Luis và Walter Alvarez thử đo thời gian hình thành một lớp đất sét. Số đo iridium lại chỉ về một tiểu hành tinh.

11/10/2026 · VietTechies · Biên tập

Cuối thập niên 1970, nhà địa chất Walter Alvarez và cha ông, nhà vật lý Luis Alvarez, tìm cách dùng kim loại iridium làm đồng hồ để đo xem một dải đất sét trong một hẻm núi ở Ý đã hình thành trong bao lâu, nhưng chiếc đồng hồ ấy lại dẫn họ tới một vụ va chạm tiểu hành tinh.

Họ không săn lùng thủ phạm đã xóa sổ loài khủng long. Thứ họ muốn là một con số, tính bằng năm.

Dải đất sét ấy nằm ở hẻm núi Bottaccione gần Gubbio, kẹp giữa hai lớp đá vôi vốn lắng đọng dưới đáy một vùng biển cổ. Lớp đá vôi bên dưới dày đặc hóa thạch của một loài trùng lỗ (foraminifera), những sinh vật biển đơn bào tí hon. Còn trong lớp đất sét, như tạp chí của phòng thí nghiệm Berkeley viết năm 1979, loài trùng lỗ này “hoàn toàn vắng bóng”.

Dải đất sét này đánh dấu ranh giới giữa kỷ Phấn Trắng và kỷ Đệ Tam. Họ cần biết lớp đất sét ấy mất bao lâu để hình thành, và từ đó biết cuộc tuyệt chủng mà lớp đất sét ghi lại đã kéo dài bao lâu.

Luis Alvarez, chủ nhân giải Nobel Vật lý năm 1968 nhờ các công trình về hạt hạ nguyên tử, là người đề xuất chiếc đồng hồ này. Iridium rất hiếm trong vỏ Trái Đất, vì phần lớn lượng kim loại này nằm lẫn với sắt trong lõi hành tinh. Nhưng bụi từ không gian vẫn đều đặn rơi xuống, liên tục bổ sung iridium cho bề mặt Trái Đất.

Theo Luis Alvarez, “vì chúng tôi biết tốc độ vật chất ngoài Trái Đất trút xuống mặt đất mỗi năm”, nên đo lượng iridium trong lớp đất sét có thể cho biết “lớp đất sét đó ứng với một quãng thời gian dài bao lâu”.

Lập luận rất đơn giản. Lớp nào hình thành nhanh sẽ hứng được ít bụi vũ trụ; lớp nào hình thành chậm sẽ hứng được nhiều hơn. Frank Asaro và Helen Michel, hai nhà hóa học hạt nhân ở Phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley, đã đo iridium cùng khoảng 30 nguyên tố khác bằng phương pháp phân tích kích hoạt neutron, một kỹ thuật dùng để phát hiện các nguyên tố có mặt với lượng rất nhỏ.

Chiếc đồng hồ hỏng

Câu trả lời không khớp với câu hỏi. Lớp đất sét chứa nhiều iridium hơn hẳn phần đá xung quanh. Trong bài báo công bố năm 1980, nhóm nghiên cứu cho biết hàm lượng iridium cao gấp khoảng 30 lần mức nền ở Gubbio, khoảng 160 lần ở một địa điểm có lớp ranh giới tại Đan Mạch và khoảng 20 lần ở New Zealand.

Nếu coi đây là số chỉ của một chiếc đồng hồ, lượng iridium lớn như vậy nói lên một điều phi lý. Giả sử toàn bộ chỗ iridium ấy đến từ cơn mưa bụi vũ trụ thông thường, đáy biển hẳn đã phải ngừng tích tụ trầm tích suốt vài triệu năm. Nhưng phép định tuổi bằng từ tính mà Walter thực hiện trên các mẫu đá tương tự lấy từ Gubbio lại nói khác. Michel nói với tạp chí của phòng thí nghiệm rằng kết quả định tuổi ấy “không hề cho thấy tốc độ lắng đọng trầm tích giảm đáng kể trong giai đoạn đó”.

Vậy là chiếc đồng hồ không đo thời gian, mà đã ghi lại một sự kiện: một lượng lớn iridium đột ngột đổ về từ đâu đó ngoài Trái Đất.

Nghi phạm đầu tiên là một ngôi sao phát nổ

Một trong những ứng viên ban đầu là một siêu tân tinh lân cận. Nếu nguồn iridium là một ngôi sao phát nổ, lớp đất sét lẽ ra cũng phải chứa plutonium-244. Vì thế, Asaro và Michel chiếu xạ một mẫu đất sét để dò tìm đồng vị này. Kết quả là “không có tín hiệu”, dù phương pháp họ dùng đủ nhạy để phát hiện một lượng chỉ bằng một phần mười mức dự kiến.

Bài báo năm 1980 nêu thẳng kết luận: lượng iridium này “có nguồn gốc ngoài Trái Đất, nhưng không đến từ một siêu tân tinh lân cận”.

Ngày 6 tháng 6 năm 1980, nhà vật lý, nhà địa chất và hai nhà hóa học hạt nhân ấy cùng công bố bài báo “Extraterrestrial Cause for the Cretaceous-Tertiary Extinction” (Nguyên nhân ngoài Trái Đất của cuộc tuyệt chủng Phấn Trắng – Đệ Tam) trên tạp chí Science. Theo đề xuất của họ, một tiểu hành tinh rộng khoảng 10 km đã va vào Trái Đất, và lượng mảnh vụn do cú va chạm hất tung lên đã khiến hành tinh chìm trong bóng tối. Ngày nay, giới địa chất gọi ranh giới ấy là ranh giới kỷ Phấn Trắng – kỷ Paleogen, viết tắt là ranh giới K-Pg.

Hố va chạm ở đâu?

Nhiều nhà khoa học Trái Đất và nhà cổ sinh vật học phản đối ý tưởng này. Về sau, JSTOR Daily, tạp chí trực tuyến của thư viện số JSTOR, viết về “làn sóng phản đối dữ dội” từ phía giới cổ sinh vật học. Theo tạp chí Physics World, có một lời phản bác cứ được nhắc đi nhắc lại: hố va chạm ở đâu?

Thật ra, từ trước đó đã có người nhìn thấy một cấu trúc có thể là hố va chạm. Năm 1978, hai năm trước khi bài báo ra đời, nhà địa vật lý Glen Penfield đang tham gia một đợt khảo sát từ trường bằng máy bay ngoài khơi bán đảo Yucatán cho Pemex, công ty dầu khí nhà nước của Mexico. Ông để ý thấy những số đo từ trường bất thường. Khi ông ghép các số đo này với những bản đồ trọng lực cũ hơn, hiện ra một hình mà về sau ông gọi là “một hồng tâm trọng lực – từ trường nằm nông, đường kính 180 km”.

Năm 1981, Penfield và Antonio Camargo, người giám sát dự án của Penfield ở Pemex và về sau được ghi nhận là người đồng phát hiện, trình bày kết quả tại hội nghị của Hội các nhà địa vật lý thăm dò (Society of Exploration Geophysicists) ở Los Angeles. Trong tiêu đề bài trình bày, họ không dùng chữ “crater” (miệng hố). Penfield nhớ lại rằng đến lúc ấy, nghiên cứu về iridium “đã khiến cả thế giới đi tìm những hố va chạm rộng 200 km”.

Phải mất gần một thập kỷ nữa, người ta mới nối được hồng tâm của Penfield với lớp đất sét giàu iridium. Năm 1990, Alan Hildebrand ở Đại học Arizona gọi điện cho Penfield. Năm 1991, Hildebrand, Penfield, Camargo và các đồng nghiệp đề xuất trên tạp chí Geology rằng “một cấu trúc hình tròn bị chôn vùi, đường kính 180 km” ở bán đảo Yucatán là một hố va chạm, có thể chính là hố hình thành vào cuối kỷ Phấn Trắng. Ngày nay, cấu trúc này mang tên Chicxulub.

Tư liệu nói gì, và điều gì vẫn còn tranh cãi

Cha con Alvarez không phải là người tìm ra hố va chạm. Penfield và Camargo tìm ra hố khi đang làm việc cho Pemex, còn nhóm của Hildebrand đề xuất mối liên hệ giữa hố này với lớp ranh giới vào năm 1991.

Công lao cũng có thể bị thu gọn vào một cái tên nổi tiếng. Bài viết năm 2016 của JSTOR Daily kể rằng câu chuyện “bắt đầu từ nhà vật lý Luis Alvarez” và không nêu tên con trai ông, cũng không nhắc tới Asaro hay Michel. Bài báo năm 1980 có bốn tác giả, và các phép đo iridium làm nền tảng cho bài báo là do Asaro và Michel thực hiện.

Luận điểm chính đã đứng vững, dù không phải mọi phần của câu chuyện đều đã ngã ngũ. Năm 2010, một bài tổng quan của 41 nhà nghiên cứu đăng trên tạp chí Science kết luận rằng vụ va chạm Chicxulub đã châm ngòi cho cuộc tuyệt chủng hàng loạt, đồng thời lưu ý rằng vụ va chạm rơi vào một giai đoạn núi lửa phun trào kéo dài ở vùng Deccan Traps của Ấn Độ. Hai nghiên cứu công bố năm 2019 vẫn bất đồng về việc phần lớn lượng dung nham đó phun ra vào lúc nào so với vụ va chạm. Câu hỏi này liên quan tới việc các đợt phun trào đã góp phần vào cuộc tuyệt chủng nhiều đến đâu.

Bài học từ một chiếc đồng hồ hỏng

Xét theo đúng mục đích ban đầu, phép đo iridium đã thất bại. Phép đo không thể cho biết lớp đất sét mất bao lâu để hình thành, vì phương pháp này dựa trên giả định cốt lõi là bụi vũ trụ rơi xuống đều đặn như mưa, mà với riêng lớp đất sét ấy thì giả định này không đúng.

Thất bại ấy chính là phát hiện. Nhóm nghiên cứu không vứt bỏ số đo đã khiến mô hình của họ nói lên một điều không thể xảy ra. Họ đối chiếu số đo ấy với một chiếc đồng hồ độc lập: phép định tuổi bằng từ tính của Walter. Họ tìm thấy cùng điểm bất thường ấy ở Đan Mạch và New Zealand, nên đây không phải hiện tượng cá biệt ở một hẻm núi. Họ còn kiểm tra nghi phạm đầu tiên, siêu tân tinh, bằng một dự đoán có thể sai, rồi loại bỏ nghi phạm này khi không thấy plutonium-244 xuất hiện.

Một con số phá vỡ mô hình của bạn không phải lúc nào cũng là nhiễu; đôi khi, đó lại là con số quan trọng nhất bạn có. Vì vậy, trước khi gạt đi một số đo kỳ lạ trong kết quả đo hiệu năng, trong log hay trên dashboard, hãy tự hỏi giả định nào của bạn đã biến số đo ấy thành vô nghĩa.

Bài liên quan

Đọc bằng ngôn ngữ khác: English