Chicxulub: thiên thạch xoá sổ khủng long 66 triệu năm trước

Khoảng 66 triệu năm trước, một tiểu hành tinh rộng chừng 10 km lao xuống vùng nay là bán đảo Yucatán (Mexico), để lại hố Chicxulub rộng khoảng 180 km. Cú va chạm này được giới khoa học chấp nhận rộng rãi là nguyên nhân chính khiến khủng long (trừ tổ tiên loài chim) và khoảng ba phần tư số loài trên Trái Đất biến mất. Câu chuyện tìm ra nó kéo dài hơn mười năm, ghép từ một lớp đất sét mỏng ở Ý, dữ liệu dò dầu khí ở Mexico và những mũi khoan xuyên đáy biển.

Lớp đất sét mỏng ở Gubbio và giả thuyết của nhà Alvarez

Cuối thập niên 1970, nhà địa chất Walter Alvarez nghiên cứu một vách đá vôi gần thị trấn Gubbio, miền trung nước Ý. Giữa hai tầng đá có một lớp đất sét dày chừng một centimet, đánh dấu ranh giới giữa kỷ Phấn Trắng và kỷ Paleogen (giới địa chất gọi là ranh giới K–Pg, trước đây là K–T). Bên dưới có nhiều hoá thạch sinh vật phù du, bên trên gần như trống trơn.

Walter cùng cha là nhà vật lý Luis Alvarez (giải Nobel Vật lý 1968) và hai nhà hoá học Frank Asaro, Helen Michel đo hàm lượng iridi trong lớp đất sét. Iridi rất hiếm trong vỏ Trái Đất nhưng phổ biến hơn trong thiên thạch. Kết quả: cao gấp hàng chục lần bình thường. Họ tìm thấy dị thường tương tự ở Đan Mạch và New Zealand. Năm 1980, nhóm công bố trên tạp chí Science: một vật thể từ ngoài không gian, đường kính khoảng 10 km, đã va vào Trái Đất đúng thời điểm đó.

Giả thuyết bị hoài nghi gay gắt suốt thập niên 1980. Lý do dễ hiểu: nếu có cú va lớn như vậy thì cái hố ở đâu?

Đi tìm cái hố

Thật ra cái hố đã được thấy từ trước. Năm 1978, hai nhà địa vật lý làm cho công ty dầu khí nhà nước Mexico (Pemex) là Glen Penfield và Antonio Camargo nhận ra một cấu trúc vòng cung khổng lồ trong số liệu từ trường và trọng lực quanh Yucatán. Họ trình bày năm 1981 ở một hội nghị ngành dầu khí, nhưng giới nghiên cứu tuyệt chủng không để ý. Dữ liệu là tài sản công ty nên khó công bố rộng.

Phải đến năm 1991, nhóm của Alan Hildebrand kết nối các mảnh: thạch anh bị sốc (chỉ hình thành dưới áp suất cực lớn), các hạt thuỷ tinh nóng chảy (tektite) tìm thấy ở Haiti, trầm tích sóng thần quanh vịnh Mexico. Tất cả chỉ về một chỗ. Hố Chicxulub nay bị chôn dưới khoảng một km trầm tích, nhìn từ mặt đất không thấy, nhưng có một dấu vết thú vị: vòng giếng nước ngầm (cenote) nổi tiếng của Yucatán xếp theo đúng mép hố.

Mũi khoan năm 2016

Năm 2016, chuyến khoan chung của Chương trình Khoan Đại dương Quốc tế (IODP Expedition 364) và Chương trình Khoan Khoa học Lục địa Quốc tế đã khoan vào "vòng đỉnh" của hố ngoài khơi Yucatán. Mẫu lõi cho thấy đá granit từ sâu hàng km bị hất lên và vỡ vụn chỉ trong vài phút — đúng như mô hình va chạm dự đoán. Những mét lõi ngay trên lớp va chạm còn ghi lại sự sống quay trở lại vùng hố tương đối nhanh, chỉ trong vài chục nghìn năm.

Diễn biến cú va chạm theo hiểu biết hiện nay

1. Vài giây đầu: vật thể xuyên khí quyển với tốc độ khoảng 20 km/giây, theo mô phỏng của nhóm Gareth Collins (2020) thì nghiêng khoảng 60 độ. Nó đâm vào vùng biển nông có lớp đá giàu lưu huỳnh (anhydrit, thạch cao).
2. Vài phút: hố tạm thời sâu hàng chục km hình thành rồi sụp lại, đẩy đá đáy lên thành vòng đỉnh. Đá bốc hơi và vật liệu nóng chảy bị phun lên quá tầng khí quyển.
3. Vài giờ: vật liệu rơi lại khắp hành tinh, nung nóng không khí. Mức độ cháy rừng toàn cầu còn được tranh luận; lớp than tro được tìm thấy ở nhiều nơi nhưng không đồng đều. Sóng thần lớn quét quanh vịnh Mexico.
4. Vài tháng đến vài năm: bụi, bồ hóng và đặc biệt là sol khí lưu huỳnh che ánh nắng. Quang hợp suy sụp, nhiệt độ toàn cầu tụt mạnh — thường được gọi là "mùa đông va chạm".
5. Hàng nghìn năm sau: khí CO₂ từ đá vôi bốc hơi góp phần làm ấm trở lại. Đại dương bị axit hoá, hệ sinh thái biển phục hồi chậm.

Ai chết, ai sống sót

Khoảng 75% số loài biến mất, theo cách tính phổ biến. Danh sách mất mát gồm khủng long không thuộc nhánh chim, thằn lằn bay (pterosaur), các bò sát biển lớn như mosasaur và plesiosaur, cúc đá (ammonite), nhiều nhóm sinh vật phù du có vỏ vôi.

Những kẻ sống sót có điểm chung: nhỏ, ăn tạp hoặc ăn xác vụn, có thể trú trong hang hoặc dưới nước. Thú có vú nhỏ, chim nhỏ ăn hạt, cá sấu, rùa, ếch nhái đều đi qua được. Hệ sinh thái nước ngọt chịu đựng tốt hơn biển vì chuỗi thức ăn dựa nhiều vào xác vụn chứ không chỉ quang hợp trực tiếp. Từ khoảng trống đó, thú có vú phân hoá nhanh, và rất lâu về sau mới có con người.

Còn tranh cãi gì

Việc có va chạm và thời điểm của nó gần như không còn tranh cãi: tuổi đá nóng chảy ở hố trùng với ranh giới tuyệt chủng tới mức vài chục nghìn năm. Nhưng vẫn còn những câu hỏi mở:

• Vai trò của núi lửa Deccan. Cùng thời kỳ, các đợt phun trào dung nham khổng lồ ở Ấn Độ (bậc thang Deccan) đang diễn ra. Một số nhà nghiên cứu cho rằng chúng đã làm hệ sinh thái yếu đi trước, hoặc góp phần lớn vào tuyệt chủng. Đa số hiện coi va chạm là cú đánh quyết định, Deccan là yếu tố phụ — nhưng tỷ lệ đóng góp vẫn đang được đo.
• Khủng long có đang suy giảm sẵn không? Dữ liệu hoá thạch ở Bắc Mỹ được đọc theo nhiều cách; chưa có đồng thuận.
• Vật thể là gì? Một nghiên cứu năm 2024 trên Science phân tích đồng vị ruteni trong lớp ranh giới, cho rằng vật thể là tiểu hành tinh loại cacbon hình thành ở vùng ngoài quỹ đạo Sao Mộc, không phải sao chổi.
• Những ngày đầu tiên. Một số địa điểm được công bố là ghi lại "giờ đầu tiên" sau va chạm vẫn còn bị giới chuyên môn chất vấn về cách giải thích.

Liệu chuyện này có lặp lại không

Vật thể cỡ 10 km va vào Trái Đất trung bình hàng chục đến hàng trăm triệu năm mới có một lần. Quan trọng hơn: các tiểu hành tinh gần Trái Đất cỡ này rất sáng và đã được tìm thấy gần hết; không cái nào đang trên đường va chạm. Một sao chổi chu kỳ dài cỡ lớn là khả năng còn lại, nhưng cực kỳ hiếm. Một kịch bản kiểu Chicxulub trong đời chúng ta là điều khoa học xếp vào loại gần như không xảy ra.

Góc nhìn hôm nay: đi xem và đọc thêm ở đâu

Câu chuyện Chicxulub là ví dụ đẹp về cách khoa học vận hành: một giả thuyết táo bạo, mười năm bị nghi ngờ, rồi bằng chứng độc lập từ nhiều ngành cùng chỉ về một hướng. Nó cũng là lý do trực tiếp khiến các cơ quan vũ trụ đầu tư canh trời từ thập niên 1990.

• Lớp ranh giới K–Pg lộ ra ở nhiều nơi, nổi tiếng nhất là Gubbio (Ý) và khu vực Stevns Klint (Đan Mạch, di sản thế giới UNESCO).
• Ở Mérida (Yucatán) có bảo tàng khoa học về hố va chạm (Museo de Ciencias del Cráter de Chicxulub).
• Sách nên đọc: T. rex and the Crater of Doom (1997) của chính Walter Alvarez, kể lại quá trình đi tìm bằng chứng; The Rise and Fall of the Dinosaurs (2018) của Steve Brusatte cho bối cảnh rộng hơn.
• Ở Việt Nam, các bảo tàng thiên nhiên có trưng bày hoá thạch là nơi tốt để trẻ con hỏi chuyện khủng long rồi nói tiếp chuyện thiên thạch.