Đại tuyệt chủng kỷ Permi: Cái Chết Vĩ Đại 252 triệu năm trước

Đại tuyệt chủng cuối kỷ Permi, khoảng 252 triệu năm trước, là lần sự sống trên Trái Đất suýt bị xoá sổ: ước tính khoảng 80–90% loài sinh vật biển và phần lớn động vật có xương sống trên cạn biến mất. Nguyên nhân được chấp nhận rộng rãi nhất là các đợt phun trào núi lửa khổng lồ ở vùng nay là Siberia, thải lượng khí nhà kính cực lớn làm đại dương nóng lên, axit hoá và thiếu oxy. Giới khoa học đặt cho nó biệt danh "Cái Chết Vĩ Đại" (The Great Dying).

Thế giới trước thảm hoạ

Cuối kỷ Permi, các lục địa gom lại thành siêu lục địa Pangaea, bao quanh là một đại dương khổng lồ duy nhất (Panthalassa). Trên cạn có những loài bò sát giống thú (synapsid) đa dạng, rừng dương xỉ hạt và cây lá kim. Dưới biển có rạn san hô cổ, bọ ba thuỳ (đã suy giảm từ lâu), tay cuộn, huệ biển phong phú.

Nhóm synapsid đáng chú ý: chúng là họ hàng xa của thú có vú, tức là của chính chúng ta. Một số nhóm như gorgonopsid là thú săn mồi lớn có răng nanh dài. Hầu hết đều biến mất trong thảm hoạ.

Thủ phạm chính: Bẫy Siberia

"Bẫy Siberia" (Siberian Traps) là tên một vùng đá bazan khổng lồ ở miền trung Siberia, hình thành khi dung nham trào ra từ các khe nứt trong thời gian dài, phủ diện tích hàng triệu km². Chữ "bẫy" bắt nguồn từ tiếng Thuỵ Điển trappa (bậc thang), chỉ những bậc đá bazan chồng lên nhau.

Điều làm vùng núi lửa này đặc biệt chết chóc không chỉ là lượng dung nham, mà là chỗ nó phun. Mácma xuyên qua những lớp trầm tích dày giàu than đá, đá vôi và muối. Nhiệt đã nung chảy, đốt cháy những lớp này, giải phóng thêm khí CO₂, mê-tan và cả các hợp chất halogen phá tầng ozone. Nhóm của Stephen Grasby (Canada) năm 2011 tìm thấy các hạt giống tro bay từ việc đốt than trong đá cùng thời ở Bắc Cực Canada — một bằng chứng cho giả thuyết than bị đốt trên quy mô khổng lồ.

Định tuổi chính xác

Năm 2014, nhóm của Seth Burgess và Samuel Bowring (Viện Công nghệ Massachusetts) dùng phương pháp định tuổi urani–chì trên tinh thể zircon trong các lớp tro núi lửa ở Meishan (Trung Quốc) — nơi được chọn làm mốc chuẩn quốc tế cho ranh giới Permi–Trias. Họ ước tính pha tuyệt chủng chính kéo dài khoảng 60.000 năm (với sai số đáng kể). Các nghiên cứu sau đó cũng cho thấy phần lớn khí của Bẫy Siberia được giải phóng ngay trước và trong pha này.

Chuỗi tác động giết chết sự sống

1. Nóng lên toàn cầu: CO₂ tăng vọt. Phân tích đồng vị oxy trong răng hoá thạch của conodont (sinh vật giống lươn nhỏ) cho thấy nhiệt độ bề mặt biển nhiệt đới có lúc lên khoảng 40°C theo một nghiên cứu năm 2012 của Sun và cộng sự.
2. Axit hoá đại dương: CO₂ hoà vào nước biển làm giảm pH, các sinh vật xây vỏ bằng canxi cacbonat (san hô, tay cuộn, huệ biển) chịu đòn nặng nhất.
3. Thiếu oxy: nước ấm giữ ít oxy hơn; các vùng đại dương rộng lớn trở nên thiếu hoặc mất oxy.
4. Khí độc: một giả thuyết (Kump và cộng sự, 2005) cho rằng vi khuẩn khử lưu huỳnh trong nước thiếu oxy thải khí hydro sunfua, có thể thoát lên khí quyển. Giả thuyết này còn đang được kiểm chứng.
5. Trên cạn: rừng chết hàng loạt, đất bị xói mòn, sông đổi dòng từ uốn khúc sang dạng chằng chịt — dấu hiệu thiếu rễ cây giữ đất.

Những kẻ mất và những kẻ sống sót

Lystrosaurus là ví dụ đẹp về "kẻ thắng nhờ may và nhờ dẻo dai": ăn được nhiều loại thực vật, có thể đào hang, chịu được điều kiện khắc nghiệt. Hoá thạch của nó tìm thấy ở Nam Phi, Ấn Độ, Nam Cực, Trung Quốc — một bằng chứng sớm cho thấy các lục địa từng nối liền.

Phục hồi: hàng triệu năm

Sau thảm hoạ, có một khoảng thời gian dài hồ sơ hoá thạch vắng rạn san hô và gần như không có lớp than nào hình thành trên toàn cầu ("khoảng trống than"), cho thấy rừng chưa hồi lại. Theo nhiều nghiên cứu, hệ sinh thái cần khoảng 5–10 triệu năm để phục hồi độ phức tạp tương tự trước đó. Từ đống tro tàn ấy, kỷ Trias mở ra thời đại của bò sát, rồi khủng long.

Đá kể chuyện 252 triệu năm thế nào

Không ai chứng kiến, vậy làm sao biết những chi tiết trên? Các nhà khoa học đọc "nhật ký" ghi trong đá theo nhiều cách cùng lúc. Hoá thạch cho biết nhóm nào có mặt trước và sau ranh giới. Đồng vị carbon trong đá vôi cho thấy một cú tụt mạnh đúng lúc tuyệt chủng — dấu hiệu một lượng lớn carbon "nhẹ" từ núi lửa và than bị đốt đổ vào khí quyển và đại dương. Đồng vị oxy trong răng conodont cho biết nhiệt độ nước. Tinh thể zircon trong tro núi lửa cho tuổi chính xác tới vài chục nghìn năm. Ở Meishan, các lớp tro nằm kẹp giữa các tầng đá chứa hoá thạch, nên có thể "gắn giờ" cho từng tầng. Khi các nguồn độc lập này cùng kể một câu chuyện, giới khoa học mới dám nói về nguyên nhân với độ tin cậy cao.

Còn tranh cãi gì

• Thứ tự và cơ chế chính xác: nóng lên, axit hoá, thiếu oxy, ozone bị phá — cái nào giết nhiều nhất, ở đâu, lúc nào.
• Trên cạn và dưới biển có đồng thời không: một số nghiên cứu cho rằng tuyệt chủng trên cạn bắt đầu sớm hơn dưới biển hàng trăm nghìn năm.
• Giả thuyết va chạm thiên thạch: từng được đề xuất, nhưng không có bằng chứng thuyết phục như ở ranh giới K–Pg; hiện ít được ủng hộ.

Góc nhìn hôm nay: tỉnh táo khi so sánh

Nhiều bài báo so sánh Permi với biến đổi khí hậu hiện nay vì cùng có CO₂ tăng. So sánh này có giá trị ở chỗ cho thấy hệ thống Trái Đất phản ứng với carbon thế nào, và nhấn mạnh tốc độ là yếu tố then chốt. Nhưng cần tỉnh táo: lượng carbon giải phóng ở cuối Permi lớn hơn rất nhiều so với tổng trữ lượng nhiên liệu hoá thạch mà con người có thể đốt, và điều kiện lục địa – đại dương khi đó khác hẳn. Bài học không phải "ta sắp lặp lại Permi", mà là "hệ thống khí hậu có ngưỡng, và đi quá nhanh thì sự sống trả giá".

• Sách nên đọc: When Life Nearly Died (Michael Benton, 2003) và Extinction: How Life on Earth Nearly Ended 250 Million Years Ago (Douglas Erwin, 2006) — hai cuốn kinh điển về đề tài này.
• Mặt cắt ranh giới Permi–Trias ở Meishan (tỉnh Chiết Giang, Trung Quốc) được đánh dấu bằng "đinh vàng" mốc chuẩn địa tầng quốc tế, có khu công viên địa chất cho khách tham quan.