Đại dương cổ và sự biến đổi mực nước biển

CH¦¥NG 6 ®¹i d­¬ng Cæ Vµ Sù BIÕN §æI MùC N¦íC BIÓN XÐt theo thêi gian ®Þa chÊt, c¸c ®¹i d­¬ng ®Òu lµ nh÷ng ®Æc ®iÓm ®Þa h×nh cã thêi gian tån t¹i ng¾n trªn bÒ mÆt tr¸i ®Êt v× chóng liªn tôc cã sù thay ®æi vÒ h×nh th¸i vµ kÝch th­íc. HÖ thèng c¸c dßng h¶i l­u chuyÓn ®éng trong lßng ®¹i d­¬ng l¹i cµng bÊt æn ®Þnh h¬n n÷a, c¸c m« h×nh dßng ch¶y hiÖn t¹i ®Òu ®­îc h×nh thµnh trong hoµn c¶nh míi. Sù xuÊt hiÖn cña dßng Gulf Stream kh«ng thÓ trªn 100 triÖu n¨m v× khi ®ã vïng b¾c §¹i T©y D­¬ng ch­a ®ñ réng ®Ó t¹o ra mét hÖ thèng hoµn l­u sinh ra nã. C¸c th«ng tin vÒ thêi kú ph¸t triÓn ®¹i d­¬ng cæ (lÞch sö ®¹i d­¬ng thÕ giíi) chñ yÕu ®­îc thu thËp tõ hai nguån nghiªn cøu chÝnh, thø nhÊt lµ nh÷ng nghiªn cøu vÒ h×nh th¸i cña c¸c bån ®¹i d­¬ng dùa trªn c¸c kÕt qña ®o ®¹c tõ tr­êng vµ d÷ liÖu liªn quan, thø hai lµ c¸c nghiªn cøu vÒ trÇm tÝch ®¸y biÓn, n¬i cßn l­u gi÷ l¹i nh÷ng sù kiÖn biÕn ®éng cña líp n­íc phñ n»m trªn qua nhiÒu thêi kú kh¸c nhau trong qóa khø. §©y lµ mét vÊn ®Ò nghiªn cøu kh¸ quan träng v× nã liªn quan ®Õn sù tån t¹i cña c¸c quèc gia cã ®­êng bê biÓn thÊp vµ ®Æc biÖt cã ý nghÜa ®èi víi c¸c ho¹t ®éng khai th¸c dÇu khÝ trªn r×a lôc ®Þa. 6.1. Sù PH¢N Bè cña c¸c lo¹i TRÇM TÝCH BÒ dµy cña c¸c tËp tÇm tÝch h×nh thµnh nªn tÇng ®Þa chÊn 1 trong cÊu tróc líp vá ®¹i d­¬ng cã sù t¨ng dÇn theo kho¶ng c¸ch so víi trôc t¸ch d·n. Cã thÓ gi¶i thÝch nh­ thÕ nµo vÒ ®iÒu nµy? §¬n gi¶n lµ v× cµng xa trôc sèng nói líp vá ®¹i d­¬ng cµng giµ h¬n vµ ®o ®ã thêi gian ®Ó c¸c trÇm tÝch l¾ng ®äng vµ tÝch tô l¹i trªn bÒ mÆt líp vá còng l©u h¬n. T¹i c¸c vïng n»m gÇn trôc sèng nói kÓ c¶ nh÷ng vÕt lâm trªn bÒ mÆt ®Þa h×nh ®ang bÞ chia c¾t m¹nh, c¸c tÇng trÇm tÝch kh«ng bao giê cã bÒ dµy qu¸ mét vµi mÐt. Nh­ng tr¸i l¹i, t¹i c¸c vïng ®ång b»ng biÓn th¼m, bÒ dµy cña líp trÇm tÝch che phñ phÝa trªn t¨ng lªn ®¸ng kÓ tíi 1km hoÆc h¬n n÷a lµ kh¸ phæ biÕn (h×nh 2.19). Riªng khu vùc ®íi thÒm - s­ên - ch©n lôc ®Þa líp phñ trÇm tÝch cã bÒ dµy lín gÊp nhiÒu lÇn, trung b×nh tõ 10km trë lªn. H×nh 6.1 lµ s¬ ®å ph©n bè cña c¸c kiÓu trÇm tÝch chÝnh trªn ®¸y ®¹i d­¬ng ngµy nay, trÇm tÝch t¹i c¸c vïng ®íi thÒm - s­ên - ch©n lôc ®Þa ®­îc thÓ hiÖn b»ng mµu tr¾ng. C¸c trÇm tÝch ®­îc l¾ng ®äng tõ c¸c h¹t vËt chÊt l¬ löng ngay trong ®¹i d­¬ng ®­îc gäi lµ trÇm tÝch biÓn kh¬i. Ngo¹i trõ c¸c kiÓu trÇm tÝch chØ xuÊt hiÖn ë c¸c vïng cùc tr¸i ®Êt th× cã thÓ chia trÇm tÝch biÓn thµnh 3 lo¹i chÝnh nh­ sau: 1. TrÇm tÝch v«i sinh häc (tøc lµ cã nguån gèc sinh vËt) chñ yÕu lµ tËp hîp c¸c m¶nh vôn cßn sãt l¹i tõ x­¬ng vµ vá cña sinh vËt phï du sau khi ®· chÕt (c¸c sinh vËt sèng tr«i næi trong n­íc biÓn) cã thµnh phÇn chÝnh lµ canxit hoÆc aragonit (cacbonat canxi, CaCO3). 2. TrÇm tÝch silic sinh häc lµ c¸c m¶nh vôn cßn sãt l¹i tõ c¸c sinh vËt phï du cã cÊu t¹o bëi silic (SiO2). 3. TrÇm tÝch bïn ®á bao gåm chñ yÕu lµ c¸c kho¸ng vËt sÐt xen lÉn Ýt vËt liÖu sinh häc. Mµu ®á cña trÇm tÝch lµ do sù cã mÆt cña mét l­îng nhá «xÝt s¾t. Trong thµnh phÇn cña trÇm tÝch cã thÓ t×m thÊy c¸c h¹t mÞn cã nguån gèc tõ qóa tr×nh phong hãa vµ xãi mßn lôc ®Þa ®­îc sãng vµ dßng ch¶y mang ra vïng ®¸y s©u ®¹i d­¬ng hoÆc c¸c s¶n phÈm tro nói löa sinh ra tõ c¸c vô phun trµo lín di chuyÓn theo giã vµ r¬i xuèng ®¹i d­¬ng hay c¸c h¹t vËt liÖu cã nguån gèc tõ c¸c vô næ thiªn th¹ch trong khÝ quyÓn. Nh­ng nãi chung, tèc ®é trÇm ®äng cña nguån vËt liÖu vò trô gÇn nh­ kh«ng ®¸ng kÓ chØ kho¶ng 0,1 - 1,0 mm/triÖu n¨m. C¸c hîp phÇn sinh häc cã mÆt trong trÇm tÝch bïn ®á cã thÓ lµ canxi hoÆc silic hoÆc c¶ hai. Trong thµnh phÇn trÇm tÝch sinh häc v«i cã thÓ chøa chót Ýt c¸c vËt liÖu silic ®· bÞ pha t¹p vµ c¶ hai lo¹i trÇm tÝch v«i vµ silic ®Òu chøa mét l­îng sÐt nhÊt ®Þnh nµo ®ã. C¸c lo¹i trÇm tÝch sinh häc biÓn kh¬i cßn ®­îc gäi chung lµ ooze, tøc lµ trÇm tÝch bïn sinh häc. §©y lµ thuËt ng÷ diÔn t¶ b¶n chÊt cña nã, tuy nhiªn ngµy nay thuËt ng÷ nµy Ýt ®­îc sö dông. Sù ph©n bè c¸c kiÓu trÇm tÝch kh¸c nhau bÞ chi phèi chñ yÕu bëi 3 yÕu tè t­¬ng quan: 1. mèi qan hÖ gi÷a khÝ hËu vµ dßng ch¶y; 2. sù ph©n bè cña c¸c chÊt dinh d­ìng vµ n¨ng suÊt sinh häc trªn bÒ mÆt n­íc; 3. Kh¶ n¨ng hßa tan cña canxit vµ silic trong qóa tr×nh l¾ng ch×m cña c¸c m¶nh vôn sinh vËt xuèng ®¸y biÓn. Møc ®é hßa tan cña canxi cacbonat gi¶m theo ®é s©u v× thÕ mµ ë ®¸y c¸c vïng biÓn s©u hiÕm khi t×m thÊy lo¹i trÇm tÝch nµy, nh­ng t¹i c¸c vïng sèng nói ngÇm ®¹i d­¬ng chóng l¹i kh¸ phæ biÕn. Ngoµi ra sù hoµ tan cña canxi cacbonat cßn phô thuéc vµo nhiÖt ®é, ®Æc biÖt nã rÊt dÔ bÞ hoµ tan trong n­íc l¹nh, ®iÒu nµy dÉn ®Õn sù thèng trÞ cña c¸c trÇm tÝch silic t¹i c¸c vïng ®¸y ®¹i d­¬ng n»m ë miÒn vÜ ®é cao. TrÇm tÝch ®¸y biÓn s©u (h×nh 6.1) th­êng n»m phñ bªn trªn líp vá ®¸ phun trµo vµ trong c¸c tËp trÇm tÝch d­íi hÇu nh­ ®Òu cã chøa thµnh phÇn kim lo¹i. §ã chÝnh lµ s¶n phÈm kÕt tña tõ ho¹t ®éng cña thñy nhiÖt phun trµo t¹i c¸c miÖng “khãi ®en” vµ “khãi tr¾ng” n»m trªn vïng ®Ønh trôc sèng nói. Nh­ ®· tr×nh bµy trong ch­¬ng 5, bÒ dµy tÇng trÇm tÝch biÓn s©u cã xu h­íng ph¸t triÓn theo kho¶ng c¸ch xa dÇn ®Ønh trôc sèng nói vµ bao phñ kÝn hÖ thèng c¸c dßng thñy nhiÖt n»m bªn d­íi. T¹i c¸c phÇn d­íi cña líp phñ trÇm tÝch nµy, ho¹t ®éng cña dung dÞch thñy nhiÖt Êm cã thÓ dÉn ®Õn nh÷ng qóa tr×nh biÕn ®æi vµ t¸i kÕt tinh ngay trong trÇm tÝch. H×nh 6.1: Sù ph©n bè cña c¸c kiÓu trÇm tÝch chÝnh trªn ®¸y ®¹i d­¬ng ngµy nay Nh­ ®· biÕt, ho¹t ®éng cña c¸c dßng thñy nhiÖt gÇn nh­ bÞ chÊm døt hoµn toµn trong líp vá ®¹i d­¬ng cã tuæi kho¶ng 70 triÖu n¨m. V× vËy, kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn c¸c ho¹t ®éng nhiÖt dÞch trong vïng r×a lôc ®Þa lµ rÊt h÷u h¹n bëi líp vá ®¹i d­¬ng ë ®©y th­êng cã tuæi giµ 70 triÖu n¨m (h×nh 3.6). Vµo nh÷ng n¨m 1980, nh÷ng ph¸t hiÖn ®Çu tiªn vÒ mét nhãn sinh vËt chØ ph¸t triÓn ë vïng trôc sèng nói t¹i miÒn r×a lôc ®Þa ®· g©y ng¹c nhiªn lín cho c¸c nhµ nghiªn cøu biÓn. Nhãm sinh vËt nµy ®­îc nu«i d­ìng bëi nguån hydrosulfua vµ hydrocarbua ®­îc sinh ra tõ qóa tr×nh ph©n hñy yÕm khÝ c¸c vËt chÊt h÷u c¬ trong hÖ tÇng trÇm tÝch bÞ Ðp nÐn. Trë l¹i môc 3.2, chóng ta thÊy c¸c trÇm tÝch muèi ®­îc h×nh thµnh chñ yÕu trong giai ®o¹n ®Çu cña qóa tr×nh tiÕn hãa ®¹i d­¬ng, sau ®ã míi bÞ ch«n vïi d­íi c¸c tÇng trÇm tÝch dµy vïng ®íi thÒm - s­ên - ch©n lôc ®Þa. Do cã tØ träng nhá h¬n líp phñ trÇm tÝch n»m trªn vµ kh¶ n¨ng bÞ biÕn d¹ng dÎo d­íi ¶nh h­ëng cña ¸p suÊt, líp trÇm tÝch muèi cã thÓ tråi lªn xuyªn qua tÇng trÇm tÝch t¹o thµnh c¸c cét muèi th¼ng ®øng nh­ trong mÆt c¾t h×nh 6.2. Nh÷ng cét vµ vßm muèi nµy chÝnh lµ n¬i cung cÊp nguån hydrocarbua cho ho¹t ®éng khai th¸c v× ®ã lµ khu vùc tÝch tô cña c¸c tói dÇu khÝ trong trÇm tÝch. NhiÒu vÕt tÝch ®Þa chÊt cßn l­u l¹i trªn lôc ®Þa (®Æc biÖt lµ trong tÇng trÇm tÝch cña phøc hÖ ophiolit) còng cho thÊy qóa tr×nh h×nh thµnh cña c¸c tÇng trÇm tÝch muèi trªn ®¸y ®¹i d­¬ng b¾t ®Çu tõ khi ®¹i d­¬ng míi ra ®êi vµ ph¸t triÓn ë nhiÒu møc ®é kh¸c nhau theo tõng giai ®o¹n. B¶n th©n c¸c trÇm tÝch sinh häc còng cã nh÷ng sù biÕn ®æi t­¬ng tù tïy thuéc theo sù ph¸t triÓn cña c¸c nhãm sinh vËt theo thêi gian. H×nh 6.2: H×nh ¶nh c¸c vßm muèi d©ng tråi bªn d­íi tÇng trÇm tÝch phÝa ®«ng Louisiana (vÞnh Mexico). Mét sè vßm n»m d­íi ®¸y tÇng trÇm tÝch cã thÓ xuyªn lªn tíi ®é cao trªn 10.000m (theo tØ lÖ phãng ®øng). §©y lµ hiÖn t­îng kh¸ phæ biÕn ë nhiÒu vïng thÒm lôc ®Þa 6.1.1. C¸c nghiªn cøu vÒ trÇm tÝch vµ cæ h¶i d­¬ng häc RÊt nhiÒu th«ng tin kh¸c nhau liªn quan ®Õn diÔn biÕn vµ thêi gian x¶y ra c¸c sù kiÖn lÞch sö lín trong qóa tr×nh ph¸t triÓn tiÕn hãa cña mét ®¸y ®¹i d­¬ng cã thÓ thu thËp ®­îc tõ viÖc nghiªn cøu c¸c trÇm tÝch trªn ®¸y biÓn vµ nh÷ng hãa th¹ch sinh vËt cßn ®­îc b¶o tån trong chóng. Cã thÓ trÝch dÉn mét tr­êng hîp nghiªn cøu cô thÓ sau: nghiªn cøu vÒ sù h×nh thµnh cña dßng h¶i l­u Nam cùc. Dßng h¶i l­u Nam cùc lµ mét trong nh÷ng hÖ thèng dßng ch¶y chÝnh trong ®¹i d­¬ng cã h­íng ch¶y vÒ phÝa ®«ng råi vßng quanh Nam cùc. HÖ thèng dßng ch¶y nµy chÞu sù chi phèi cña h­íng giã t©y thÞnh hµnh cña vïng Nam cùc, v× vËy nã cßn cã tªn gäi lµ dßng ch¶y giã h­íng t©y. §é s©u ho¹t ®éng cña dßng ch¶y lµ tõ 3000-4000m vµ sù tån t¹i cña nã chÝnh lµ nhê vïng n­íc s©u bao quanh Nam cùc. Nh­ng rÊt cã thÓ hÖ thèng dßng h¶i l­u nµy chØ míi xuÊt hiÖn sau khi c¸c ch©u lôc phÝa nam bÞ t¸ch ra khái ch©u Nam cùc. H×nh 3.1 cho thÊy, c¸c lôc ®Þa phÝa nam bÞ t¸ch ra vµo nhiÒu thêi ®iÓm kh¸c nhau, nh­ng ®Òu muén h¬n 170 triÖu n¨m. Trong khi Ch©u óc vµ Nam cùc bÞ ph©n t¸ch bëi mét ®¸y ®¹i d­¬ng cã tuæi nhá nhÊt lµ 55 triÖu n¨m th× tuæi cña ®¸y ®¹i d­¬ng h×nh thµnh gi÷a Ch©u Nam Mü vµ Nam cùc míi chØ cã 20 triÖu n¨m (h×nh 3.6). Tuy nhiªn, cã b»ng chøng cho thÊy tr­íc ®ã xung quanh Nam cùc ®· cã vïng n­íc nèi th«ng víi ®¹i d­¬ng. §ã lµ sù ph¸t triÓn réng r·i cña mét sè loµi sinh vËt biÓn trong vïng n­íc nµy. Nhãm loµi sinh vËt ®­îc biÕt ®Õn ®Çu tiªn thuéc gièng foraminifera cã tªn khoa häc lµ Guembelitria - mét loµi vi sinh vËt phï du cã chiÒu dµi cùc ®¹i lµ 0,15mm (h×nh 6.3). Lóc ®Çu, vÞ trÝ ph©n bè ®Þa lý cña nhãm vi sinh vËt nµy chØ giíi h¹n ë mét phÇn diÖn tÝch cña vïng ®¹i d­¬ng cæ phÝa nam. Nh­ng sau ®ã ng­êi ta ®· t×m thÊy nh÷ng dÊu vÕt hãa th¹ch cña chóng trong kh¾p c¸c tÇng trÇm tÝch bao quanh Nam cùc, ®¸nh dÊu cho mét thêi kú ph¸t triÓn míi cña vïng Nam §¹i D­¬ng khi b¾t ®Çu cã sù l­u th«ng tù do víi c¸c vïng ®¹i d­¬ng lín. H×nh 6.3: C¸c m¶nh vá cøng cã cÊu t¹o bëi canxi cacbonat cña Guembelitria, mét loµi foraminifera phï du cã chiÒu dµi kho¶ng 0,15mm. Foraminifera lµ mét tæ chøc sinh vËt ®¬n bµo cã thÓ sèng tr«i næi trong c¸c tÇng n­íc hoÆc sèng b¸m ®¸y Vµo Oligoxen sím (c¸ch ®©y kho¶ng 35 triÖu n¨m) Guembelitria chØ ph¸t triÓn trong mét vïng giíi h¹n n»m gi÷a Nam cùc vµ Ch©u óc ®­îc gäi lµ “vÞnh Australia”, ngoµi ra chóng kh«ng xuÊt hiÖn ë c¸c vïng Nam §¹i D­¬ng kh¸c, v× vËy trong c¸c trÇm tÝch cã tuæi Oligoxen sím ë nam b¸n cÇu kh«ng t×m thÊy dÊu vÕt cña loµi sinh vËt nµy. Nh­ng vµo ®Õn Oligoxen gi÷a, tøc lµ c¸ch ®©y kho¶ng 30 triÖu n¨m, bøc tranh ph©n bè cña Guembelitria ®· cã nhiÒu thay ®æi lín nh­ trªn h×nh 6.4. Qua ®ã cho phÐp chóng ta cã thÓ dù ®o¸n sù ra ®êi cña hÖ thèng dßng h¶i l­u Nam cùc mÆc dï qóa tr×nh t¸ch d·n ®¸y biÓn x¶y ra ë vïng eo biÓn Drake n»m gi÷a Nam cùc vµ Nam Mü míi chØ b¾t ®Çu c¸ch ®©y kho¶ng 20 triÖu n¨m theo nh­ h×nh minh häa 3.6. VËy Guembelitria cã thÓ võa ph¸t triÓn réng vÒ phÝa ®«ng tíi vïng biÓn Tasman do sù ph©n t¸ch cña hai lôc ®Þa Ch©u óc vµ Nam cùc, võa v­¬n tíi vïng biÓn Nam Phi do sù t¸ch d·n vÒ phÝa t©y cña lôc ®Þa nµy? vµ kh«ng nhÊt thiÕt ®ßi hái sù h×nh thµnh cña eo biÓn Drake? §iÒu nµy cã thÓ x¶y ra nh­ng kh«ng dÔ bëi c¸c b»ng chøng thu thËp ®­îc tõ qóa tr×nh nghiªn cøu trÇm tÝch biÓn vµ lôc ®Þa ®Òu cho thÊy sù ph©n bè cña c¸c ®ai khÝ hËu toµn cÇu vµ hÖ thèng giã thÞnh hµnh gÇn nh­ cã sù trïng nhau vÒ mÆt vÜ ®é ®Þa lý vµ kh«ng thay ®æi cho ®Õn ngµy nay. V× vËy khu vùc thÞnh hµnh cña h­íng giã t©y lµ c¸c vïng n»m gÇn vÜ ®é 60o nam, cho nªn kh¶ n¨ng tr«i d¹t thô ®éng cña nhãm c¸c sinh vËt phï du vÒ h­íng t©y ng­îc víi c¸c dßng ch¶y giã trªn bÒ mÆt biÓn lµ rÊt h·n h÷u. Nh­ng chóng ta sÏ gi¶i thÝch nh­ thÕ nµo vÒ sù ph¸t triÓn cña Guembelitria theo h­íng ®«ng, bao quanh Nam cùc tr­íc khi eo biÓn Drake ®­îc h×nh thµnh (tÝnh theo d÷ liÖu tuæi cña ®¸y biÓn) 10 triÖu n¨m? Guembelitria lµ mét loµi sinh vËt phï du sèng trong tÇng n­íc mÆt, do vËy t¹i nh÷ng vïng kªnh ®µo n«ng cã ®é s©u chõng vµi tr¨m m còng ®ñ ®Ó chóng cã thÓ di chuyÓn theo c¸c dßng ch¶y bÒ mÆt quanh lôc ®Þa. Nh÷ng kªnh ®µo nh­ vËy cã thÓ ®­îc h×nh thµnh bëi qóa tr×nh nøt vì vµ tr«i d¹t lôc ®Þa mµ kh«ng nhÊt thiÕt kÌm theo qóa tr×nh t¸ch d·n ®¸y biÓn nh­ kiÓu eo biÓn Drake. C¸c nghiªn cøu vïng eo biÓn Drake cho thÊy c¸ch ®©y 23 triÖu n¨m, eo biÓn nµy vÉn ch­a ph¸t triÓn réng cùc ®¹i, do vËy sù h×nh thµnh cña c¸c vïng n­íc s©u trong khu vùc sÏ ph¶i muén h¬n, Ýt nhÊt còng vµo kho¶ng 18 triÖu n¨m khi ®ã hÖ thèng dßng h¶i l­u Nam cùc kh«ng thÓ cã ®ñ kh¶ n¨ng ®Ó ho¹t ®éng d­íi tÇng n­íc s©u ®Õn 4.000m nh­ ngµy nay. H×nh 6.4: H×nh th¸i vïng nam ®¹i d­¬ng c¸ch ®©y kho¶ng 30 triÖu n¨m, h­íng mòi tªn mµu ®á chØ sù ph¸t triÓn cña Guembelitria vµ h­íng mòi tªn ®Çu tr¾ng cho thÊy sù h×nh thµnh cña dßng h¶i l­u Nam cùc. VÞ trÝ c¸c ký hiÖu b»ng ch÷ sè lµ n¬i t×m thÊy c¸c hãa th¹ch Guembelitria trong trÇm tÝch Oligoxen gi÷a H×nh 6.5 thÓ hiÖn nh÷ng sù kiÖn biÕn ®æi ®­îc ghi nhËn qua viÖc nghiªn cøu trÇm tÝch t¹i c¸c vïng phô cËn Tasmania khi "vÞnh Austral" ®­îc h×nh thµnh vµ n­íc biÓn tõ h­íng t©y x©m nhËp vµo vïng biÓn Tasman. Trªn h×nh vÏ lµ bèn mÉu lâi khoan trÇm tÝch cã tuæi tõ 40-60 triÖu n¨m ®­îc lÊy lªn tõ ®¸y biÓn t¹i c¸c vÞ trÝ nh­ trªn s¬ ®å h×nh vÏ ë gãc bªn ph¶i. C¸c ®­êng th¼ng kÐo ngang gi÷a c¸c cét ®Þa tÇng lµ ranh giíi tuæi t­¬ng ®èi cña c¸c phÇn ®Þa tÇng n»m trong cét ®­îc x¸c ®Þnh qua viÖc ph©n tÝch tuæi hãa th¹ch trong trÇm tÝch. VÞ trÝ c¸c ®­êng zic- zac lµ nh÷ng kho¶ng thêi gian gi¸n ®o¹n kh«ng thÓ x¸c ®Þnh ®­îc (®­îc gäi lµ c¸c bÊt chØnh hîp) do sù v¾ng mÆt cña trÇm tÝch hoÆc cã thÓ do chóng ®· bÞ bµo mßn sau khi h×nh thµnh. Mét ®iÒu ®¸ng chó ý lµ bÒ dµy líp phñ trÇm tÝch t¹i 4 vÞ trÝ lÊy mÉu hoµn toµn kh«ng gièng nhau mÆc dï kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c vÞ trÝ kh«ng qóa xa. Líp vá d¹i d­¬ng bazan ë phÇn phÝa ®«ng Tasmania (vÞ trÝ 283) cã tuæi Paleoxen (tøc lµ kho¶ng 64 triÖu n¨m) trong khi sù h×nh thµnh cña c¸c vïng n­íc s©u trong khu vùc nµy l¹i vµo Eoxen (tøc lµ kho¶ng 50 triÖu n¨m). C©u hái 6.1 (a) Dùa vµo ®©u ®Ó cã thÓ cho phÐp ®­a ra nh÷ng suy luËn trªn tõ h×nh 6.5. (b) Sù kh¸c nhau gi÷a cét ®Þa tÇng sè 281 víi ba cét cßn l¹i nh­ thÕ nµo? (c) X¸c ®Þnh c¸c tÇng trÇm tÝch hiÖn ®¹i trong bèn cét ®Þa tÇng trªn? H×nh 6.5: BÒ dµy vµ tuæi cña c¸c tÇng trÇm tÝch t¹i bèn ®Þa ®iÓm khoan n»m trong dù ¸n DSPS gÇn khu vùc Tasmania (b¶n ®å gãc h×nh vÏ). VÞ trÝ mùc n­íc biÓn ngµy nay ®­îc ghi trªn ®Çu mçi cét ®Þa tÇng. C¸c ®­êng th¼ng lµ ranh giíi tuæi t­¬ng ®èi gi÷a c¸c tÇng trÇm tÝch. C¸c ®­êng zic-zac lµ ranh giíi c¸c bÊt chØnh hîp xuÊt hiÖn trong ®Þa tÇng ®· ®­îc ghi nhËn (®ã lµ c¸c thêi kú gi¸n ®o¹n hoÆc bµo mßn cña trÇm tÝch) Nh­ vËy, c¸c nghiªn cøu vÒ trÇm tÝch (h×nh 6.5) cho thÊy c¸ch ®©y 38 triÖu n¨m (tøc lµ vµo Oligocen) “vÞnh Austral” ®· lµ mét vïng n­íc s©u lín víi sù ph¸t triÓn cña c¸c trÇm tÝch silic trong tÇng trÇm tÝch ®¸y (cét ®Þa tÇng sè 280), cßn c¸c nghiªn cøu vÒ sù ph©n bè cña Guembelitria th× cho thÊy vïng biÓn Tasman ®­îc khai th«ng víi vÞnh Autral sau ®ã kho¶ng chõng xÊp xØ 8 triÖu n¨m . Qua tr­êng hîp nghiªn cøu cô thÓ nµy, cã thÓ thÊy c¸c nhµ ®Þa chÊt ®· dùa vµo nhiÒu nguån d÷ liÖu nghiªn cøu kh¸c nhau ®Ó x©y dùng nªn c¸c bøc tranh dßng ch¶y x¶y ra trong tõng giai ®o¹n tõ qóa khø ®Õn hiÖn t¹i. ViÖc cã ®­îc c¸c th«ng tin nghiªn cøu trÇm tÝch dåi dµo sÏ gióp cho qóa tr×nh phôc håi c¸c bøc tranh dßng ch¶y trë nªn ngµy cµng chÝnh x¸c. Tuy nhiªn, mét vÊn ®Ò nghiªn cøu kh¸c mµ chóng ta kh«ng thÓ bá qua trong qóa tr×nh nghiªn cøu sù ph¸t triÓn cña ®¹i d­¬ng lµ sù dao ®éng côc bé vµ toµn cÇu cña mùc n­íc biÓn trong nh÷ng kho¶ng thêi gian kh¸c nhau vµ nguyªn nh©n g©y ra nh÷ng biÕn ®æi ®ã. Cã thÓ nãi, ®©y lµ mét yÕu tè cã vai trß kh¸ quan träng trong sù tiÕn hãa cña ®¹i d­¬ng. 6.2. Sù BIÕN §æI cña MùC N¦íC BIÓN Tr­íc khi ®i vµo néi dung chÝnh, chóng ta cÇn ph©n biÖt râ hai kh¸i niÖm sau ®Ó tr¸nh nhÇm lÉn. §ã lµ h×nh th¸i bÒ mÆt biÓn, nh­ ®· tr×nh bµy trong c¸c môc 1.2.1 vµ 2.6 vµ mùc n­íc biÓn bÒ mÆt theo sù quan tr¾c vµ ®o ®¹c däc theo ®­êng bê. Nh÷ng biÕn ®æi vÒ ®Þa h×nh cña ®¸y ®¹i d­¬ng (vµ biÓu hiÖn cña nã trªn bÒ mÆt geoid) chØ cã thÓ nhËn biÕt ®­îc trªn quy m« thêi gian lín kho¶ng 106 - 107 n¨m trong khi sù dao ®éng cña mùc n­íc biÓn l¹i diÔn ra trong kho¶ng thêi gian ng¾n h¬n cì 103 - 104 n¨m. V× vËy, chóng ta cã thÓ gi¶ thiÕt r»ng h×nh th¸i bÒ mÆt biÓn gÇn nh­ kh«ng biÕn ®æi, sù biÕn ®æi ®¸ng quan t©m nhÊt chÝnh lµ ®é cao cña mùc n­íc biÓn. Mùc n­íc biÓn lµ mùc n­íc ë tr¹ng th¸i c©n b»ng æn ®Þnh. Nãi mét c¸ch ®¬n gi¶n, ®ã lµ mùc n­íc h×nh thµnh khi c¸c bån tròng ®¹i d­¬ng n»m gi÷a c¸c khèi lôc ®Þa bÞ lÊp ®Çy n­íc mÆn t¹i mét thêi ®iÓm nhÊt ®Þnh nµo ®ã. VÒ mÆt lý thuyÕt, nÕu gi÷a c¸c ®¹i d­¬ng cã sù l­u th«ng víi nhau th× sÏ tån t¹i mét mùc n­íc biÓn trung b×nh chung. Do vËy, bÊt kú mét sù thay ®æi nµo vÒ khèi l­îng n­íc trong mét ®¹i d­¬ng còng sÏ ¶nh h­ëng tíi mùc n­íc biÓn trong c¸c ®¹i d­¬ng kh¸c vµ nh÷ng biÕn ®æi mùc n­íc ®ã trªn quy m« toµn cÇu ®­îc gäi lµ sù dao ®éng mùc n­íc biÓn ch©n tÜnh. §é cao c©n b»ng æn ®Þnh cña mùc n­íc biÓn ®­îc quyÕt ®Þnh bëi: 1. ThÓ tÝch khèi n­íc trong c¸c ®¹i d­¬ng vµ thÓ tÝch nµy phô thuéc vµo: (a) L­îng n­íc x©m nhËp vµo ®¹i d­¬ng tõ c¸c nguån m­a tuyÕt, s«ng ngßi, n­íc ngÇm, b¨ng tan vµ ho¹t ®éng phun trµo nói löa (b) L­îng n­íc tho¸t ra khái ®¹i d­¬ng do bay h¬i vµ kÕt b¨ng (c) NhiÖt ®é n­íc biÓn vµ khèi l­îng c¸c chÊt hßa tan, l¬ löng trong ®¹i d­¬ng. 2. H×nh d¸ng cña bån chøa (®­îc thÓ hiÖn trªn ®­êng cong ®é cao-s©u h×nh 2.4) ®­îc x¸c ®Þnh dùa vµo: (a) BÒ dµy vµ diÖn tÝch vá lôc ®Þa trªn toµn cÇu (b) Tr¹ng th¸i nhiÖt t­¬ng ®èi (hay tØ träng) cña vá lôc ®Þa vµ vá ®¹i d­¬ng (nhÊt lµ thÓ tÝch c¸c sèng nói ngÇm cßn ®ang t¸ch d·n) (c) Khèi l­îng n­íc vµ trÇm tÝch trong ®¹i d­¬ng, khèi l­îng cña chóng phñ lªn vá ®¹i d­¬ng. H×nh 6.6: Sù biÕn ®æi mùc n­íc biÓn trung b×nh ë Esbjerg (§an M¹ch), 1889 – 1962. (a) Xu h­íng d©ng liªn tôc (trong thêi gian dµi) cña mùc n­íc biÓn (®­êng mµu xanh) theo c¸c dao ®éng tµn d­ thu ®­îc tõ (b) nh÷ng sè liÖu ®o ®¹c ®· ®­îc chØnh lý theo (c) sù biÕn ®æi trung b×nh hµng n¨m cña ¸p suÊt kh«ng khÝ vµ (d) c¸c dao ®éng dµi cña thñy triÒu g©y ra bëi c¸c yÕu tè thiªn v¨n vµ quü ®¹o quay cña tr¸i ®Êt C©u hái 6.2 (a) Dùa vµo danh môc c¸c yÕu tè võa nªu trªn, h·y x¸c ®Þnh xem yÕu tè nµo cã kh¶ n¨ng g©y t¸c ®éng m¹nh nhÊt ®Õn tæng thÓ tÝch n­íc biÓn trong c¸c ®¹i d­¬ng? (b) ThÓ tÝch gi·n në cña n­íc lµ 2,110-4 0C, nÕu kh«ng tÝnh sù t¨ng gi¶m khèi l­îng n­íc do qóa tr×nh ®ãng vµ tan b¨ng th× tæng thÓ tÝch n­íc trong c¸c ®¹i d­¬ng sÏ biÕn ®æi ra sao khi nhiÖt ®é trung b×nh cña n­íc biÓn t¨ng lªn 10C? vµ ®iÒu nµy cã lµ mét yÕu tè quan träng ®èi víi nh÷ng thay ®æi cña mùc n­íc biÓn kh«ng? (c) Dùa vµo mèi t­¬ng quan gi÷a tuæi cña líp vá ®¹i d­¬ng víi ®é s©u ®¸y biÓn (h×nh 2.13); h·y gi¶i thÝch t¹i sao bån ®¹i d­¬ng cã sèng nói ngÇm t¸ch d·n nhanh th­êng cã ®é s©u n«ng h¬n so víi ®¹i d­¬ng cã chøa sèng nói t¸ch d·n chËm? 6.2.1. Sù biÕn ®æi cña mùc n­íc biÓn theo quy m« thêi gian kh¸c nhau Mùc n­íc biÓn th­êng chÞu ¶nh h­ëng cña mét sè biÕn ®éng ng¾n h¹n, trong ®ã cã nhiÒu qóa tr×nh x¶y ra víi c­êng ®é lín. §ã lµ c¸c dao ®éng mùc n­íc g©y ra bëi c¸c yÕu tè nh­ thñy triÒu, sãng giã, sù biÕn ®æi khÝ ¸p, sãng thÇn, lò lôt vµ thËm chÝ lµ do sù ®i l¹i cña tµu thuyÒn. MÆc dï c¸c dao ®éng nµy cã thÓ g©y ra nh÷ng biÕn ®æi mùc n­íc cao trªn 10m, ng­êi ta vÉn cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc mùc n­íc biÓn trung b×nh vµ ®o ®¹c ®­îc nh÷ng dao ®éng cña nã ë møc ®é 1mm/n¨m. Nh÷ng dao ®éng mùc n­íc x¶y ra trong qóa khø gÇn t¹i mét ®o¹n ®­êng bê nhÊt ®Þnh cã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh dùa vµo c¸c ph©n tÝch d÷ liÖu ®o ®¹c thñy triÒu. Tuy nhiªn ®©y lµ mét nhiÖm vô phøc t¹p v× yªu cÇu ph¶i xÐt ®Õn hµng lo¹t nh÷ng biÕn ®éng mùc n­íc theo mïa vµ ngÉu nhiªn cïng víi nh÷ng dao ®éng thñy triÒu mang tÝnh ®Òu ®Æn, tr­íc khi ®­a ra mét gi¸ trÞ biÕn ®æi mùc n­íc ®¸ng tin cËy. H×nh 6.6 biÓu diÔn nh÷ng dao ®éng mùc n­íc th­êng xuyªn x¶y ra vµ kh«ng thÓ bá qua khi xÐt tíi nh÷ng ®ao ®éng mùc n­íc dµi h¹n. Nh÷ng dao ®éng g©y ra bëi sù biÕn ®æi cña khÝ quyÓn hay cßn gäi lµ "sù ®ãng gãp cña kh«ng khÝ" trªn h×nh 6.6(c)) lµ mét kiÓu dao ®éng mang tÝnh nhÊt thêi do sù h×nh thµnh n­íc d©ng sinh ra tõ qóa tr×nh biÕn ®æi khÝ ¸p ®ét ngét nh­ võa nªu trªn: ¸p suÊt khÝ quyÓn cµng thÊp, mùc n­íc biÓn trung b×nh hµng n¨m cµng cao. Nh÷ng biÕn ®æi cña ¸p suÊt khÝ trªn mét ®¬n vÞ 1mbar cã thÓ lµm cho mùc n­íc biÓn bÞ chªnh lÖch tíi 1cm (10mm) trong khi kh¶ n¨ng biÕn ®æi cña khÝ ¸p cã thÓ dao ®éng tõ 930mbar hoÆc thÊp h¬n khi xuÊt hiÖn c¸c xo¸y thuËn m¹nh (¸p thÊp) tíi 1080mbar hoÆc cao h¬n khi xuÊt hiÖn xo¸y nghÞch m¹nh. TrËn lôt lín x¶y ra ë vïng BiÓn B¾c vµo n¨m 1953 lµ do ¶nh h­ëng cïng lóc cña thñy triÒu cao kÕt hîp víi giã m¹nh vµ ¸p thÊp. Nãi chung víi sù biÕn ®æi trung b×nh n¨m cña ¸p suÊt khÝ quyÓn ë møc 10mbar còng ®ñ ®Ó chóng ta ph¶i xem xÐt khi tÝnh to¸n nh÷ng dao ®éng mùc n­íc g©y ra bëi yÕu tè khÝ quyÓn nh­ thÓ hiÖn trªn h×nh 6.6. C©u hái 6.3 §é d©ng cao trung b×nh hµng n¨m cña mùc n­íc biÓn ë Esbjerg trong qu·ng thêi gian ®­îc x¸c ®Þnh nh­ trªn h×nh 6.6 lµ bao nhiªu? Xu thÕ biÕn ®æi cña mùc n­íc thÓ hiÖn ë h×nh 6.6 mét phÇn lµ do sù tan ch¶y liªn tôc cña c¸c con s«ng b¨ng vµ líp b¨ng phñ do ¶nh h­ëng cña sù nãng lªn toµn cÇu, vµ mét phÇn lµ do sù gi·n në nhiÖt bëi sù t¨ng cao nhiÖt ®é cña líp n­íc biÓn bÒ mÆt (xem c©u hái 6.2(b)). TÝnh theo thêi gian ®Þa chÊt, nh÷ng biÕn thiªn nhiÖt ®é toµn cÇu vÉn liªn tôc diÔn ra kh«ng ngõng ë c¸c cÊp ®é vµ quy m« kh¸c nhau qua nhiÒu thêi ®¹i. Cã thÓ nãi r»ng, ngµy nay sù t¨ng cao nhiÖt ®é trªn toµn cÇu cßn chÞu ¶nh h­ëng thªm cña khÝ hËu “nhµ kÝnh” g©y ra bëi cacbon dioxit vµ c¸c khÝ kh¸c th¶i kh¸c tho¸t ra tõ viÖc ®èt ch¸y c¸c nhiªn liÖu hãa th¹ch vµ sù suy gi¶m kh¶ n¨ng hÊp thô cacbon dioxit cña tÇng sinh quyÓn do t×nh tr¹ng ph¸ rõng. Nh÷ng nguy c¬ lò lôt g©y ra bëi sù d©ng cao kh«ng ngõng cña n­íc biÓn cã thÓ ®Æt nh÷ng vïng d©n c­ ven bê vµo nh÷ng mèi hiÓm häa lín. Tuy nhiªn, tèc ®é d©ng cao cña mùc n­íc biÓn ngµy nay cã thÓ bÞ lµm chËm l¹i khi mµ nhu cÇu sö dông n­íc ngµy cµng t¨ng do sù ph¸t triÓn cña d©n sè vµ qóa tr×nh ®« thÞ hãa, c«ng nghiÖp hãa t¨ng m¹nh. Nhê vÖc x©y dùng c¸c hå chøa vµ dù ¸n hÖ thèng t­íi tiªu thñy lîi (khiÕn mét phÇn n­íc ®­îc thÈm thÊu xuèng ®Êt), mét khèi l­îng lín n­íc m­a vµ n­íc s«ng ®· bÞ chÆn l¹i kh«ng tho¸t ®­îc ra biÓn. Khèi l­îng n­íc nµy ­íc tÝnh kho¶ng 375km3/n¨m vµo giai ®o¹n gi÷a thËp niªn 1980 vµ lµ phÇn bæ sung ®¸ng kÓ vµo tæng l­îng n­íc ngät trong chu tr×nh thñy v¨n. H×nh 6.7 thÓ hiÖn mét sè c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n dùa vµo tr÷ l­îng n­íc ®· biÕt vµ ch­a biÕt (theo kÕt qña ­íc tÝnh) trong c¸c ao hå vµ hÖ thèng thñy lîi trªn toµn thÕ giíi ®ång thêi minh häa t¸c ®éng cña khèi l­îng n­íc nµy tíi tèc ®é d©ng cña mùc n­íc hµng n¨m. Tõ c¸c dù b¸o mùc n­íc trong t­¬ng lai, chóng ta h·y quay l¹i viÖc xem xÐt nh÷ng biÕn ®æi mùc n­íc biÓn trong qóa khø. Sù d©ng cao kh«ng ngõng cña mùc n­íc biÓn hiÖn t¹i chØ lµ mét phÇn cña xu thÕ ph¸t triÓn chung trong tiÕn tr×nh biÕn ®æi mùc n­íc tõ gÇn 20.000 n¨m qua. Trong qóa tr×nh lÞch sö l©u dµi ®ã, mùc n­íc biÓn ®· bÞ d©ng lªn vµ h¹ xuèng nhiÒu lÇn trong c¸c kho¶ng thêi gian kh¸c nhau tõ hµng ngh×n n¨m ®Õn hµng triÖu n¨m. H×nh 6.7: Tèc ®é suy gi¶m cña mùc n­íc d©ng trªn toµn cÇu trong kho¶ng thêi gian tõ 1932 ®Õn 1982 do ¶nh h­ëng cña l­îng n­íc bÞ l­u gi÷ trong c¸c hå chøa vµ hÖ thèng thñy lîi. §­êng ®å thÞ (c) biÓu diÔn sù biÕn ®æi cña mùc n­íc d©ng toµn cÇu theo b¶ng sè liÖu ®· ®­îc xuÊt b¶ng n¨m 1982 vµ kÕt qña ngo¹i suy. §­êng (a) lµ c«ng suÊt chøa cña c¸c hå lín trªn thÕ giíi. §­êng (b) lµ khèi l­îng n­íc theo ­íc tÝnh trong c¸c hå chøa nhá vµ hÖ thèng thñy lîi. §­êng (d) lµ tæng cña (a) + (b) + (c) ®Ó cho thÊy nh÷ng biÕn ®æi cña mùc n­íc d©ng khi kh«ng cã c¸c ho¹t ®éng l­­ gi÷ n­íc C©u hái 6.4 (a) H·y ®¸nh gi¸ tèc ®é d©ng cao cña mùc n­íc biÓn cho kho¶ng thêi gian tõ 1932 - 1982 qua c¸c ®å thÞ (c) vµ (d) trªn h×nh 6.7 vµ so s¸nh víi ®¸p sè trong phÇn tr¶ lêi c©u hái 6.3. (b) Khã kh¨n cho c©u tr¶ lêi ë phÇn (a) lµ g×? 6.2.2. Sù d©ng cao cña mùc n­íc biÓn sau b¨ng hµ Trong lÞch sö Tr¸i ®Êt ®· cã mét vµi lÇn mò b¨ng ë hai cùc ph¸t triÓn réng tíi c¸c vïng vÜ ®é cao. LÇn gÇn ®©y lµ sù kiÖn “b¨ng hµ” x¶y ra vµo thêi kú §Ö tø (c¸ch ®©y kho¶ng 2 triÖu) vµ hiÖn vÉn cã thÓ ch­a kÕt thóc. XuÊt hiÖn trong thêi k× nµy lµ mét vµi chu kú b¨ng hµ ®éc lËp, mçi chu kú bao gåm c¸c ®ît t¹o b¨ng më réng sau ®ã l¹i tan b¨ng vµ co vÒ nh­ cò cña c¸c mò b¨ng ®Ønh cùc. Chu kú cuèi cïng kÐo dµi trong qu·ng thêi gian c¸ch ®©y kho¶ng 120.000 n¨m ®Õn 20.000 n¨m. ¶nh h­ëng cña nh÷ng ®ît tan b¨ng trªn lªn mùc n­íc biÓn ®· ®­îc ghi nhËn cô thÓ t¹i nhiÒu n¬i trªn thÕ giíi. Khëi ®Çu cña qóa tr×nh d©ng cao mùc n­íc liªn quan tíi giai ®o¹n ®Çu cña qóa tr×nh tan b¨ng lôc ®Þa diÔn ra t­¬ng ®èi nhanh trong qu·ng thêi gian c¸ch ®©y kho¶ng 18.000 n¨m, sau ®ã chËm dÇn l¹i víi tèc ®é kho¶ng 0,2mm/n¨m vµo thêi ®iÓm c¸ch ®©y kho¶ng 6000 n¨m vµ vÉn tiÕp tôc gi¶m dÇn cho tíi ngµy nay (h×nh 6.8). C¸c h×nh 6.6 vµ 6.9 cho thÊy nh÷ng biÕn ®æi cña mùc n­íc d©ng hiÖn ®¹i ®· ®­îc ghi nhËn t¹i c¸c vïng bê phÝa nam cña B¾c H¶i. Cïng víi sù t¨ng lªn cña thÓ tÝch n­íc biÓn do