Một hố va chạm cổ đại nằm sâu dưới thị trấn Ames, bang Oklahoma, Mỹ được xác định hình thành cách đây khoảng 370 triệu năm, trẻ hơn gần 100 triệu năm so với ước tính trước đó. Phát hiện mới có thể liên kết vụ va chạm với một trong 5 đợt tuyệt chủng hàng loạt lớn trong lịch sử Trái đất.
Hố va chạm Ames có đường kính khoảng 16 km, nằm dưới lớp đá trầm tích dày 2,7 km. Hố này chỉ được phát hiện vào năm 1991, sau khi các phép đo địa chấn cho thấy cấu trúc bất thường bên dưới lòng đất.
Xác định lại tuổi hố va chạm
Ban đầu, các nhà khoa học cho rằng hố Ames hình thành vào khoảng 467,5 triệu năm trước, trong kỷ Ordovic. Cơ sở của nhận định này là một chiếc răng hóa thạch được tìm thấy trong đá tại khu vực hố va chạm. Chiếc răng được xác định thuộc về một loài động vật giống lươn cổ đại gọi là conodont, từng tồn tại trong kỷ Ordovic.
Thời kỳ này cũng từng xảy ra một đợt mưa tiểu hành tinh lớn được gọi là Sự kiện thiên thạch Ordovic. Gần 20 hố va chạm được cho là hình thành trong giai đoạn này đã được phát hiện trên khắp thế giới, tập trung trong phạm vi khoảng 30 độ quanh đường xích đạo. Mô hình này làm dấy lên giả thuyết Trái đất từng bị bao quanh bởi một vành vật chất hình thành từ một tiểu hành tinh bị vỡ.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu do Elizabeth Catlos thuộc Đại học Texas ở Austin dẫn đầu đưa ra kết luận khác: hố Ames thực tế khoảng 370 triệu năm tuổi. Điều đó có nghĩa hố va chạm này không thuộc Sự kiện thiên thạch Ordovic, mà hình thành gần thời điểm xảy ra cuộc tuyệt chủng hàng loạt vào cuối kỷ Devon, còn gọi là tuyệt chủng Frasni–Famenni.
“Với nghiên cứu này, về cơ bản chúng tôi loại một quân cờ lớn khỏi Sự kiện thiên thạch Ordovic và đưa nó vào sự kiện Frasni–Famenni, đồng thời xác định đây là nơi diễn ra vụ va chạm,” Catlos nói.
Bằng chứng mới về tuổi của hố Ames đến từ các tinh thể zircon. Đây là một khoáng vật silicat có thể được định tuổi dựa trên lượng uranium và chì bên trong.
Khi hình thành, tinh thể zircon chứa uranium và thorium nhưng gần như không chứa chì, do quá trình kết tinh đẩy các nguyên tử chì ra ngoài. Theo thời gian, các đồng vị phóng xạ của uranium phân rã thành chì. Vì vậy, lượng chì trong tinh thể càng nhiều thì tinh thể càng cổ.
Vụ va chạm tạo ra hố Ames có áp suất đủ lớn để hình thành các tinh thể zircon mới. Phối hợp với nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Vũ trụ Johnson của NASA, nhóm của Catlos sử dụng phương pháp phát quang âm cực và nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược (backscatter diffraction) để phân tích các tinh thể này.
“Cho dù sử dụng kỹ thuật nào, kết quả đều chỉ về dấu hiệu của một độ tuổi trẻ hơn,” Catlos nói.
Vậy còn những chiếc răng hóa thạch conodont từng được dùng để xác định tuổi hố thì sao? Theo nhóm nghiên cứu, những chiếc răng này nhiều khả năng đã nằm trong lớp đá từ rất lâu trước khi vụ va chạm xảy ra, sau đó bị xáo trộn và cuốn vào vật chất hình thành hố va chạm.
Có liên quan đến tuyệt chủng hàng loạt?
Vụ va chạm cách đây 370 triệu năm không đủ lớn để tự nó gây ra một cuộc tuyệt chủng hàng loạt, nhưng có thể đã góp phần vào những biến động môi trường khi đó.
Cuộc tuyệt chủng cuối kỷ Devon, xảy ra tại ranh giới Frasni–Famenni, đã xóa sổ ước tính khoảng 40% sinh vật biển trên Trái đất. Các giả thuyết về nguyên nhân bao gồm sự suy giảm oxy trong đại dương, hoạt động núi lửa siêu lớn, một vụ nổ siêu tân tinh ở gần Trái đất hoặc sự kết hợp của nhiều yếu tố.
Vào thời điểm hố Ames hình thành, khu vực Oklahoma ngày nay nằm dưới một vùng biển nông. Qua hàng triệu năm, các lớp trầm tích tích tụ và phủ lên hố va chạm, tạo nên lớp đá dày 2,7 km đang nằm phía trên hố ngày nay.
Vụ va chạm cũng làm nứt vỡ lớp vỏ Trái đất bên dưới. Những vết nứt này tạo điều kiện cho dầu và khí tự nhiên di chuyển lên phía trên. Các giếng khoan đã tìm thấy dầu ở độ sâu khoảng 3 km bên trong hố. Từ năm 1991, khu vực này đã cung cấp 17,4 triệu thùng dầu và 2,25 tỉ m³ khí tự nhiên.
Danny Stockli, trưởng khoa Khoa học Trái đất Jackson thuộc Đại học Texas ở Austin và đồng tác giả nghiên cứu, đánh giá cao việc sử dụng tinh thể zircon để xác định tuổi các hố va chạm.
“Những tinh thể nhỏ này cho phép chúng ta quay ngược thời gian và tìm hiểu những biến đổi lớn trên các cảnh quan cổ đại của Trái đất”, Stockli nói. Ông cho rằng phương pháp này có thể được áp dụng cho nhiều địa điểm va chạm thiên thạch khác trên lục địa để xây dựng niên đại chính xác hơn về các sự kiện lớn trong lịch sử Trái đất.
Nghiên cứu được công bố vào tháng 7 trên tạp chí Meteoritics and Planetary Science.
Minh họa một tiểu hành tinh đang lao về phía Trái đất. Ảnh: Science Photo Library
