Cổ sinh vật Phong Nha – những bằng chứng tiến hóa của lịch sử Trái Đất

1. Giới thiệu

Việt Nam có lịch sử địa chất lâu dài và phức tạp, ghi dấu qua nhiều thời kỳ kiến tạo và trầm tích. Khắp lãnh thổ, các tầng đá cổ nhất chứa hóa thạch có tuổi từ kỷ Cambri-Ordovic đến các trầm tích trẻ Kainozoi, phản ánh sự đa dạng sinh giới qua thời gian địa chất. Đặc biệt, khu vực Phong Nha – Kẻ Bàng (Quảng Bình) nổi bật với nền địa chất hình thành từ rất sớm; các nghiên cứu cho thấy nơi đây có lịch sử phát triển liên tục từ kỷ Ordovic (~460 triệu năm trước) cho đến hiện nay [1]. Toàn vùng Phong Nha là một khối núi đá vôi Cổ sinh (Paleozoi) khổng lồ – được coi là khối núi đá vôi cổ điển, nhiệt đới ẩm lớn nhất châu Á và có thể là khối karst lâu đời tiêu biểu vào loại lớn nhất hành tinh [1]. Chính nền đá vôi Cổ sinh phát triển liên tục này đã hình thành hệ thống karst đồ sộ với địa hình và hang động đa dạng. VQG Phong Nha – Kẻ Bàng hiện có hơn 400 hang động lớn nhỏ được biết đến, hình thành trong khối đá vôi hàng trăm triệu năm tuổi [1]. Quá trình karst kéo dài qua các thời kỳ đã lưu giữ nhiều dấu tích về sự sống cổ xưa trong lòng đá.

Năm 2003, UNESCO đã công nhận VQG Phong Nha – Kẻ Bàng là Di sản Thiên nhiên Thế giới theo tiêu chí (viii) về địa chất và địa mạo, với tuyên bố rằng khu di sản này “là mẫu hình nổi bật ghi lại các giai đoạn quan trọng của lịch sử Trái Đất, bao gồm sự lưu giữ dấu tích của sự sống (cổ sinh vật), các quá trình địa chất đang tiếp diễn, cũng như các đặc điểm địa mạo đặc sắc” [2]. Điều này khẳng định tầm quan trọng toàn cầu của các di sản địa chất và cổ sinh vật ở Phong Nha. Trong bối cảnh đó, việc nghiên cứu cổ sinh tại Phong Nha – Kẻ Bàng không chỉ nhằm tái hiện bức tranh tiến hóa địa chất-sinh học của khu vực, mà còn góp phần làm rõ “hồ sơ sự sống” trong hồ sơ Di sản thế giới và phục vụ công tác giáo dục, du lịch khoa học.

2. Các bằng chứng cổ sinh vật tiêu biểu tại Phong Nha

Phong Nha – Kẻ Bàng được xem như một “bảo tàng địa chất ngoài trời” với nhiều loại hóa thạch đa dạng, phân bố cả ở các vách đá lộ thiên lẫn sâu trong hang động. Dưới đây là một số bằng chứng cổ sinh vật tiêu biểu đã và đang được nghiên cứu tại khu vực này:

San hô và sinh vật rạn cổ (Devon giữa): Tại điểm Rục Cây Da (xã Xuân Hóa, Minh Hóa), các nhà khoa học phát hiện một ám tiêu san hô hóa thạch có niên đại khoảng 350 triệu năm (giữa kỷ Devon) [1]. Các khối đá vôi thuộc hệ tầng Mục Bài (tầng Givet, Devon giữa) ở đây chứa rất nhiều hóa thạch san hô cùng sinh vật tạo rạn, đặc biệt là các “lỗ tầng” Stromatoporoidea [1]. Đây là di tích của một rạn san hô nhiệt đới biển nông cổ xưa, với mức độ bảo tồn và độ phong phú hóa thạch thuộc loại hiếm có ở Việt Nam hiện nay [1]. Các hóa thạch điển hình thu thập được gồm san hô Thamnopora, Alveolites, Scoliopora và các loài tay cuộn (Brachiopoda) như Stringocephalus, Desquamatia, Gypidula, Schizophoria... đặc trưng cho tầng Givet [1]. Sự tập trung dày đặc của san hô và tay cuộn tại Rục Cây Da vượt trội so với các vùng đá vôi đồng tuổi khác ở Việt Nam (ví dụ Trùng Khánh – Cao Bằng, Kinh Môn – Hải Dương), cho thấy đây là một điểm di sản cổ sinh độc đáo, minh chứng cho hệ sinh thái rạn san hô phát triển cực thịnh trong Devon giữa [1].

Vách động nơi chứa đựng sinh vật cổ hóa thạch

Hóa thạch tay cuộn (Brachiopoda) dày đặc: Dọc bờ sông Năn (Minh Hóa), các nhà nghiên cứu ghi nhận một mặt lộ địa tầng thuộc hệ tầng Mục Bài lộ ra các lớp đá vôi sét chứa dày đặc hóa thạch tay cuộn [1]. Trên chiều dài khoảng 20 m vách đá, có hàng ngàn vỏ tay cuộn cổ xếp ken dày. Mật độ hóa thạch tại đây được đánh giá là dày chưa từng thấy ở Việt Nam – thậm chí còn cao hơn cả điểm hóa thạch tay cuộn Ma Lé (Cao nguyên Đồng Văn) [1]. Các hóa thạch brachiopod thu thập gồm nhiều chi loài đặc trưng Devon giữa như Stringocephalus sp., Desquamatia sp., Gypidula biplicata,… cung cấp tư liệu phong phú để nghiên cứu về phân loại tay cuộn cũng như môi trường biển cổ đại [1].

Hóa thạch Tay cuộn

Hóa thạch răng nón (Conodonta) và ranh giới F/F Devon muộn: Mặt cắt Xóm Nha (Minh Hóa) nổi tiếng vì lưu giữ ranh giới giữa hai bậc Frasni và Famenn (F/F) của kỷ Devon muộn. Trong các lớp đá vôi xám của hệ tầng Xóm Nha, người ta tìm thấy rất nhiều hóa thạch răng nón – là các “răng” của sinh vật tiền sử thuộc ngành Có nốt sống phụ (cá nón) [1]. Các loài răng nón đặc trưng thuộc chi Palmatolepis (như P. triangularis, P. linguiformis, P. glabra...), cùng với các chi Polygnathus, Icriodus, Hindeodella... đã được nhận diện trong các lớp đá chuyển tiếp Devon–Carbon [1][3]. Dựa trên sự xuất hiện/mất đi của các loài chỉ thị, GS. Tạ Hòa Phương và cộng sự đã xác định được chính xác ranh giới tuyệt chủng F/F nằm trong cột địa tầng Xóm Nha [3]. Phát hiện này góp phần ghi nhận sự kiện tuyệt chủng cuối Devon trong hồ sơ địa chất Việt Nam, đồng thời bổ khuyết dữ liệu cho nghiên cứu so sánh tầm khu vực và thế giới.

Hóa thạch Răng nón

Hóa thạch trùng lỗ (Foraminifera) trong trầm tích Carbon: Tại mặt cắt địa chất km5 đường Quy Đạt – Đồng Lê (huyện Minh Hóa), các nhà địa chất phát hiện dấu tích trầm tích kiểu dòng chảy rối (turbidite) trong đá vôi tuổi khoảng 300 triệu năm (Carboniferous) [1]. Đây là lần đầu tiên cấu trúc turbidite được ghi nhận trong trầm tích carbonat ở miền Trung Việt Nam [1]. Đặc biệt, các mẫu đá vôi tại đây chứa một tập hợp hóa thạch trùng lỗ (Foraminifera) nước sâu rất phong phú thuộc Visean (Carbon sớm). Các chi Foraminifera xác định gồm: Brunsia, Endothyra, Archaediscus, Tetrataxis, Endostaffella, Planoarchaediscus, Palaeotextularia... đặc trưng cho tầng Vise (khoảng 345 – 330 triệu năm trước) [1]. Sự hiện diện của hệ hóa thạch trùng lỗ nước sâu này cho phép xác định môi trường trầm tích cổ là một bồn biển nông, tương đối kín (inland sea) hình thành trong giai đoạn Carbon sớm. Đây là tư liệu quý giúp hiểu rõ hơn về cổ môi trường và địa tầng Carbon–Permi ở Phong Nha.

Hóa thạch Trùng lỗ

Hóa thạch trong hang động (Kainozoi): Không chỉ ngoài mặt đất, bên trong nhiều hang động lớn ở Phong Nha cũng ẩn chứa hóa thạch. Tiêu biểu, trong hang Sơn Đoòng (thuộc khối đá vôi hệ tầng Bắc Sơn, tuổi Carbon–Permi) có hai di sản hóa thạch đặc biệt được tìm thấy. Thứ nhất là một khối san hô cổ hóa thạch cỡ lớn trên vách và nền hang. Khối san hô này thuộc loại san hô bốn tia (họ Dibunophyllidae) – tàn tích của một rạn san hô ngầm trong biển cổ đại [1]. Đây được đánh giá là hóa thạch san hô trong hang lớn và đẹp nhất Việt Nam, vượt trội so với khối san hô hóa thạch từng được phát hiện ở hang Động Dơi trước đó [1]. Thứ hai, gần cuối hang Sơn Đoòng, các nhà thám hiểm phát hiện một bộ xương thú móng guốc (thuộc nhánh Euungulata) hóa thạch hầu như còn nguyên vẹn trong lớp trầm tích travertine. Bộ xương dài khoảng 2 m, thiếu phần sọ, đã bị khoáng hóa và gắn chặt vào nền đá vôi nên bảo tồn rất tốt [1]. Chuyên gia khảo cổ học TS. Vũ Thế Long xác định đây là xương của loài thú móng guốc cổ, có thể thuộc họ hươu nai hoặc dê rừng [1]. Hóa thạch động vật lớn trong hang khô như vậy là phát hiện hiếm, góp phần nghiên cứu về hệ động vật cuối Kỷ Đệ Tứ (Holocen – Pleistocen) ở khu vực Phong Nha. Ngoài ra, vách các hang như Phong Nha, Sơn Đoòng còn lộ ra vô số hóa thạch sinh vật biển cổ (san hô, huệ biển, vỏ ốc, vỏ sò hóa thạch…) do quá trình sông ngầm bào mòn đá, tạo nên một “hành lang hóa thạch” tự nhiên vô cùng độc đáo. Những hóa thạch này có niên đại trên 300 triệu năm, cho thấy vùng Phong Nha từng là biển nông nhiệt đới với hệ sinh vật biển phong phú .

Hóa thạch san hô bốn tia 

Những bằng chứng cổ sinh vật nêu trên trải rộng về chủng loại và vị trí phân bố – từ ngoài mặt đất (các điểm lộ Rục Cây Da, Xóm Nha, Quy Đạt) đến sâu trong lòng hang (Phong Nha, Sơn Đoòng…). Chúng cung cấp tư liệu trực tiếp về sự tồn tại của các sinh vật trong những giai đoạn khác nhau của lịch sử Trái Đất, đồng thời phản ánh biến động môi trường qua các chu kỳ địa chất kéo dài.

3. Niên đại của các cổ sinh vật Phong Nha

Các hóa thạch tại Phong Nha – Kẻ Bàng phân bố qua nhiều kỷ địa chất, giúp định tuổi các tầng đá và tái hiện tiến hóa địa chất khu vực. Dựa trên nghiên cứu cổ sinh, có thể điểm qua niên đại chính của các hóa thạch Phong Nha như sau:

• Kỷ Ordovic muộn – Silur sớm (~450 – 420 triệu năm trước): Giai đoạn cổ nhất ghi nhận ở Phong Nha với sự hình thành trầm tích lục nguyên của hệ tầng Long Đại. Các lớp đá phiến sét đen thuộc hệ tầng này có chứa hóa thạch bút đá (Graptolithina) – nhóm sinh vật biển chỉ thị đặc trưng cho Ordovic-Silur [1]. Sự có mặt của hóa thạch graptolit chứng tỏ vào cuối Ordovic khu vực Phong Nha từng chìm dưới biển sâu.
• Kỷ Devon giữa (~390 – 380 triệu năm trước): Hệ tầng Mục Bài (Devon giữa, tầng Givet) ở Phong Nha chứa nhiều hóa thạch san hô và tay cuộn đặc trưng. Các hóa thạch san hô (Thamnopora, etc.) và Brachiopoda (Stringocephalus burtini...) đã xác định tuổi Givetian cho hệ tầng này [1]. Điều đó đồng nghĩa vùng Phong Nha vào Devon giữa là môi trường biển nông nhiệt đới thuận lợi cho san hô và sinh vật rạn phát triển mạnh mẽ.
• Kỷ Devon muộn (~372 – 359 triệu năm trước): Mặt cắt Xóm Nha ghi dấu sự chuyển tiếp từ Devon sang Carbon. Các hóa thạch răng nón cuối Devon (như Palmatolepis triangularis, P. linguiformis...) và đầu Carbon sớm được tìm thấy, cho phép phân định ranh giới giữa tầng Frasni và Famenn (sự kiện tuyệt chủng F/F, ~372 Ma) ngay trong lòng địa tầng [3]. Như vậy, niên đại Devon muộn ở Phong Nha đã gắn liền với một sự kiện tuyệt chủng hàng loạt toàn cầu.
• Kỷ Carbon hạ – giữa (~359 – 323 triệu năm trước): Hóa thạch Foraminifera Visean phát hiện trong hệ tầng Phong Nha cho thấy sự hiện diện của trầm tích biển đầu Carbon ở khu vực. Các loài Endothyra, Archaediscus, Tetrataxis... xác định tuổi Vise (Carbon hạ) cho phần giữa của hệ tầng Phong Nha [1]. Bên cạnh đó, hệ tầng Bắc Sơn (Carbon muộn – Permi sớm) với các hóa thạch san hô bốn tia và huệ biển tìm thấy trong hang động chứng tỏ đá vôi này được tích tụ vào cuối kỷ Carboniferous và kéo dài sang đầu kỷ Permi (khoảng 300 – 250 Ma) [4].
• Kỷ Permi (~299 – 252 triệu năm trước): Giai đoạn này được ghi nhận qua hệ tầng đá vôi Bắc Sơn – cấu trúc chính của khối núi Phong Nha. Các hóa thạch san hô và huệ biển >300 triệu năm trong hang Sơn Đoòng có thể thuộc cuối Carbon hoặc đầu Permi. Sau kỷ Permi, khu vực chịu biến động kiến tạo nâng lên (chu kỳ Indosini) nên không còn trầm tích biển Mesozoi phủ chồng. Do đó, hầu như không thấy hóa thạch kỷ Trias, Jura nào trong khối đá vôi Phong Nha.
• Kỷ Đệ Tứ (2,6 triệu năm trở lại đây): Các trầm tích và di tích hóa thạch trong hang động thuộc giai đoạn Đệ Tứ, chủ yếu là Holocen. Bộ xương thú móng guốc hóa thạch ở Sơn Đoòng hiện chưa xác định tuổi tuyệt đối, nhưng phỏng đoán thuộc Holocen (vài nghìn năm trước) – có thể là một cá thể rơi xuống hố sụt và bị vôi hóa tự nhiên [1]. Ngoài ra, vỏ nhuyễn thể và xương cá hóa thạch trong trầm tích các hang khô cho thấy sự hiện diện của động vật trong thời kỳ Pleistocen – Holocen (liên quan các chu kỳ băng hà, gian băng gần đây) .

Tóm lại, dải phổ niên đại của các hóa thạch Phong Nha kéo từ Đại Cổ sinh sớm (Ordovic) đến Đệ Tứ. Điều này phản ánh Phong Nha – Kẻ Bàng đã trải qua hầu hết các giai đoạn chính của lịch sử tiến hóa Trái Đất, lưu giữ nhiều “trang sử hóa thạch” quý giá trong lòng di sản.

4. Ý nghĩa khoa học của các di sản cổ sinh vật

Những phát hiện cổ sinh vật tại Phong Nha – Kẻ Bàng mang lại ý nghĩa khoa học to lớn trên nhiều phương diện:

Ghi lại lịch sử tiến hóa của sự sống: Các hóa thạch ở đây là bằng chứng cụ thể về sự tiến hóa sinh giới qua các đại địa chất. Ví dụ, rạn san hô Devon giữa tại Rục Cây Da minh chứng thời kỳ bùng nổ đa dạng sinh vật biển không xương sống ở kỷ Devon [1]. Sự hiện diện của ranh giới tuyệt chủng F/F Devon muộn ở Xóm Nha cho phép nghiên cứu chi tiết về một biến cố sinh học lớn trong lịch sử sự sống [1][3]. Chuỗi hóa thạch trải từ Paleozoic đến Đệ Tứ ở Phong Nha – Kẻ Bàng tựa như một biên niên sử bằng đá, phản ánh sự thịnh suy của các nhóm sinh vật và biến động môi trường qua hàng trăm triệu năm.

Định tuổi địa tầng và tương quan địa chất: Hóa thạch là công cụ quan trọng để định tuổi tương đối của các trầm tích. Việc phát hiện các hóa thạch chỉ thị (san hô, tay cuộn đặc trưng tầng Givet, răng nón chỉ thị ranh giới F/F, Foraminifera Visean…) đã giúp xác định chính xác tuổi của các hệ tầng Long Đại, Mục Bài, Xóm Nha, Phong Nha, Bắc Sơn… tại Phong Nha [1]. Nhờ đó, các nhà địa chất có cơ sở để tương quan các tầng đá vôi ở Phong Nha với những vùng khác trong khu vực và trên thế giới. Chẳng hạn, sự có mặt của các loài Foraminifera Endothyra, Archaediscus… ở Quy Đạt khẳng định tầng đá vôi này tương ứng tầng Vise (Carbon sớm) phổ biến toàn cầu [1]. Đây là thông tin quan trọng để dựng lại lịch sử địa chất khu vực, xác định các giai đoạn biển tiến, biển thoái và hoạt động kiến tạo trong quá khứ.

Tái hiện cổ địa lý và cổ môi trường: Thông qua cổ sinh vật, các nhà khoa học có thể suy luận môi trường cổ xưa. Hóa thạch san hô, stromatoporoid Devon giữa cho thấy khu vực Phong Nha từng là biển nông nhiệt đới vào thời Devon, thuận lợi cho sự hình thành rạn san hô [1]. Ngược lại, tổ hợp hóa thạch Foraminifera nước sâu ở Quy Đạt gợi ý rằng vào đầu Carbon nơi đây có những bồn biển hẹp kiểu vũng vịnh kín [1]. Sự vắng mặt của hóa thạch biển Mesozoi cùng địa hình karst phát triển cho thấy từ sau Permi khu vực đã trở thành đất liền nâng cao. Đến Đệ Tứ, việc tìm thấy bộ xương thú lớn trong hang khô (Sơn Đoòng) cho thấy từng tồn tại hệ động vật rừng nhiệt đới phong phú trên bề mặt và điều kiện địa hình đặc thù (có hố sụt thông xuống hang) trong Holocen. Những dữ liệu cổ sinh – cổ môi trường này giúp hiểu rõ hơn quá trình hình thành cảnh quan karst độc đáo của Phong Nha qua các thời kỳ địa chất.

Đóng góp vào hồ sơ di sản và giáo dục khoa học: Các di sản cổ sinh vật ở Phong Nha – Kẻ Bàng có giá trị nổi bật không chỉ về mặt khoa học mà còn về giáo dục và du lịch. Việc UNESCO công nhận Phong Nha theo tiêu chí (viii) địa chất-địa mạo một phần dựa trên những bằng chứng cổ sinh quan trọng đã phát hiện, minh chứng cho “các giai đoạn quan trọng của lịch sử Trái Đất” [2]. Hiện nay, nhiều điểm hóa thạch như rạn san hô Rục Cây Da, mặt cắt Xóm Nha… đã trở thành “phòng thí nghiệm thiên nhiên” phục vụ đào tạo cho sinh viên và nghiên cứu khoa học [1]. Nếu được bảo tồn và giới thiệu hợp lý, chúng còn là tài nguyên du lịch khoa học độc đáo, thu hút du khách đam mê khám phá. Chẳng hạn, điểm hóa thạch tay cuộn dày đặc bên sông Năn có tiềm năng phát triển tuyến tham quan khoa học – nơi du khách và học sinh có thể tận mắt thấy hóa thạch hàng trăm triệu năm ngay tại vách đá [1]. Trên thực tế, những hóa thạch san hô lộ ra trong “hành lang hóa thạch” Sơn Đoòng hiện nay đã trở thành điểm nhấn gây kinh ngạc cho du khách trong hành trình thám hiểm hang động lớn nhất thế giới [4]. Như vậy, giá trị khoa học của cổ sinh vật Phong Nha song hành cùng giá trị giáo dục và thẩm mỹ, góp phần nâng cao nhận thức về bảo tồn di sản địa chất cho cộng đồng.

5. Kết luận

Với một nền địa chất được hình thành liên tục từ Đại Cổ sinh sớm và hệ thống karst phát triển qua hàng trăm triệu năm, Phong Nha – Kẻ Bàng đã lưu giữ trong lòng mình những bằng chứng cổ sinh vật quý giá, phản ánh lịch sử tiến hóa lâu dài của Trái Đất. Từ hóa thạch sinh vật biển kỷ Ordovic-Silur, rạn san hô Devon, dấu vết sự tuyệt chủng Devon muộn, cho tới hóa thạch sinh vật biển Carbon-Permi và di cốt động vật Đệ Tứ, mỗi phát hiện ở Phong Nha đều là một mảnh ghép trong bức tranh tổng thể về quá khứ địa cầu. Những bằng chứng đó không chỉ khẳng định vị thế của Phong Nha – Kẻ Bàng trong nghiên cứu khoa học địa chất và cổ sinh (thể hiện qua việc UNESCO vinh danh theo tiêu chí địa chất địa mạo năm 2003 [2]), mà còn làm phong phú thêm kho tàng di sản tự nhiên Việt Nam.

Trong tương lai, việc tiếp tục nghiên cứu và bảo tồn các di sản cổ sinh vật tại Phong Nha – Kẻ Bàng là hết sức cần thiết. Mỗi hóa thạch, mỗi mặt cắt địa tầng ở đây đều là tư liệu độc nhất vô nhị, giúp thế hệ hôm nay và mai sau hiểu rõ hơn về nguồn gốc và sự tiến hóa của sự sống trên hành tinh chúng ta. Phong Nha – Kẻ Bàng, với vai trò như một “chứng nhân địa chất”, sẽ tiếp tục kể những câu chuyện kỳ thú về lịch sử Trái Đất, thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học và những người yêu thiên nhiên trên khắp thế giới.

Tài liệu tham khảo

[1] T. H. Phương (chủ biên), Báo cáo tổng kết đề tài KHCN “Nghiên cứu, đánh giá những giá trị địa di sản nổi bật, ngoại hạng của Vườn Quốc gia Phong Nha – Kẻ Bàng nhằm đẩy mạnh phát triển du lịch”, Quảng Bình, 2023.

[2] UNESCO World Heritage Centre, “Phong Nha-Ke Bang National Park,” hồ sơ Di sản thiên nhiên thế giới, 2003.

[3] L. T. P. Lan, B. B. Ellwood, và T. H. Phương, “Xác định ranh giới F/F trên các hệ tầng đá vôi tại Xóm Nha, Quảng Bình bằng phương pháp MSEC,” Vietnam Journal of Earth Sciences, vol. 29, no. 1, pp. 30–37, 2007.