Để biết tuổi những di chỉ hàng triệu năm, người ta không đo trực tiếp xương hay công cụ mà đo các lớp tro núi lửa nằm kẹp phía trên và phía dưới chúng, bằng phương pháp kali argon và các biến thể của nó. Khi núi lửa phun, khí argon trong đá nóng chảy thoát hết, đồng hồ về không. Sau đó, kali trong khoáng vật cứ thế phân rã thành argon theo một nhịp biết trước.
Chào bạn, đây là Nhà Khảo Cổ. Hôm nay mình đi xa khỏi Việt Nam một chút, tới những hẻm vực ở Đông Phi, nơi lịch sử loài người được đếm bằng triệu năm.
Vì sao carbon phóng xạ bất lực ở đây?
Carbon mười bốn mất một nửa sau khoảng năm nghìn bảy trăm năm. Sau chừng năm mươi nghìn năm, lượng còn lại quá ít để đo tin cậy. Mà lịch sử của tổ tiên loài người kéo dài hàng triệu năm, tức gấp hàng chục lần giới hạn ấy.
Hơn nữa, xương và than hàng triệu năm tuổi gần như không còn carbon nguyên gốc. Xương đã hoá thạch, tức chất hữu cơ đã bị khoáng vật thay thế dần.
Vì vậy, với những thời kỳ rất xa, người ta cần một đồng hồ chạy chậm hơn nhiều. Kali bốn mươi là một đồng hồ như thế: nó mất một nửa sau khoảng một tỉ hai trăm năm mươi triệu năm, đủ chậm để đo những khoảng thời gian rất dài.
Nhưng kali có trong đá, không có trong xương. Thế nên câu hỏi trở thành: lớp đá nào cho biết tuổi của chiếc xương nằm bên cạnh?
Núi lửa làm đồng hồ về không như thế nào?
Khi núi lửa phun, đá nóng chảy và tro bắn ra ở nhiệt độ rất cao. Argon là một chất khí, nó thoát ra khỏi đá nóng chảy gần như hoàn toàn. Khi tro nguội và đông lại thành tinh thể, bên trong gần như không còn argon.
Từ khoảnh khắc ấy, kali bốn mươi trong tinh thể bắt đầu phân rã, một phần thành argon bốn mươi, và lần này argon bị nhốt trong tinh thể. Đo tỉ lệ giữa argon và kali còn lại, người ta tính được đã bao lâu kể từ khi lớp tro rơi xuống.
Phiên bản hiện đại gọi là argon argon, chính xác hơn và chỉ cần những tinh thể rất nhỏ, có khi đo từng hạt riêng lẻ. Điều này giúp loại bỏ những hạt cũ hơn lẫn vào từ đá nền.
Tro núi lửa thường rơi phủ cả một vùng rộng trong vài ngày, nên nó giống một vạch kẻ thời gian rõ ràng chạy ngang qua cảnh quan.
Kẹp hiện vật giữa hai lớp tro
Vì đo tro chứ không đo xương, phương pháp này cho tuổi theo kiểu kẹp bánh. Lớp tro nằm dưới hiện vật cho biết hiện vật không thể cũ hơn nó. Lớp tro nằm trên cho biết hiện vật không thể trẻ hơn nó. Hai vạch ấy kẹp hiện vật vào một khoảng thời gian.
Thung lũng Tách giãn Đông Phi là nơi lý tưởng vì vừa có núi lửa hoạt động lâu dài, vừa có hồ và sông tích trầm tích. Các lớp tro xen với lớp đất có công cụ đá và xương, như những trang sách có đánh số trang cách quãng.
Hẻm núi Olduvai ở Tanzania là nơi phương pháp này góp phần định tuổi cho những công cụ đá và hoá thạch người cổ rất sớm. Những kết quả ấy đã đẩy lùi đáng kể hình dung của con người về độ dài của lịch sử loài mình.
Ở những nơi không có núi lửa, phương pháp này không dùng được, và người ta phải tìm đồng hồ khác.
Dấu chân Laetoli: một buổi chiều cách nay hơn ba triệu năm
Câu chuyện mình thích nhất là dấu chân ở Laetoli, cũng tại Tanzania. Vào khoảng ba triệu sáu trăm nghìn năm trước, một ngọn núi lửa gần đó phun tro mịn. Mưa nhẹ làm lớp tro ướt như xi măng. Vài cá thể tổ tiên người đi bộ ngang qua, để lại dấu chân, rồi lớp tro khô cứng và bị phủ lên.
Nhóm của nhà cổ nhân học Mary Leakey phát hiện vệt dấu chân này vào cuối những năm bảy mươi của thế kỷ hai mươi. Dấu chân cho thấy những sinh vật ấy đã đi thẳng bằng hai chân, với ngón cái chân nằm thẳng hàng như người hiện đại.
Tuổi của dấu chân có được nhờ định tuổi các lớp tro núi lửa ở khu vực. Đây là ví dụ đẹp về việc một phương pháp đo đá lại kể được một khoảnh khắc rất người: vài cá thể đi cạnh nhau trên nền đất ướt.
Giới nghiên cứu vẫn bàn về việc chúng thuộc loài nào và có quan hệ thế nào với nhau, nhưng việc chúng đi thẳng thì đã được chấp nhận rộng rãi.
Ở Việt Nam thì người ta định tuổi thời đồ đá cũ bằng gì?
Việt Nam không có núi lửa hoạt động trong thời kỳ có người, nên các phương pháp kiểu kali argon ít khi áp dụng trực tiếp cho di chỉ khảo cổ. Ở đây, carbon phóng xạ là công cụ chính cho khoảng vài chục nghìn năm gần đây.
Với những lớp cổ hơn trong hang động, người ta có thể dùng các phương pháp dựa trên urani trong thạch nhũ, hay phương pháp phát quang cho trầm tích, cùng với nghiên cứu hoá thạch động vật để so sánh với các vùng khác.
Thời đồ đá cũ sớm ở Việt Nam vẫn là đề tài có nhiều tranh luận về niên đại, đúng vì những khó khăn kỹ thuật này. Gặp một con số rất lớn trên báo, bạn nên hỏi thêm nó được đo bằng cách nào và đã được kiểm chứng ra sao.
Còn câu hỏi mình muốn để lại cho bạn: nếu một ngày nào đó bước chân của bạn được giữ lại trong một lớp đất, bạn mong người đời sau đọc được điều gì từ nó?
Câu hỏi thường gặp
Kali argon có dùng cho đồ gốm được không?
Không phù hợp, vì nó đo những khoảng thời gian rất dài và cần đá núi lửa. Đồ gốm thường được định tuổi bằng nhiệt huỳnh quang hoặc carbon từ vật liệu đi kèm.
Hẻm núi Olduvai nổi tiếng vì sao?
Olduvai ở Tanzania có chuỗi lớp đất dày chứa công cụ đá và hoá thạch người cổ qua một khoảng thời gian rất dài, xen kẽ các lớp tro núi lửa có thể định tuổi. Nó trở thành một trong những nơi quan trọng nhất để nghiên cứu nguồn gốc loài người.
Dấu chân Laetoli có còn xem được không?
Sau khi nghiên cứu, vệt dấu chân được phủ lại để bảo vệ khỏi xói mòn và cây mọc. Công chúng thường biết đến chúng qua ảnh, bản sao và trưng bày ở bảo tàng.
Vì sao argon không thoát ra sau khi tro đã nguội?
Khi đá đã kết tinh, cấu trúc tinh thể giữ argon lại bên trong. Chỉ khi đá bị nung nóng lại mạnh hoặc bị biến đổi, argon mới có thể thoát ra, và đó là điều người đo phải kiểm tra.
Định tuổi bằng urani trong thạch nhũ là gì?
Thạch nhũ hình thành từ nước nhỏ giọt mang theo một lượng urani rất nhỏ, sau đó phân rã theo nhịp biết trước. Đo các sản phẩm phân rã cho biết lớp thạch nhũ hình thành từ khi nào, giúp kẹp tuổi cho hiện vật nằm trên hoặc dưới nó.
