thứ giết chúng là một biến cố mà gần như không sinh vật lớn nào có thể thích nghi kịp.
Từ đống đổ nát đến thời đại thú có vú
Sau K–Pg, các hệ sinh thái trống chỗ. Dương xỉ xuất hiện dày đặc trong các lớp phấn hoa ngay trên ranh giới — dấu hiệu thực vật tiên phong mọc lại trên đất bị tàn phá, giống hiện tượng dương xỉ phủ kín sườn núi lửa sau phun trào ngày nay. Rừng hồi phục dần qua hàng nghìn năm.
Thú có vú tận dụng khoảng trống: trong vài trăm nghìn năm đến vài triệu năm, kích thước và sự đa dạng của chúng tăng lên rõ rệt, mở đường cho các nhóm như linh trưởng, cá voi, ngựa sau này. Đó là lý do người ta hay nói con người “nợ” thiên thạch Chicxulub sự tồn tại của mình — một cách nói hơi kịch tính nhưng có cơ sở: không có khoảng trống đó, lịch sử thú có vú rất có thể đã khác.
Với người đọc hôm nay, sự kiện K–Pg cho hai bài học thực tế. Thứ nhất, hệ sinh thái sụp đổ nhanh nhất khi gốc chuỗi thức ăn bị đánh — điều đúng với cả các mối đe doạ hiện đại như ô nhiễm hay mất rừng. Thứ hai, phục hồi đa dạng sinh học sau một cú sốc lớn tính bằng triệu năm, không phải bằng đời người. Vì vậy bảo tồn những gì đang còn luôn rẻ hơn hy vọng tự nhiên tự bù lại.
Câu hỏi thường gặp
Có phải tất cả khủng long đều chết cùng một lúc không?
Theo thang địa chất, sự biến mất của khủng long không phải chim diễn ra rất nhanh, có thể chỉ vài năm đến vài nghìn năm sau va chạm, quá ngắn để hoá thạch phân giải được. Không có bằng chứng đáng tin nào cho thấy khủng long không phải chim sống tiếp hàng trăm nghìn năm sau ranh giới.
Thiên thạch Chicxulub to cỡ nào so với các thiên thạch ngày nay?
Ước tính phổ biến là khoảng 10 km đường kính. Các vật thể cỡ đó trong vùng gần Trái Đất được theo dõi kỹ và hiện chưa thấy vật thể nào có quỹ đạo nguy hiểm trong tương lai gần. Va chạm cỡ vài chục mét xảy ra thường hơn nhiều nhưng chỉ gây thiệt hại cục bộ.
Vì sao không dùng carbon-14 để đo tuổi ranh giới K–Pg?
Carbon-14 phân rã quá nhanh, chỉ dùng được cho mẫu dưới khoảng 50 nghìn năm. Với 66 triệu năm, các nhà khoa học dùng đồng vị phân rã chậm như argon–argon hoặc urani–chì trong tinh thể zircon từ lớp tro núi lửa và đá nóng chảy do va chạm.
Có thể thấy lớp ranh giới K–Pg ở đâu?
Lớp sét ranh giới lộ ra ở nhiều nơi trên thế giới như Gubbio (Italia), Stevns Klint (Đan Mạch) và nhiều vùng ở Bắc Mỹ. Nó thường chỉ dày vài centimet. Ở Việt Nam chưa có điểm lộ nổi tiếng được nghiên cứu rộng rãi cho ranh giới này.
Nếu không có thiên thạch, khủng long có còn đến nay không?
Không ai trả lời chắc được. Các loài luôn tuyệt chủng và thay thế nhau, nên các loài khủng long cuối Phấn Trắng gần như không thể sống tới nay dù không có thiên thạch. Câu hỏi hợp lý hơn là nhóm khủng long lớn có tiếp tục thống trị hay không, và đó là một giả định không kiểm chứng được.
Ba phần tư số loài bị mất được tính như thế nào?
Con số này ước tính từ hồ sơ hoá thạch, chủ yếu sinh vật biển có vỏ cứng vốn được lưu giữ tốt, rồi ngoại suy theo phương pháp thống kê. Vì hồ sơ hoá thạch không đầy đủ, nên coi đây là ước tính có khoảng dao động, không phải con số đếm chính xác.