Liên đại Proterozoic (2,7 – 3,7 tỷ năm)

Nối tiếp Thảm họa Oxy, Trái Đất đã bước vào thời kỳ được mệnh danh là “nhàm chán nhất” trong lịch sử của hành tinh – khoảng thời gian dài đằng đẵng lên đến 1 tỷ năm, trải dài từ Đại Cổ Nguyên Sinh (Paleoproterozoic) cho tới Đại Tân Nguyên Sinh (Neoproterozoic). Vậy thì “biệt danh” của kỷ nguyên này từ đâu mà ra?

Theo quan điểm thông thường, đây là một thời kỳ tương đối ổn định về mặt sinh học và địa chất: Không có những sự kiện dữ dội hay những biến đổi mang tính đột ngột và thay đổi cuộc chơi nào diễn ra. Và dường như trên Trái Đất cũng chẳng có dạng sống mới nào xuất hiện.

Nhưng “nhàm chán” vốn dĩ là một cụm từ mang theo rất nhiều rủi ro. Ở đây, sự nhàm chán dường như đang phản ánh một trạng thái thiếu hiểu biết sâu sắc của chúng ta hơn là bất kỳ sự tẻ nhạt nào. Một tỷ năm nhàm chán trên Trái Đất – có thể rất giống với Thời kỳ Tăm Tối trong lịch sử của nền văn minh nhân loại – khoảng thời gian mang theo rất nhiều những kiến thức, đổi mới và những thử nghiệm vĩ đại, chỉ tiếc là có rất ít các ghi chép về thời kỳ này và từ đó, chúng ta có thể dễ dàng đi đến kết luận rằng: chẳng có gì xảy ra cả.

Vì vậy, có lẽ mọi thứ đang bị “ẩn giấu” khỏi tầm mắt của chúng ta hơn là không có gì xảy ra.

1. Những thay đổi trên Trái Đất

Như chúng ta đã biết, thứ duy nhất không hề thay đổi trong vũ trụ này là bản thân sự thay đổi. Đây là hằng số duy nhất trong câu chuyện tiến hóa của Trái Đất cho đến ngày nay. 

Ban đầu, tinh vân Mặt Trời kết tụ lại và cho ra sản phẩm là Mặt Trời (khi đó là một tiền sao). Lúc này, những hạt bụi xung quanh nó tan chảy để tạo nên các chondrule. Các chondrule sau đó sẽ kết tụ lại để xây dựng nên các tiền hành tinh – một phiên bản ban đầu của Trái Đất sơ khai và hàng tá các thiên thể khổng lồ khác.

Và rồi, vụ va chạm dữ dội giữa Trái Đất và Theia đã “thai nghén” cho sự ra đời của Mặt Trăng; các đại dương magma nóng chảy đã đông cứng lại để tạo thành lớp vỏ bazan đen đặc cùng với hàng ngàn những ngọn núi lửa phun trào trên các đại dương sôi sục – tất cả những sự kiện kịch tính này đã diễn ra trong vòng 500 triệu năm. Ngay cả trong 2 tỷ năm ít dữ dội hơn sau khi các đại dương độc nhất vô nhị của Trái Đất được hình thành, bề mặt hành tinh của chúng ta vẫn liên tục thay đổi khi đá granit nổi lên từ hỗn hợp bazan nóng chảy, từ đó giúp xây dựng nên các lục địa đầu tiên. Và chính trong một thế giới năng động và biến đổi không ngừng như vậy mà sự sống đã trỗi dậy, tiến hóa và cuối cùng đã học được cách để tạo ra oxy. 

Như vậy, sự thay đổi liên tục là đặc điểm vô cùng nổi bật của Trái Đất. Giống như một người nghệ sĩ tài năng, hành tinh của chúng ta đã liên tục thay đổi hết lần này đến lần khác, mỗi ngày đều liên tục thử nghiệm những điều mới mẻ.

Vậy thì, làm thế nào mà Trái Đất lại có thể rơi vào một kỷ nguyên trì trệ? Câu trả lời đơn giản là ngay cả lúc đó, Trái Đất cũng chẳng hề tĩnh lặng. Sự thay đổi diễn ra liên tục, dù có thể không dữ dội như vụ va chạm tạo ra Mặt Trăng hay Thảm họa Oxy.

2. Chu kỳ siêu lục địa

Về mặt địa lý, các đại dương và lục địa trên Trái Đất – chẳng hạn như Châu Mỹ, Châu Âu và Châu Phi bao quanh Đại Tây Dương hùng vĩ; lục địa Châu Á trải dài về phía đông; Thái Bình Dương rộng lớn với vô số các quần đảo nhỏ hay châu Úc nằm cạnh châu Nam Cực – tất cả chỉ là những cấu trúc nhất thời. Quá trình kiến ​​tạo mảng không chỉ hình thành nên các lục địa mà còn liên tục thay đổi vị trí của chúng.

Từ lâu, các nhà địa chất đã cố gắng học cách để có thể tạo ra những tấm bản đồ nhằm vẽ nên hình ảnh của Trái Đất đã có trong quá khứ và sẽ có trong tương lai. Và họ đã có trong tay rất nhiều các manh mối. 

Đầu tiên, chúng ta đã biết được tốc độ và hướng di chuyển của các mảng lục địa: Từ năm này qua năm khác, Đại Tây Dương ngày càng được mở rộng, châu Phi tách làm đôi, Ấn Độ va chạm với Trung Quốc để tạo nên dãy Himalaya hùng vĩ – tất cả đều diễn ra một cách vô cùng chậm rãi nhưng đều đặn, từng chút một trong suốt hàng trăm triệu năm, dần dần tích tụ để có thể tạo ra những thay đổi to lớn. Và khi chúng ta tua ngược lại đoạn phim này, hình ảnh xưa cũ của Trái Đất sẽ dần dần được tái hiện.

Nhưng nếu chúng ta bắt đầu nhìn lại hơn 500 triệu năm trước, bức tranh này bắt đầu mờ dần. Chúng ta bắt buộc phải tìm kiếm những manh mối khác. Một trong những loại manh mối đặc biệt quan trọng đó chính là từ trường cổ đại đang được khóa chặt trong các loại đá magma.

Theo quan niệm thông thường, chúng ta thường nghĩ rằng kim la bàn sẽ hoàn toàn trùng khớp với cực Bắc và Nam của Trái Đất – nhưng nó lại còn phức tạp hơn thế. Các đường sức từ thường cắt bề mặt Trái Đất ở một góc được gọi là độ nghiêng. Tại khu vực xích đạo, độ nghiêng gần như là bằng không (0^o); nhưng ở các vĩ độ cao hơn, độ nghiêng sẽ ngày càng lớn và sẽ dựng đứng ở các cực (90^o). Do đó, các phép về từ trường cổ đại được khóa chặt trong đá có thể cho chúng ta biết về hướng và vĩ độ của lục địa khi những tảng đá đó bị “đông lại”.

Dựa vào các dữ liệu này, các nhà địa chất đã thấy rằng một số tảng đá hiện nay đang lăn lóc ở khu vực xích đạo lại từng xuất hiện ở gần các cực của Trái Đất và ngược lại. Các bằng chứng hóa thạch về các đầm phá nhiệt đới cổ đại ở Nam Cực và lãnh nguyên đóng băng ở châu Phi đã tiếp tục củng cố những phát hiện này. 

Ngoài ra, các hồ sơ trầm tích đã bổ sung rất nhiều các dữ liệu quan trọng: Rất nhiều loại trầm tích đã tích tụ trong các môi trường khác nhau – chẳng hạn như biển nông, thềm lục địa, lãnh nguyên, hồ băng, đầm phá thủy triều và đầm lầy.

Sử dụng những manh mối này, các chuyên gia đã tạo ra một bức tranh tương đối mạch lạc về Trái Đất. Trong quá trình kiến tạo mảng, tại đường đứt gãy – nơi lớp vỏ bazan sơ khai đậm đặc của Trái Đất lao xuống bên dưới lớp vỏ granit nhẹ hơn đã dần dần tạo thành những khối đất ổn định, vững chắc và ngày càng mở rộng trên bề mặt đại dương. Và những vùng đất cổ xưa này được gọi là nền lục địa, hay là craton. Vậy thì craton là gì?

Craton là phần lõi bên trong của các lục địa – một vùng đất tương đối ổn định so với các tầng đá “giòn rụm” ở xung quanh – một vùng thường xuyên va chạm với các mảng kiến tạo khác, đã tồn tại qua hàng tá các chu kỳ hợp nhất và tách rời giữa các lục địa. Nói theo một cách đơn giản hơn, craton giống như phần móng của một ngôi nhà, từ đó làm tiền đề để xây dựng nên các cấu trúc phức tạp hơn ở bên trên.

Một khi đã hình thành, craton có thể tồn tại rất lâu. Ngày nay, Trái đất có khoảng 30 craton còn nguyên vẹn, một số có tuổi đời lên đến 3,8 tỷ năm và có kích thước khổng lồ. Một số cái tên có thể kể đến như Slave và Superior ở Bắc Mỹ, Kaapvaal và Zimbabwe ở Châu Phi hay Pilbara và Yilgarn ở Úc – đây có lẽ là những “chứng nhân lịch sử” đã trải qua hàng tỷ năm “di cư” trên toàn cầu. Mặc dù các lục địa có thể trộn lẫn vào nhau và bị xé toạc ra, các craton vẫn tồn tại giống như những nền móng vững chắc của các lục địa. 

Không dừng lại ở đây, có ít nhất ba khối lục địa như vậy đã tạo nên phần lớn diện tích của Greenland, trong khi phần lớn Bắc Mỹ lại có hàng tá các khối craton lớn nhỏ khác nhau. Phần lớn Nam Mỹ nằm trên 5 khối lục địa chính cũng như những mảng craton ở phía bắc, phía tây và phía nam Australia, Siberia, Scandinavia; một vùng đất rộng lớn ở Nam Cực, các vùng đất ở miền đông và nam Trung Quốc, phần lớn Ấn Độ và một số dải đất ở vùng phía tây, phía nam và trung tâm Châu Phi. Tất cả các khối lục địa này đều được hình thành từ hơn 3 tỷ năm trước – nơi đất liền mới chỉ bắt đầu manh nha trên Trái Đất. Do đó, tất cả các khối lục địa này là một bằng chứng vô cùng quý giá – dù đã bị biến dạng và xáo trộn phần nào – về một thời “thanh xuân” đã qua của Trái Đất.

Vậy thì tại sao các nền lục địa này lại là chìa khóa để có thể giúp chúng ta giải mã được quá khứ của Trái Đất? Như chúng ta đã biết, nhờ vào quá trình vận hành liên tục và không ngừng nghỉ của kiến ​​tạo mảng, các lớp vỏ bazan dưới đáy đại dương liên tục được làm mới với lớp vỏ đại dương “già nhất” mới chỉ có hơn 200 triệu năm tuổi. Đây là một con số quá nhỏ so với niên đại hơn 3 tỷ năm của các craton – thậm chí chúng còn giữ lại một bộ “hồ sơ” chứa các dữ liệu cổ xưa nhất trên Trái Đất.

Không những thế, các nền lục địa còn mang trong mình một lịch sử phức tạp đến đáng kinh ngạc. Với “nhiên liệu” là những chuyển động của các mảng kiến ​​tạo, chúng đã di chuyển và va chạm với nhau để tạo thành các nền lục địa lớn hơn, thậm chí là kết tụ lại thành một vùng đất rộng lớn duy nhất – một siêu lục địa. 

Sau mỗi vụ va chạm, một dãy núi mới dọc theo các vùng va chạm sẽ được tạo ra. Khi các lục địa “chia tay” và tách ra xa nhau, một đại dương rộng lớn hơn sẽ được hình thành ở giữa đi kèm với một chuỗi trầm tích được lắng đọng: ban đầu là đá sa thạch và đá vôi ở vùng nước nông, sau đó là bùn và đá phiến đen ở các vùng nước sâu hơn. Các chuỗi trầm tích như thế này là minh chứng cho thấy đây là giai đoạn mà các lục địa đã bị phân mảnh.

Hết lần này đến lần khác, các siêu lục địa đã được hình thành và sau đó lại bị xé toạc ra làm nhiều mảnh. Giống như một trò chơi ghép hình khổng lồ, các mảnh ghép liên tục thay đổi vị trí và hình dạng của chúng.

Vậy thì tất cả những dữ liệu này thì có liên quan gì đến một tỷ năm nhàm chán? Hmm…Có thể là mọi thứ.

Ở phần lõi của mỗi nền lục địa đều xuất hiện những tảng đá rất cổ, thường có tuổi đời lên đến hơn 3 tỷ năm. Những mảnh vụn cổ xưa này, xét về tổng thể, chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong tổng khối lượng của toàn bộ lục địa trên hành tinh này. Chúng liên tục bị nung nóng bởi nhiệt độ và áp suất; bị biến đổi bởi sức mạnh hòa tan của nước ngầm và liên tục bị uốn cong và làm biến dạng. Tuy nhiên, bản chất ban đầu của các tảng đá này thường có thể suy luận ra được.

Hơn nữa, xuyên suốt trong các thời kỳ lịch sử, các đợt magma mới từ lớp phủ liên tục xâm nhập vào các khối magma cũ ở bên trên, tạo thành các khối đá magma trong các mạch và hốc. Khi ấy, đá magma chứa các khoáng chất từ ​​tính nhỏ, khi đông đặc lại sẽ khóa chặt từ trường Trái Đất. Không dừng lại ở đây, chúng ta còn có thể xác định được vĩ độ gần đúng của đá khi chúng nguội đi, từ đó có thể giúp chúng ta xác định được vị trí tương đối của các nền lục địa theo thời gian, giống như định vị GPS vậy. Bên cạnh đó, các dữ liệu đến từ đá trầm tích có thể tiếp tục cung cấp những manh mối vô cùng quan trọng về khí hậu và hệ sinh thái trên Trái Đất. Chẳng hạn, trầm tích lắng đọng ở các vùng nhiệt đới phong hóa nhanh có sự khác biệt rất rõ rệt so với trầm tích ở các vùng ôn đới hoặc trầm tích băng hà ở các vĩ độ cao hơn.

Để có được dù chỉ là một cái nhìn rất mơ hồ về sự thay đổi diện mạo của Trái Đất, 30 nền lục địa đã và đang được các nhà địa chất xuất sắc nhất hành tinh nghiên cứu vô cùng kỹ lưỡng. Và sau khi các dữ liệu cần thiết đã được thu thập, thước phim chuyển động của những khối lục địa ngày nay sẽ được tua ngược trở về quá khứ. Lúc này, bức tranh hiện ra thật là phi thường. Dựa theo những diễn giải mới nhất, Trái Đất đã trải qua ít nhất 5 lần hình thành nên các siêu lục địa và tan rã sau đó, kéo dài từ hơn 3 tỷ năm trước.

Câu chuyện về những vùng đất đầu tiên của Trái Đất vẫn đang dần được hé lộ, cùng với đó là không ít tranh cãi xoay quanh chủ đề này. Mặc dù chưa ai có đủ can đảm để vẽ nên một bản đồ phác thảo rất chi tiết về bề mặt của Trái Đất cách đây hơn 3 tỷ năm, nhưng những suy đoán (có cơ sở) đã cho rằng lục địa đầu tiên trên Trái Đất có tên là Ur đã được hình thành cách đây khoảng 3,1 tỷ năm trước từ các mảnh lục địa rải rác trước đó – ngày nay chính là một phần của Nam Phi, Úc, Ấn Độ và Madagascar (Ngoài ra, một siêu lục địa sớm hơn nữa có tên là Vaalbara, rất có thể đã tồn tại vào khoảng 3,3 tỷ năm trước, nhưng bằng chứng rất ít ỏi)

Tất cả các dữ liệu địa từ đã chỉ ra rằng lục địa Ur đã tồn tại trong gần 3 tỷ năm và bắt đầu tách ra vào khoảng 200 triệu năm trước. Một siêu lục địa thực sự, được đặt tên là Kenorland, được cho là đã hình thành vào khoảng 2,7 tỷ năm trước, là một sự kết hợp từ Ur và nhiều mảnh nhỏ lẻ khác. Các dữ liệu địa từ cho thấy Kenorland nằm ở vĩ độ thấp, có lẽ là vắt ngang qua đường xích đạo trong phần lớn khoảng thời thời gian tồn tại tương đối ngắn ngủi của nó. Với những vùng đất ban đầu này, Trái Đất đã trải qua quá trình xói mòn và những đợt trầm tích quy mô lớn đầu tiên đổ vào các rìa đại dương nông.

Hầu hết các nhà khoa học đều cho rằng bầu khí quyển của Trái Đất cổ đại là tương đối khác biệt so với ngày nay: Oxy bị thiếu hụt trầm trọng trong khi nồng độ cacbon dioxit lại cao hơn tới hàng trăm hoặc hàng nghìn lần. Những trận mưa liên tục trút xuống dưới dạng những giọt axit cacbonic ăn mòn, biến những tảng đá cứng thành đất sét mềm oặt. Sau đó, các con sông sẽ mang theo lượng bùn đất này vào các sườn dốc ven biển, nơi tích tụ những lớp trầm tích mềm và dày giống như đồng bằng châu thổ.

Vào khoảng 2,4 tỷ năm trước, cùng thời điểm mà oxy bắt đầu tích tụ trong bầu khí quyển, Kenorland bắt đầu kích hoạt quá trình phân mảnh. Những “mảnh ghép” này sau đó đã phân tán từ khu vực xích đạo và di chuyển đến các cực. Các vùng biển nông mới bắt đầu được hình thành ở giữa các vùng đất đang di chuyển ra xa nhau, từ đó dẫn đến sự lắng đọng của lớp trầm tích biển nông. Tại thời điểm này, một chu kỳ siêu lục địa đã chính thức được bắt đầu.

3. Một tỷ năm “thú vị” hơn

Việc có thêm chu kỳ siêu lục địa vào biên niên sử địa chất đã khiến giai đoạn 1 tỷ năm nhàm chán trở nên thú vị hơn rất nhiều. Vào khoảng 2 tỷ năm trước, Trái Đất tự hào có ít nhất 5 khối đất khá rộng lớn, lớn nhất trong số này chính là siêu lục địa Laurentia, một tập hợp của hàng tá các lục địa nhỏ hơn trải dài trên hàng nghìn km, tạo thành một nền móng vô cùng vững chắc cho Bắc Mỹ ngày nay. 

Lục địa Ur ban đầu đã tiếp tục tồn tại và bị chia cắt với Laurentia bởi một đại dương rộng lớn. Các nền lục địa Baltica và Ukraina nhỏ hơn đã tạo thành lõi của khu vực Đông Âu ngày nay, cũng như các nền lục địa làm nên các khu vực như Nam Mỹ, Trung Quốc và Châu Phi ngày nay cũng là những vùng đất “có số má”.

Vào thời điểm Trái đất được 1,9 tỷ năm tuổi, những vùng đất này đã tụ họp lại với nhau, xây dựng nên các vành đai núi hùng vĩ và hình thành nên một siêu lục địa được đặt tên là Columbia (các tên gọi khác bao gồm Nena, Nuna hoặc Hudsonland). Trải dài trên khoảng 12.900 km từ bắc xuống nam, Columbia bao phủ gần như toàn bộ lớp vỏ của Trái Đất.

Lúc này, sự hình thành của siêu lục địa Columbia đã chính thức đặt nền móng cho thời kỳ nhàm chán kéo dài 1 tỷ năm. Với địa hình nóng bỏng, khô cằn, hoàn toàn không có thảm thực vật và những vùng sa mạc gỉ sét rộng lớn, nhìn từ không gian, Trái Đất hiện lên với một khối đất đỏ rực được bao quanh bởi một siêu đại dương rộng lớn. Với tất cả các lục địa tập trung ở gần xích đạo, chỉ có một lượng băng ít ỏi bao phủ các vùng cực. Mực nước biển sẽ dâng lên tương đối cao, đủ để xâm chiếm một số vùng đất ven biển và tạo nên những vùng biển nội địa nông. Nhưng chính xác thì điều gì đã khiến cho giai đoạn này trở nên buồn tẻ đến vậy? 

Thực ra thì khoảng thời gian này cũng không hẳn là quá nhàm chán. Thuyết kiến ​​tạo mảng và sự xáo trộn mà chúng tạo ra – sự dịch chuyển, va chạm, tách rời và hợp nhất liên tục của các khối đất liền liên tục khiến cho Trái Đất trở nên khác biệt hoàn toàn cứ sau hàng trăm triệu năm. Ngay cả trong khoảng thời gian khi mà siêu lục địa Columbia vẫn tồn tại gần như là nguyên vẹn, các hoạt động kiến ​​tạo mảng vẫn không ngừng lại. 

Một đặc điểm khá đáng chú ý của các siêu lục địa là các hoạt động địa chất diễn ra rất tích cực ở rìa lục địa, nơi mà các mảng đại dương đậm đặc hơn chìm xuống bên dưới và tạo nên các dãy núi lửa non trẻ ở gần bờ biển. Thậm chí, lớp vỏ lục địa còn được bổ sung thêm khi siêu lục địa Columbia trải qua các giai đoạn tách giãn và phân chia thành các lục địa nhỏ hơn.

Khoảng 1,6 tỷ năm trước – khởi đầu Đại Trung Nguyên Sinh (Mesoproterozoic) – sự tách rời của lục địa Ur ở phía tây ra khỏi phần còn lại của lục địa Columbia ở phía đông đã dẫn đến sự ra đời của một vùng biển liên lục địa lớn và sự lắng đọng của một lớp trầm tích khổng lồ có độ dày hơn 30 km, được gọi là siêu cụm Belt-Purcell, đã tạo thành các mỏ lộ thiên rộng lớn ở miền tây Canada và tây bắc Hoa Kỳ ngày nay. Do đó, ngay cả khi các siêu lục địa đã bị tách rời, các loại khoáng chất mới vẫn tiếp tục được tạo ra từ những loại khoáng chất cũ.

Sự phân tách của Columbia thành hai khối đất liền cũng tiếp tục gây ra những xáo trộn khác. Laurentia, Ur và các vùng đất khác vẫn “loanh quanh” ở gần khu vực xích đạo, điều này có nghĩa là vẫn chưa có mảnh đất nào trôi dạt về phía hai cực, tức là băng vẫn chưa xuất hiện và mực nước biển vẫn còn rất cao. Thật vậy, những vùng biển nông bao phủ gần như toàn bộ các dải đất rộng lớn ở bờ biển phía tây của Laurentia; có lẽ đã làm cho chưa đến 1/4 diện tích bề mặt Trái Đất là khô ráo. 

Trong một khoảng thời gian kéo dài hơn 200 triệu năm (1,6 đến 1,4 tỷ năm trước), tổng diện tích đất đai trên Trái Đất đã giảm đi đáng kể, trong khi các lớp trầm tích dày đã tích tụ ở các vùng nước nông trên toàn cầu. Cũng trong khoảng thời gian này, Trái Đất đã không có cho mình bất kỳ những dấu tích đáng kể nào của băng. Vì vậy, Đại Trung Nguyên Sinh ảm đạm đã chứng kiến ​​rất nhiều sự thay đổi, ngay cả khi những thay đổi này chỉ là “chuyện thường tình” trong hoạt động địa chất.

4. Sự trỗi dậy của Rodinia

Trái với biệt danh của mình, khoảng thời gian 1 tỷ năm nhàm chán cũng đã chứng kiến ​​sự hình thành không chỉ một mà tới hai siêu lục địa. Sau gần 200 triệu năm tách ra xa nhau, khoảng 1,2 tỷ năm trước, Ur, Laurentia và các vùng đất khác đã bắt đầu quá trình tái hợp lại thành một khối đất liền mới có tên là Rodinia. Hồ sơ địa chất tại ​​các địa điểm ở châu Âu, châu Á và Bắc Mỹ đã lưu giữ một loạt các sự kiện tạo núi diễn ra từ 1,2 đến 1 tỷ năm trước – nơi các dãy núi khổng lồ đã được hình thành khi các nền lục địa va chạm với nhau và bị bóp méo.

Vị trí địa lý chính xác của Rodinia vẫn còn là vấn đề đang được tranh luận một cách gay gắt, nhưng dựa vào các dữ liệu địa chất và địa từ, cùng với sự sắp xếp của các nền lục địa trên Trái Đất ngày nay, rất có thể siêu lục địa đã từng nằm ở gần khu vực xích đạo, với Laurentia – làm nên phần lớn Bắc Mỹ ngày nay – nằm ở khu vực trung tâm, cùng với các lục địa khác nằm rải rác ở phía Bắc, Nam, Đông và Tây.

Một đặc điểm khá nổi bật của Rodinia chính là sự vắng mặt của một số loại đá nhất định. Không giống như bất kỳ giai đoạn nào khác trong vòng 3 tỷ năm qua, rất ít trầm tích được bảo tồn trong khoảng thời gian từ 1,1 tỷ đến 850 triệu năm trước. Điều này có nghĩa là tất cả các mảnh lục địa hẳn đã khớp chặt với nhau. Dường như cũng chẳng có bất kỳ vùng biển nội địa lớn nào, dẫn đến trong khoảng thời gian gần 250 triệu năm, chu trình tạo đá trầm tích dường như đã bị ngừng hoạt động. Theo mô hình này, Rodinia là một vùng đất rất nóng và khô – các điều kiện tự nhiên khá giống với sa mạc ở châu Úc ngày nay. 

Mặc dù có rất ít các bằng chứng về đá, khoảng thời gian dài từ 1,85 tỷ đến 850 triệu năm trước đã chứng kiến ​​rất nhiều sự thay đổi đáng chú ý do sự dịch chuyển của các nền lục địa. Hai siêu lục địa liên tiếp đã được hình thành trong khoảng thời gian ngắn ngủi này, mỗi siêu lục địa tạo ra hàng chục các dãy núi khổng lồ. Nằm giữa hai lần hình thành các vùng đất này, khi siêu lục địa Columbia tách ra, một số chuỗi trầm tích lớn và ấn tượng nhất của Trái Đất đã được hình thành, cùng với phần lớn đất liền của Trái Đất đã bị nhấn chìm và sau đó lại khô ráo trở lại. Các chỏm băng biến mất rồi lại xuất hiện. Như vậy là đã có rất nhiều sự thay đổi đối với một kỷ nguyên “nhàm chán”. Nhưng câu chuyện này vẫn còn có một khía cạnh khác.

Mặc dù vẫn còn có rất nhiều sự tranh luận, một điểm chung là hầu hết các nhà khoa học đều đồng ý rằng siêu lục địa Rodinia chắc hẳn đã được bao quanh bởi một siêu đại dương được đặt tên là Mirovia. Và vùng nước khổng lồ này có lẽ là lý do chính khiến cho Đại Trung Nguyên Sinh trở nên vô cùng nhàm chán.

Thảm họa Oxy – sự kiện đánh dấu cho một giai đoạn với rất nhiều sự thay đổi từ 2,4 đến 1,8 tỷ năm trước, có sự khác biệt rất lớn đối với tất cả các giai đoạn khác trong chiều dài lịch sử Trái Đất, chủ yếu là nó đã làm thay đổi cấu trúc hóa học của bầu khí quyển Trái Đất – từ gần như không có oxy cho tới 1-2%. Đây là một sự thay đổi vô cùng to lớn đối với môi trường gần bề mặt, nhưng đối với các đại dương, sự thay đổi như vậy là không đáng kể.

Điều mấu chốt ở đây là nằm ở khối lượng. Đại dương có khối lượng lớn hơn khoảng 250 lần so với khối lượng của bầu khí quyển. Bất kỳ sự thay đổi nhỏ nào trong thành phần hóa học của bầu khí quyển, ngay cả khi lượng oxy tự do có tăng lên đến 1%, cũng cần phải có một khoảng thời gian rất dài để có thể tạo ra được những ảnh hưởng có thể nhìn thấy được bên trong đại dương – có lẽ là khoảng một tỷ năm.

Hơn 2,4 tỷ năm trước, các đại dương rất giàu sắt hòa tan – một trạng thái chỉ có thể xảy ra nếu các vùng nước hoàn toàn không chứa các chất oxy hóa (điều này sẽ khiến cho oxit sắt kết tủa) và có hàm lượng lưu huỳnh thấp (điều này sẽ nhanh chóng dẫn đến sự hình thành pyrit và các khoáng chất sunfua sắt khác). Với những thay đổi trong thành phần hoá học của bầu khí quyển sau Thảm hoạ Oxy, một lượng lớn sắt đã bị biến đổi thành oxit sắt – trực tiếp bởi oxy hoặc gián tiếp bằng các phản ứng với các sản phẩm bị phong hóa thông qua quá trình oxy hóa từ đất liền.

Oxy trong bầu khí quyển cũng làm cho các loại khoáng chất chứa lưu huỳnh bị phong hóa và xói mòn nhanh chóng, đổ vào đại dương và tiêu thụ thêm sắt. Những thay đổi này đã kích hoạt sự lắng đọng của các tầng đá trầm tích chứa sắt (Banded Iron Formations hay BIFs) – các lớp trầm tích dày dưới đáy đại dương với rất nhiều lớp sắt đầy màu sắc, hiện nay đã tạo nên phần lớn trữ lượng sắt trên toàn thế giới. Quá trình hình thành của BIFs diễn ra rất từ từ; và cùng với lượng sắt khổng lồ bên trong đại dương, BIFs tiếp tục được lắng đọng trong vòng 600 triệu năm nữa.

Trong khoảng thời gian của 1 tỷ năm nhàm chán, dù các đại dương vẫn chẳng có nổi một phân tử oxy nào, nhưng chúng đã mất đi một lượng lớn kim loại sắt. Khoảng 1 tỷ năm sau, tảo quang hợp tiếp tục bơm thêm oxy vào bầu khí quyển và oxy bắt đầu tiến hành xâm chiếm các đại dương. Và vào khoảng 600 triệu năm trước, hầu hết các đại dương trên Trái Đất đều được lấp đầy bởi oxy. Tuy nhiên, điểm mấu chốt ở đây là các đại dương này lại tồn tại ở một trạng thái được gọi là “trung gian”. Vậy thì “trung gian” ở đây có nghĩa là gì?

Ý tưởng ở đây là rất đơn giản. Không giống như các đại dương hiện đại có hàm lượng oxy đều đặn trải dài từ trên xuống dưới, các đại dương cổ đại này dù có rất nhiều oxy ở gần bề mặt nhưng lại thiếu đi oxy ở các vùng nước sâu hơn. Thảm họa Oxy đã tạo ra đủ lượng oxy để ảnh hưởng đến sự phân bố của nhiều nguyên tố “nhạy cảm với quá trình oxy hóa khử”, bao gồm cả sắt, nhưng lại không đủ để cung cấp oxy cho toàn bộ đại dương. 

Mặt khác, quá trình phong hóa và oxy hóa trên đất liền đã đưa rất nhiều sunfat (SO₄^2–) vào đại dương. Do đó, đại dương “trung gian” này chứa rất nhiều lưu huỳnh nhưng lại rất nghèo oxy và sắt, một trạng thái ổn định kéo dài trong hàng tỷ năm.

Lúc này, một đại dương “trung gian” nghèo oxy và giàu sunfat vừa là tin tốt lại vừa là tin xấu cho sự sống. Tin tốt là sự gia tăng của sunfat đã cung cấp một nguồn năng lượng vô cùng dồi dào cho một số loài vi sinh vật—chúng sống bằng cách khử sunfat thành sunfua (S^2–). Những manh mối đến từ các mẫu hóa thạch, bao gồm các dấu hiệu của sinh học phân tử, ​​đồng vị lưu huỳnh, thậm chí là cả một số vi sinh vật được lưu giữ trong các mẫu đá phiến silic, đều chỉ ra một quần thể vi khuẩn lưu huỳnh màu xanh lục và tím phát triển mạnh mẽ ở vùng ven biển Đại Trung Nguyên Sinh. Những vi sinh vật ăn lưu huỳnh này vẫn tồn tại đến ngày nay trong một số môi trường thiếu oxy, tạo ra các hợp chất lưu huỳnh hữu cơ rất nặng mùi – giống như một hệ thống xử lý nước thải đang bị hỏng hóc vậy.

Ngược lại, tin xấu cho sự sống chính là sự phụ thuộc vào nitơ. Dù nitơ (N₂) là vô cùng dồi dào, chiếm khoảng 80% bầu khí quyển ngày nay, nhưng các dạng sống lại không thể sử dụng trực tiếp nguồn tài nguyên này. Thay vào đó, sự sống cần nitơ ở dạng khử, được gọi là amoniac (NH₃). Để giải quyết vấn đề này, các sinh vật đã tiến hóa để tảo a một loại enzyme có tên là nitrogenase giúp chuyển đổi nitơ thành amoniac.

Nhưng ở đây lại xuất hiện thêm một vấn đề khác. Enzyme nitrogenase được xây dựng từ lưu huỳnh cùng với một kim loại, có thể sắt hoặc molypden, nhưng cả hai kim loại quý giá này đều không xuất hiện trong đại dương “trung gian”. Sắt đã bị loại bỏ trong quá trình hình thành nên các BIFs, vì vậy đây không phải là một lựa chọn tối ưu. Mặt khác, molypden chỉ hòa tan trong nước giàu oxy. Trong thời kỳ thiếu hụt oxy của đại dương “trung gian”, molypden chỉ được tìm thấy ở gần các đường bờ biển bị phong hóa ở vùng nước tương đối nông – một môi trường mà các vi khuẩn lưu huỳnh đã phát triển vô cùng mạnh mẽ.

Như vậy, các đại dương “trung gian” vẫn nuôi dưỡng các dạng sống khác nhau, nhưng chúng chỉ có thể phát triển ở gần đường bờ biển, phần lớn là các vi khuẩn khử lưu huỳnh cùng với tảo liên tục sản sinh ra oxy. Trong 1 tỷ năm nhàm chán này, sự sống vẫn tồn tại, nhưng có rất ít những sự phát kiến mới về mặt sinh học.

5. Kết luận

Cuối cùng, khoảng thời gian còn lại rất ít các “bản ghi chép”, xảy ra từ khoảng 1,85 tỷ năm đến 850 triệu năm trước, đã xuất hiện những thay đổi không thể tránh khỏi: Những vùng nước nông ven biển giàu oxy “lúc nhúc” những sinh vật sống như tảo và các loài vi sinh vật khác, chẳng hạn như các loài vi khuẩn sặc mùi lưu huỳnh, trong khi đất liền đã rất sẵn sàng đón chào sự bùng nổ của những dạng sống mới.

Bên cạnh đó, khoảng thời gian 1 tỷ năm bí ẩn và “không hề nhàm chán này” đã dạy cho chúng ta biết rằng Trái Đất có thể đạt đến trạng thái cân bằng và ổn định giữa rất nhiều các yếu tố khác nhau trong hàng trăm triệu năm. Nhưng – luôn luôn có một chữ “nhưng” – chỉ cần một chút sự thay đổi dù chỉ là nhỏ nhất đối với các yếu tố này, Trái Đất sẽ ngay lập tức trở nên mất cân bằng và đi đến “điểm bùng phát” với những hậu quả vô cùng khó lường – những thay đổi rất nhanh chóng và sâu sắc chỉ trong vòng vài năm.

Và đó chính là điều đã xảy ra ở khoảng thời gian tiếp theo.