Arkei
(Liên nguyên đại – Liên giới)
Tống Duy Thanh. Khoa Địa chất
Trường ĐHKHTN (Đại học Quốc gia Hà Nội).
334 Nguyễn Trãi. Thanh Xuân. Hà Nội.

1. Giới thiệu
Giai đoạn lịch sử địa chất rất lâu dài từ khi có những đá trầm tìch đầu tiên cho đến sát trước
Cambri gồm hai Liên nguyên đại là Arkei và Proterozoi, dài đến khoảng 3,2 tỷ năm. Do sự hiểu
biết về giai đoạn lịch sử này còn ìt nên hai liên nguyên đại này thường được ghép thành một vĩ
kỳ lớn trong lịch sử địa chất với tên gọi chung là Tiền Cambri. Nhờ những kết quả nghiên cứu
ngày càng phong phú, nên hiện nay các nhà địa chất cũng đã biết được nhiều sự kiện địa chất đã
xẩy ra trong Arkei và Proterozoi, do đó địa tầng của Arkei và Proterozoi cũng được phân chia chi
tiết hơn trước đây.
Trên thế giới đá Tiền Cambri biến chất cao và uốn nếp phức tạp lộ ra ở nhiều nơi, nhưng lộ rõ
nhất ở những khiên và nhân các địa khối ở Bắc Mỹ và ở phìa đông của bán đảo Scandinavia (Bắc
Âu) và ở Châu Phi [H. 1].
Thuở ban đầu của Arkei, thành phần của khì
quyển gồm chủ yếu là dioxyt carbon và hơi nước,
không có hoặc có rất ìt oxy; điều kiện môi trường
như vậy không thể thìch hợp cho sự sống của bất
kỳ loại sinh vật nào. Không có tầng ozon bao
quanh Trái Đất nên không có gí ngăn cản tia cực
tìm nguy hiểm xâm nhập Trái Đất, cũng không có
gí ngăn cản bớt sự lao bắn (impact) liên tục do
các Sao Chổi gây nên. Khi đó, ngày đêm chắc
chắn ngắn, theo tình toán thí thời gian Trái Đất
quay quanh trục chỉ khoảng 10 giờ.

Hình 1. Phân bố đá Tiền Cambri trên thế giới. 1. Chưa có tài
liệu về đá Tiền Cambri. 2. Đá Tiền Cambri bị phủ. 3. Nơi lộ đá

Tiền Cambri.

Sinh vật sơ đẳng nhất có lẽ đã xuất hiện từ nửa đầu Arkei khoảng 3,5 tỷ năm trước đây, dấu
vết của Tảo lục đã được phát hiện trong đá có tuổi khoảng 3 tỷ năm. Từ nửa sau của Arkei do hoạt
động quang hợp của Tảo lục nên lượng oxy trong khì quyển đã tăng nhanh chóng và oxy do Tảo lục
tạo ra đã thúc đẩy thêm sự phát triển của sinh giới.
2. Các tổ hợp đá Arkei
Hai loại đá Arkei chủ yếu của các khiên là các phức hệ đá lục và các phức hệ đá granit gneis, nhưng phổ biến nhất là các phức hệ granit - gneis. Chúng phân bố trên những diện tìch
khá lớn và là nhân của cấu trúc khiên.
2.1. Các đai đá lục
Một đai đá lục điển hính gồm ba phần: phần dưới và giữa gồm chủ yếu là đá biến chất có nguồn
từ đá núi lửa, còn phần bên trên là đá nguồn trầm tìch. Có nhiều đá nguồn gốc dung nham siêu mafic là loại rất ìt gặp trong phun trào trẻ hơn Arkei. Thành phần trầm tìch có tỷ lệ nhỏ trong phần
dưới và tăng dần lên phần trên, trong đó phổ biến nhất là grauvac và argillit. Sự có mặt của lớp
9


phân cấp hạt và phân lớp chéo chứng tỏ loạt grauvac-argillit được thành tạo trong điều kiện
dòng chảy rối (turbidit) [H. 2].
Chúng thường bị uốn nếp phức tạp, phổ biến
là các phức nếp lõm, bị đá xâm nhập granit
xuyên cắt và bị đứt gãy phức tạp. Đá của đai đá
lục thường có dạng kéo dài là do xâm nhập granitoid bao quanh chúng [H. 3].
2.2. Tổ hợp granitoid - đá lục
Các dãy đá lục được phân làm hai nhóm; 1).
Trong đá lục Arkei sớm rất phong phú đá silic và
trầm tìch - núi lửa phun trào. Những đá nguồn
trầm tìch khoảng 3,5 tỷ năm tuổi, có thể có cuội
kết, có lẽ được thành tạo trong điều kiện trầm tìch
nước nông. Chúng cũng phản ảnh điều kiện Trái
Hình 2. Hình thành lớp phân cấp hạt do dòng chảy rối.

Đất nóng hơn, thể hiện qua dung nham siêu mafic
trên: Dòng chảy rối xuất hiện ở sườn lục địa và
giàu magnesi, gọi là komatiit. Trầm tìch vụn chủ chuyểnHình
dịch xuống chân sườn lục địa và đáy biển. Hình dưới:
yếu có nguồn từ núi lửa và có lẽ chúng được thành lớp phân cấp hạt. (Wicander R. & Monroe J. S. 1993).
tạo trong điều kiện gần bờ. Về sau đá lục Arkei
hính như được hính thành trên đỉnh hoặc gần vỏ granit
cổ hơn; sự có mặt của quan hệ bất chỉnh hợp, hoặc cuội
kết với cuội granitoid trong dãy đá lục nói lên điều này.
2). Trong dãy đá Arkei muộn bên cạnh đá trầm tìch
trong đó chủ yếu là grauvac turbidit cũng xuất hiện andesit, thể hiện điều kiện nước sâu của môi trường kiến
tạo tìch cực. Trong dãy đá Arkei muộn cũng chứa di
tìch của sự sống nguyên thủy là Tảo lục và các loại vi
khuẩn khác. Khì quyển trong thời gian này còn rất
mỏng, gồm chủ yếu là dioxyt carbon và hơi nước, tạo
nên hiệu ứng nhà kình giữ độ ấm cho bề mặt Trái Đất.
Hình 3. Sơ đồ phân bố granit - đá lục Arkei ở
Núi lửa của Arkei muộn cũng tiếp tục phát triển và Nam Canada: Các đai đá phiến lục dạng kéo dài xen
nhiều trường hợp nổi trên mực nước biển, do đó trầm với xâm nhập granit (Condie K.C. & Sloan R.E.
1998).
tìch vụn núi lửa trở nên phong phú hơn.
2.3. Tổ hợp đá của nền
Sự nâng trồi, bào mòn và ổn định hóa của vỏ lục địa để tạo thành các nguyên nền (protoplatform) tuổi Arkei gồm loạt đá biến chất cao, có khi dày tới 18 km, như ở Nam Phi. Đá chủ yếu của
nguyên nền có nguồn gốc trầm tìch, chỉ ở phần trên của loạt đá này có thành phần basalt tholeiit
và tuf, cuội kết quarzit xen với dacit, ryolit, tuf và dung nham andesit. Tuổi của loạt đá này được
xác định là 2,7-3,06 tỷ năm.
3. Bối cảnh kiến tạo Arkei
Từ đầu Arkei một số nhân của các nền hay nguyên nền đã được hính thành [H. 6], chúng
hoạt động theo cơ chế mở và đóng của các đại dương. Cơ chế này thể hiện rõ nét hơn trong Proterozoi sớm cách nay 2 tỷ năm.
10



Nhiệt lượng nguồn gốc phóng xạ của Trái
Đất giảm dần theo thời gian [H. 4]. Tình toán
cho thấy nhiệt lượng của 4 tỷ năm trước đây
gấp từ 3 đến 6 lần nhiệt lượng hiện nay, trong
khi nhiệt lượng của đầu Phanerozoi chỉ hơi
lớn hơn hiện nay đôi chút. Như vậy, trong Arkei khi nhiệt lượng còn nhiều thí sự bành
trướng đáy đại dương và sự chuyển động các
mảng diễn ra nhanh hơn, magma sinh ra cũng
nhanh hơn. Tuy nhiên, hoạt động của các
mảng trong Arkei khác với trong Proterozoi;
vì dụ các dãy trầm tìch của biển ría lục địa thụ Hình 4. Sản phẩm nhiệt do hoạt động phóng xạ từ Arkei đến
ngày nay (Wicander R. J. & Monroe S. 1993)
động không phổ biến trong Arkei, nhưng lại
hay gặp trong Proterozoi. Điều này chứng tỏ trong Arkei các lục địa không có hoặc rất hiếm
có thềm lục địa và sườn lục địa.
Các tổ hợp đá Arkei hoàn toàn có thể lý giải trong khung kiến tạo mảng. Các đai đá lục có thể
lý giải bằng mô hính rift và cung đảo, còn mô hính nền và hút chím giải thìch cho các tổ hợp nền và
biến chất cao.
3.1. Mô hình rift
Cả rift đại dương và lục địa đều được coi là có vai trò trong thành tạo đá lục, nhưng vấn đề
cần lưu ý là sự vắng mặt ophiolit trong loạt đá lục. Đặc biệt trong loạt đá lục không hề có các
phức hệ thể tường (dyke) dạng dải tổ hợp với đá siêu mafic phân tầng. Mô hính rift lục địa [H.
5A] có những dẫn liệu khá tốt sau đây để lý giải cho
sự thành tạo đai đá lục: 1) Trong đá lục có khối
lượng lớn đá phun trào felsit. 2) Một số loạt đá lục
nằm bất chỉnh hợp trên vỏ lục địa. 3) Không có andesit trong một số đá lục. 4) Các bồn đá lục dạng
tuyến cùng tuổi phát triển trên những diện tìch rộng
lớn cho phép nghĩ tới những hệ thống nhiều rift lục

địa. 5) Một số komatiit chứa zircon ngoại lai có tuổi
già hơn đá lục núi lửa đến 700 triệu năm chứng tỏ
đã từng có móng lục địa cổ hơn.
3.2. Mô hình cung và đồng bằng đại dương
Sự giống nhau của đá lục Arkei và đá núi lửa
của cung và đồng bằng đại dương dẫn đến những
mô hính liên quan với hút chím để giải thìch các tổ
hợp granitoid - đá lục. Những dẫn liệu sau đây của
các đai đá lục dẫn đến mô hính cung và đồng bằng
đại dương: 1) Tổ hợp thạch học trong đá lục cũng
tương tự như ở các cung đảo và đồng bằng đại
dương hiện nay. 2) Thành phần hóa học của đá núi
lửa trong đá lục tương tự như đá núi lửa hiện đại ở
hai môi trường vừa nêu. 3) Các đới hút chím tạo
11

Hình 5. Bối cảnh kiến tạo Arkei (Condie & Sloan 1998)


mụi trng sn sinh ra khi lng ln ỏ granit trong cỏc thnh h granitoid - ỏ lc.
ỏ nỳi la v turbidit grauvac rt ph bin trong nhiu ỏ lc cng tng ng vi cỏc h
cung. Tt c nhng ỏ cú ngun gc trm tỡch bin trong ỏ lc Arkei u c thnh to
trong cỏc bn trc cung hoc bn sau cung [H. 5B]. Thnh phn húa hc ca ỏ nỳi la v
granitoid Arkei cng tng t granitoid tr trong cỏc h cung. Ti liu v cu trỳc a cht
cho thy ỏ lc ng vi giai on úng ca cỏc bn sau cung hoc cỏc cung hỳt chớm.
dy ln v thnh phn húa hc ca basalt dng gi trong cỏc ỏ lc Arkei cng rt ging vi
basalt ca ng bng i dng.
2500
Các giai đoạn
Biến dạng tuổi

chính thành tạo
đai đá lục ở
khiên Canada

Cỏc dóy trm tỡch Arkei v Phanerozoi rt
ging nhau. Trong Arkei nhng dóy trm tỡch
ny tỡch ng cỏc bn bin rớa hoc bn ni
lc trong s ỡt nn ó c hớnh thnh
[H. 5C].

Giữa

Arkei

3000

3400

Sớm

3.4. Mụ hỡnh xụ hỳc
Trong quỏ trớnh xụ hỳc, rớa trc bn
nn ca mng chớm ó b kộo xung mt
sõu ln v chu tỏc ng bin cht cao. Sau
ú, s nõng tri ng tnh v bo mũn ó
búc mt h cung nm trờn (ỏ lc) v l
ra cỏc ỏ nn bin cht cao v b phỏ hy
trờn mng chớm 5D].

Arkei muộn


Tiến hoá vỏ kiểu Arkei,
hình thành các đai đá lục và
phức hệ đá granit-gneis

Muộn

3.3. Mụ hỡnh nn

Đai đá lục cổ nhất đuợc bảo toàn tốt ở Nam Phi

Đá vỏ cổ nhất đợc phát hiện

3800

Tiền Arkei

TIến hoá vỏ tiền Arkei

Các hạt zircon trong trầm tích vụn cơ học
cho thấy vỏ đã tồn tại trong giai đoạn sớm

4600

Hình thành Trái Đất

Mc dự bi cnh kin to trong Arkei cũn Hỡnh 6. S kin quan trng trong tin hoỏ nn Arkei
nhiu vn cha sỏng t, nhng hot ng kin to mng ó th hin ngay t Arkei. Trong cỏc
hot ng kin to ny cung o v ng bng i dng Bng 1. Thnh phn khớ quyn hin nay
úng vai trũ quan trng. Mc dự cỏc mng lỳc ú cũn nh

Phn trm tớnh theo khi lng khớ khụ (tr hi nc).
Ký hiu
Phn trm*
hn, ỡt hn v cỏc sng nỳi i dng di hn nhiu so Nguyờn t
Cỏc khớ khụng thay i
vi hin nay, nhng hot ng kin to mng cng ó bt
N
78,08
u t cỏch õy gn 4 t nm. Trờn hớnh 6 th hin túm Nit
Oxy
O
20,95
lc cỏc s kin quan trng trong lch s Arkei [H. 6].
Argon
Ar
0,93
*

Neon
Cỏc khớ khỏc

4. iu kin t nhiờn v s sng trong Arkei

Ne

0,002
0,001

Cỏc khớ thay i


4.1. Khớ quyn v i dng

Hi nc
Ozon
Carbonic
Cỏc khớ khỏc

4.1.1. Ngun gc v s bin i khỡ quyn

H2O
O3
C2O

0,1 4,0
0,034
0,0006
Vt

Khỡ quyn hin nay giu oxy, nit, nhiu hi
nc, dioxyt carbon (carbonic) v nhiu loi khỡ khỏc [Bng 1], trờn thng tng l tng
ozon (O3) ngn cn tỏc ng ca bc x tia cc tỡm. Trong thi u Arkei Trỏi t l ni
khụng cú nc, luụn b thiờn thch lao bn vo, tia cc tỡm honh hnh nờn khụng th cú s
sng. Hydro v heli cng nhiu vớ ú l nhng khỡ phong phỳ nht trong v tr. Trc khi
Trỏi t cú nhõn thớ khụng cú t trng v t quyn, vớ th nhng khỡ cú th to khỡ quyn
u ó b giú Mt Tri rt mnh v dũng ion t Mt Tri quột mt ht. Khi t quyn hớnh
thnh, nhng khỡ phun t nỳi la khụng b quột i na v s c tỡch t li. Trong Arkei,
12


núi lửa chắc cũng phun vào khì quyển những thành

phần giống như khì núi lửa hiện nay, gồm nước, carbonic, dioxyt sulfur (SO 2), clor, nitơ, và hydro [H. 7].
Khì quyển nguyên thủy chắc chắn là rất hiếm oxy,
không có nitơ tự do và cũng không có tầng ozon, nhưng
lại chứa nhiều ammoniac (NH3) và methan (CH4), cả
hai đều là sản phẩm của núi lửa. Pyrit (FeS2) và uraninit
(UO2) là khoáng vật rất dễ bị oxy hóa, nhưng chúng lại
vẫn có rất nhiều trong đá Arkei. Đó là do khì quyển
Arkei thiếu oxy, nên chúng không bị phá hủy.
Có hai quá trính xẩy ra trong Arkei có thể tạo nên
Hình 7. Các khí do núi lửa phun đã hình thành
oxy tự do của khì quyển. Trước hết, sự phân ly quang
khí quyển ban đầu. Methan và ammoniac cũng
hóa của hơi nước – các phân tử nước bị phá vỡ do tác
được sinh ra do những phản ứng xẩy ra trong khí
quyển (Wicander R. J. & Monroe S. 1993).
dụng của tia cực tìm ở thượng tầng khì quyển [H. 8] tạo
oxy tự do cho tầng ozon (O3) được hính thành. Tiếp đến là hoạt động quang hợp của thực vật,
carbonic và nước kết hợp thành chất hữu cơ và giải phóng oxy [H. 8]. Cứ như vậy, đến cuối
Arkei khì quyển đã có thể chứa đến hơn 1% độ oxy
so với hiện nay. Hơi nước là thành phần chủ yếu
của khì do núi lửa phun ra, do đó khì quyển trong
Arkei cũng chủ yếu bao gồm hơi nước. Trái Đất
nguyên thủy có hoạt động núi lửa mạnh mẽ nên sự
tìch đọng nước trên mặt cũng diễn ra rất nhanh.
Lượng nước đại dương vẫn tăng, song tốc độ cũng
giảm ví lượng nhiệt để sinh ra magma ngày càng
giảm [H. 4]. Khi Trái Đất nguội đến độ nhất định
thí hơi nước có thể đọng lại trên bề mặt Trái Đất.
Đã có dẫn liệu chứng tỏ đại dương đã có trong Hình 8. Các quá trình phân ly quang hoá và quang hợp tạo
oxy tự do cho khí quyển (Wicander R. J. & Monroe S. 1993).

Arkei, tuy chưa biết chúng lớn nhỏ ra sao.
4.1.2. Nguồn gốc và sự biến đổi nước đại dương

Trong lịch sử Trái Đất nước của đại dương chắc hẳn đã được hính thành từ sự ngưng tụ hơi
nước do núi lửa phun lên, một phần khác được bổ sung từ sự lao bắn của các vật thể vũ trụ lên
bề mặt Trái Đất. Nước biển lúc đầu có lẽ có tình chất acid ví sự hòa tan của dioxit carbon từ khì
quyển nguyên thủy vốn có nồng độ carbonic cao, ngoài ra còn có các thành phần acid khác. Tuy
nhiên, tình acid này không tồn tại lâu ví sản phẩm núi lửa phun lên rất nhiều natri, calci và sắt
nên nước nhanh chóng bị trung hòa. Có lẽ tốc độ tăng trưởng của đại dương diễn ra song song
với độ tăng trưởng của khì quyển nên phần lớn đại dương được hính thành vào khoảng 50-100
triệu năm đầu khi hành tinh được bồi tụ. Hơi nước từ lòng Trái Đất theo núi lửa trào lên đã
nhanh chóng ngưng tụ thành mưa, nhưng do mặt đất khi đó còn nóng bỏng nên nước mưa bị sôi
nóng và lại bốc hơi tiếp. Chỉ ở nơi tương đối nguội lạnh, một phần hơi nước mới ngưng tụ thành
nước và bắt đầu hính thành đại dương.
Nghiên cứu tỷ lệ của những trầm tìch đặc biệt trong những tổ hợp đá tương tự nhau ở các
tuổi khác nhau cũng cung cấp thông tin quan trọng để đánh giá sự biến đổi thành phần nước biển
trong các đại dương cổ. Vì dụ, khối lượng lớn muối mỏ và thạch cao trầm tìch trong một số giai
đoạn lịch sử địa chất cho thấy chúng có vai trò lớn đối với sự hạ thấp thành phần natri và calci
trong đại dương; từ giữa Proterozoi độ muối trung bính của nước biển đã giảm dần.
13


Đồng vị oxy trong trầm tìch hóa học biển như đá vôi và đá silic cũng cung cấp thông tin về
nhiệt độ nước biển khi những chất này được trầm đọng. Tỷ lệ của O18 trên O16 trong trầm tìch biển
và trong sản phẩm của sinh chất (như vỏ Trùng lỗ chẳng hạn) thay đổi tùy theo nhiệt độ nước biển
khi hính thành trầm tìch. Thành phần đồng vị oxy của đại dương cũng thay đổi do thành phần của
nước sông tải ra biển và nước từ nguồn thủy nhiệt ở các sống núi đại dương tuôn vào đại dương.
Kết quả nghiên cứu các đồng vị oxy, neodym, stronti trong trầm tìch hiện đại cho thấy chúng rất
nhạy cảm với các nguồn nguyên tố hòa tan trong nước biển. Nguồn thủy nhiệt có chất hòa tan từ
manti chứa thành phần đồng vị khác hẳn với nguồn chất hòa tan từ sông tải ra. Hiện nay, nguồn

chất hòa tan quan trọng nhất là từ sông tải ra biển, mà chúng lại bắt nguồn từ hoạt động phong hóa
bào mòn ở lục địa. Tuy nhiên, đồng vị oxy và neodym được phân tìch từ trầm tìch tuổi Arkei
chứng tỏ khi ấy nguồn chất hòa tan từ manti quan trọng hơn. Sự cân bằng hai nguồn chất hòa tan
diễn ra cách nay khoảng 2 tỷ năm, phản ảnh sự tăng trưởng nhanh chóng của vỏ lục địa làm tăng
diện tìch lục địa, tạo điều kiện hoạt động phong hóa mạnh mẽ.
4.2. Xuất hiện sự sống trong Arkei
Những di tìch hiện biết cho thấy sự sống đã bắt đầu trên Trái Đất từ 3,5 tỷ năm trước đây,
nhưng khi đó sinh giới rất nghèo nàn. Bản chất của sự sống là sinh vật phải có khả năng trao đổi
chất và sinh sản. Hệ sinh sản - trao đổi chất là tiêu chuẩn đơn giản để nhận biết một sinh thể. Nhưng
không phải mọi trường hợp đều như vậy, virus là một trong những trường hợp ngoại lệ đó. Chúng
thể hiện là một sinh thể khi sống trong tế bào chủ, nhưng nếu tách khỏi tế bào chủ thí chúng không
có khả năng sinh sản, không thể tạo ra phân tử sinh hóa. Chúng chỉ chứa rất ìt vật chất di truyền,
hoặc ADN (acid deoxyribonucleic) hoặc ARN (acid ribonucleic) trong protein. Vậy virus là sinh thể
hay thể vô cơ, trong trường hợp này không có một tiêu chuẩn thật rạch ròi giữa sinh thể và thể vô cơ.
Vi cầu (microsphere) là một phân tử hữu cơ đơn giản, nhưng có sự phức tạp sinh học lớn hơn
hẳn bất kỳ chất vô cơ nào. Thực tế vi cầu có khả năng tăng trưởng và phân chia, nhưng theo những
quá trính hóa học ngẫu nhiên mà chưa là quá trính sinh học, như vậy không thể coi chúng là sinh
thể, nhưng lại có những đặc tình của sự sống tuy còn rất đơn giản. Có thể cho rằng sự sống xuất hiện
đầu tiên trên Trái Đất phải trải qua một giai đoạn tiền sinh tựa như giai đoạn vi cầu.
4.2.1. Nguồn gốc sự sống
Có hai yếu tố cần thiết cho xuất hiện sự sống là: 1) các nguyên tố thìch hợp để các phân tử có
thể tổng hợp và 2) nguồn năng lượng để xúc tiến phản ứng hóa học tổng hợp các phân tử hữu cơ.
Sinh chất được cấu tạo từ carbon, hydro, nitơ và oxy, tất cả chúng đều có trong khì quyển dưới dạng
phân tử của dioxyt carbon (carbonic – CO2), hơi nước (H2O), và nitơ (N2), có thể cả methan (CH4)
và ammoniac (NH3). Các nguyên tố cần cho sự sống (C, H, N, O) kết hợp thành phân tử hữu cơ đơn
giản là monomer; năng lượng xúc tiến phản ứng có lẽ là từ bức xạ tia cực tìm và các tia chớp.
Monomer là cơ sở xây dựng nên các phân tử hữu cơ phức tạp hơn. Năm 1953, Stanley Miller đã tổng hợp được một số acid amin bằng cách cho dòng khì có thành phần tương tự như khì
quyển nguyên thủy chạy qua một bính kìn [H. 9]. Hỗn hợp khì này chịu tác dụng của một tia
chớp điện; tia chớp này tạo ra mọi bước sóng ánh sáng, kể cả của tia cực tìm. Sau thì nghiệm của
Stanley Miller, khoảng 20 acid amin (monomer) của sinh chất đã được tổng hợp trong phòng thì

nghiệm. Nhưng các phân tử sinh chất là polymer, vì dụ như protein, acid nucleic, lại là liên kết của
các monomer. Vậy quá trính polymer hóa diễn ra như thế nào? Giải đáp câu hỏi này là nan giải,
14


ví quá trính polymer hóa diễn ra trong môi trường nước thường lại dẫn đến sự phá hủy polymer
hóa. Sidney Fox đã tổng hợp được những phân tử mà ông gọi là proteinoid, bao gồm đến hơn 200
đơn vị acid amin. Ông đã khử nước của acid amin đậm đặc và phát hiện ra rằng khi đun nóng lập
tức chúng bị polymer hóa và tạo proteinoid. Điều này làm liên tưởng đến protobiont là một dạng
trung gian giữa hợp chất vô cơ và sinh chất, nhưng protobiont có thể dễ dàng bị tiêu biến, không
phát triển được nếu không có một màng mỏng bao
quanh như ở tế bào hiện nay. Thì nghiệm của S. Fox
chứng minh rằng các proteinoid có thể tụ tập để hính
thành dạng vi cầu [H. 10] có màng bao bọc giống như
màng tế bào và tăng trưởng, phân chia giống như những
vi khuẩn.
Có thể monomer được hính thành liên tục và trở
nên rất phong phú, tìch tụ trong đại dương và tạo thành
một thứ tựa như cháo loãng. Các acid amin trong dạng
cháo loãng này có thể bị dồn vào bãi biển, rồi do sự bốc
hơi nên bị cô đặc lại và polymer hóa nhờ nhiệt, sau đó
polymer lại bị trôi ra biển và chịu các phản ứng khác.
Hiện nay chưa có nhiều thông tin về cơ chế sinh sản
ở giai đoạn tiếp theo của nguồn gốc sự sống. Các vi cầu
có khả năng phân chia và được các nhà chuyên môn coi
là sinh hệ nguyên khai. Trong các acid amin của sinh vật
thí cả ARN và ADN đều rất cần thiết cho quá trính sinh
sản, nhưng acid amin không thể tạo ra bản sao của mính
(tức là sinh sản) nếu không có enzim, mà enzim lại
không thể được tạo nên nếu không có acid amin.


a

b
Hình 10. Các dạng proteinoid

Những thì nghiệm cũng cho thấy những phân tử a) Proteinoid dạng vi khuẩn; b) Vi cầu proteinoid
(Wicander R., Monroe J.S. 1993 )
nhỏ ARN có thể tự tạo bản sao không cần sự giúp sức
của enzim. Từ đó có thể nghĩ rằng, trong sự tạo bản sao
sinh học (hệ nhân bản) đầu tiên đã có phân tử ARN và trong ARN nguyên sơ có những phân tử
trung gian giữa hợp chất hóa học vô cơ và phân tử ADN cơ bản của sinh giới. Nhưng sự tổng
hợp tự nhiên của ARN vẫn là vấn đề bì hiểm, ví chúng không thể được tổng hợp dễ dàng trong
những điều kiện thông thường và phổ biến trên Trái Đất.
Một vấn đề khác liên quan với nguồn gốc sự sống là hiện tượng lao bắn của những thiên
thạch lớn lên bề mặt Trái Đất. Bằng mô hính có thể thấy sự lao bắn của một thiên thạch có kìch
thước cỡ 1000 km có thể làm bốc hơi toàn bộ đại dương và môi trường sống cũng bị hủy diệt.
Các chứng cứ hóa thạch cho thấy đã có khuẩn lam (Cyanobacteria) cách nay 3,6 tỷ năm và sinh
thể quang hợp cách nay 3,8 tỷ năm, nên có thể giả định rằng sự lao bắn của những thiên thạch
cỡ tiểu hành tinh đã có từ khoảng 4 tỷ năm trước.
4.2.2. Giả thuyết nguồn gốc sự sống từ nhiệt dịch đáy biển
Hiện nay tại các sống núi đại dương, nước thấm lọc qua basalt đã đông cứng và bị đun nóng
tới 350o trong khi nước biển tại đây thường chỉ khoảng 2o. Nguồn nước dạng geyser ở đáy biển
này rất giàu H2S và nhiều sulfur kim loại. Xung quanh nguồn thoát nhiệt dịch ở độ sâu 2500 m
này đã hính thành một hệ sinh thái kỳ lạ gồm nhiều dạng Giun ống, Chân ríu, Giáp xác, Hải quỳ,
Chân bụng và những loại cá nhỏ. Môi trường này chứa một sinh khối từ 10 nghín đến 100 nghín
15


lần so với môi trường bính thường ở cùng độ sâu. Chuỗi thức ăn của quần hợp động vật nhiệt

dịch dựa trên cơ sở cộng sinh phụ thuộc trước hết vào vi khuẩn hóa dưỡng khử sulfur. Chúng
hoạt động oxy hóa H2S theo phản ứng: 6 O2 + 24 H2S + 6 CO2  [C6H12O6] + 24 S + 18 H2O
thay ví phản ứng quang hợp: 6 CO2 + 6 H2O  [C6H12O6] + 6 O2.
Sự thoát nhiệt dịch rất phổ biến trong Arkei và có đủ các nhân tố cần thiết như H2, N2, CO,
H2S, CH4 và H2O. Magma đưa lại nguồn năng lượng liên tục, những phân tử hữu cơ và sau đó
các polymer được tổng hợp không ngừng; chúng là bước khởi đầu cho sự tiến hóa hóa học trong
điều kiện hóa lý không oxy, thuận lợi cho sự hính thành những sinh thể cổ xưa có kiểu trao đổi
chất hóa dưỡng yếm khì. Trong giả thuyết này, vỏ đại dương là nền tảng và nơi thoát nhiệt dịch,
tạo động lực cho việc xuất hiện sự sống.
Có thể trong Arkei những phản ứng dẫn tới sự hính thành các phân tử phức tạp cũng đã xẩy
ra ở vùng miệng phun nước nóng, nơi có nhiệt độ tới 200-350o C. Khì được tỏa ra từ sống núi
đại dương hiện nay chứa carbonic, methan và ammoniac, có tiềm năng tạo được phân tử hữu cơ.
Nhiệt độ cao của vùng miệng phun nước nóng ở dưới sâu dẫn đến thành tạo phân tử hữu cơ và
tạo ra acid amin, ARN và AND [H. 11].
Tại vùng miệng phun nước nóng, đường và các hợp
chất khác có thể được thành tạo và nơi gần miệng phun
có thể xuất hiện những tế bào dị dưỡng. Những tế bào
này có thể lấy năng lượng từ sự oxy hóa các khì như
hydro sulfur tỏa ra từ miệng phun. Hoạt động núi lửa
trong Arkei rất mạnh, nên các miệng phun nước nóng
cũng rất phổ biến, do đó khả năng xuất hiện sự sống
trong điều kiện này càng lớn. Ngoài những giả thuyết
trên đây được nhiều người chú ý, cũng còn giả thuyết
về nguồn gốc sự sống từ vũ trụ. Các nhà vật lý thiên
văn đã quan sát được những phân tử hữu cơ chứa đến
11 nguyên tử carbon.
4.2.3. Những sinh vật đầu tiên

Hình 11. Chuỗi sự kiện ở nguồn thủy nhiệt
ngầm dưới biển có thể làm xuất hiện sự sống.

(Condie K.C., Sloan R.E. 1998).

Những di tìch hóa thạch cổ nhất thuộc dạng sinh
vật quang hợp giống như vi khuẩn lam, nhưng quang
hợp là quá trính trao đổi chất phức tạp và như vậy chắc chắn là sinh vật không quang hợp đã
xuất hiện trước khi có sinh vật quang hợp. Nhưng hiện nay không có dẫn liệu về di tìch của
những loại sinh vật nguyên thủy không quang hợp này. Khi khì quyển chứa rất ìt hoặc không
chứa oxy tự do, thí những sinh vật này phải là loại kỵ khì và dĩ nhiên chúng phụ thuộc vào
chất dinh dưỡng bên ngoài tức là sinh vật dị dưỡng. Những sinh vật này đều là đơn bào, tế
bào không có nhân gọi là sinh thể không nhân hay Prokaryota. Nguồn dinh dưỡng của
những sinh vật dị dưỡng, sinh vật không nhân nguyên thủy trong Arkei có lẽ là từ triphosphat adenosin (TPA) là hợp chất cần cho nhu cầu năng lượng trong tế bào. TPA có thể dễ
dàng tổng hợp được từ khì và phosphat, ví vậy có thể trong đại dương Arkei đã có TPA và
những dạng sống nguyên thủy trong Arkei có thể dễ dàng kiếm được TPA ở môi trường
xung quanh. Tính huống này có lẽ tồn tại không lâu, ví ngày càng nhiều tế bào Prokaryota
thí lượng TPA trở nên không đáp ứng nổi nhu cầu của chúng. Một phương thức khác ra đời
để thoả mãn nhu cầu năng lượng – xuất hiện sinh vật đầu tiên sử dụng sự lên men. Lên men
là một quá trính trao đổi chất kỵ khì phức tạp, trong đó những phân tử như đường bị phân
16


tách để giải phóng dioxyt carbon, rượu và năng lượng. Chình các loại Prokaryota là tác nhân
trong các quá trính lên men hiện nay.
Sự kiện quan trọng trong đời sống Trái Đất trong Arkei là cách đây 3,5 tỷ năm xuất hiện các
dạng sống tự dưỡng, có khả năng quang hợp. Đó là các tế bào Prokaryota kỵ khì, chúng không
còn phụ thuộc vào nguồn dinh dưỡng bên ngoài nữa mà tự tạo ra cho mính [H. 12].
Trong đá Arkei ở Canada và Nam Greenland đã phát hiện được những hợp chất gọi là kerogen. Kết quả phân tìch đồng vị cho thấy tỷ lệ 13C / 12C trong kerogen này khác tỷ lệ 13C / 12C trong
vật chất vô cơ, nhưng lại tương tự tỷ lệ 13C / 12C của sinh vật hiện nay. Như vậy là đã có chứng
cớ về di tìch sự sống trong những đá cổ nhất, cách nay 3,8 - 3,9 tỷ năm.
Có ba dạng vi cấu trúc được coi là di tìch hóa thạch được phát hiện trong đá phiến silic Arkei
(tuổi 3,6 tỷ năm). 1). Cấu trúc dạng que là dạng cấu trúc đơn giản dài chưa đến 1 m, rất giống

cấu trúc của vi khuẩn hiện nay, nên được coi là
vi khuẩn hóa thạch; 2). Cấu trúc dạng sợi dài
vài m cũng có thể là một dạng hóa thạch,
nhưng chưa chắc chắn; 3). Cấu trúc dạng cầu
đường kình 5-10 m, cho phép liên tưởng tới
tảo hay vi khuẩn lam khá phong phú trong nhiều
đá phiến silic Arkei. Tất cả ba dạng nêu trên có
lẽ đều là thuộc vi khuẩn đơn bào.
a
b
c
d
Việc tím thấy và lý giải về stromatolit trong
12. Các dạng Prokaryota trong đá Arkei (cách nay 3,3-3,5
các đá cổ có ý nghĩa quan trọng trong nghiên Hình
tỷ năm). a và c: ảnh hóa thạch trên kính hiển vi; b và d: phục
cứu cổ sinh Tiền Cambri. Đó là những cấu trúc dựng dạng hoá thạch a và c (Wicander R. J. & Monroe S. 1993).
phân lớp mảnh mai dạng trụ cao 2-6 cm, khá
phổ biến trong các lớp đá phiến silic Arkei cách nay 3,6 tỷ năm ở Tây Australia. Đó là sản phẩm
từ hoạt động của tảo giống như kiểu ám tiêu. Chúng trầm đọng do tảo hay vi khuẩn trong môi
trường nước nông thuộc các bồn gian triều, ở đó trầm tìch bay hơi cũng được trầm đọng. Nghiên
cứu hoạt động hiện tại của khuẩn xanh lam (Cyanobacteria) ở vịnh Cá Mập (Shark Bay, Australia)
cho thấy dạng cấu trúc hoàn toàn giống stromatolit đã hính thành do những bẫy dạng tấm nhầy của
khuẩn xanh lam giữ những hạt trầm tìch mịn lại. Những cầu thể carbon trong đá Arkei (có tuổi 3,8
tỷ năm ở Greenland) cũng có thể có nguồn gốc sinh vật.

5. Arkei ở Đông Á và Việt Nam
Trên lãnh thổ rộng lớn của Trung Quốc một số nhân lục địa đã hính thành ở nền TrungTriều (Đông Bắc Trung Quốc và Triều Tiên), bằng chứng là các đá biến chất Arkei sớm đã
được phát hiện ở Shanxi (Sơn Tây), Hebei (Hồ Bắc) và Liaoning (Liêu Ninh). Đá biến chất cổ
Arkei sớm-giữa cũng khá phổ biến ở phìa tây nền Yangtze (Dương Tử) – vùng hẻm vực

thượng sông Yangtze cũng như ở khối nền Tarim (Tây Trung Quốc). Phần lớn các đá biến
chất này đều có tuổi 2,8-2,7 tỷ năm, chứng tỏ sự tăng trưởng nhanh chóng của vỏ lục địa ở
Đông Á giống như ở nhiều nơi khác trên thế giới.
Ở Việt Nam các loạt đá biến chất cao thuộc tướng granulit, amphibolit trong các vi lục địa
Tiền Cambri lộ ra trên các khối Hoàng Liên Sơn, Indosinia còn chưa được nghiên cứu nhiều. Các
đá gneis amphibol, plagiogneis bị granit hóa, migmatit hóa mạnh mẽ thuộc hệ tầng Suối Chiềng lộ
ra ở một số nơi thuộc hữu ngạn sông Hồng bị các thể gabro-amphibolit của phức hệ Bảo Hà và
trondjemit-tonalit-granodiorit gneis của phức hệ Ca Vịnh xuyên cắt khá chỉnh hợp theo mặt lớp.
17


Các đá gneis của phức hệ Ca Vịnh có tuổi khoảng từ 2,8-2,5 đến 3,4-3,1 tỷ năm, ứng với giai đoạn
tạo hạt nhân vỏ Arkei muộn. Loạt Sông Hồng nằm kẹp giữa hai đới đứt gãy Sông Hồng và Sông
Chảy, gồm plagiogneis biotit-silimanit-granat xen kẽ amphibolit, đá hoa biến chất đến tướng granulit cũng được một số nhà nghiên cứu giả định có tuổi Arkei.
Trong địa khối Kon Tum, loạt Kan Nack gồm các đá granulit mafic, granulit pyroxen thoi,
khondalit, granulit vôi hính thành khi gradien nhiệt độ cao, cộng với magma từ manti lên biến
chất đến tướng granulit cũng được coi thuộc Arkei. Tuy nhiên, tuổi đồng vị hiện có chưa xác
minh cho tuổi này, mà có thể những đá vừa nêu thuộc một thời kỳ biến dạng và biến chất trẻ
hơn. Dù sao đi nữa, hiện nay loạt Kan Nack được xem như một mảnh ngoại lai Tiền Cambri
được tách ra từ Gondwana.
Tài liệu đọc thêm
1. Condie K. C. & Sloan R. E., 1998. Origin and Evolution of Earth. Principles of Historical Geology. PrinticeHall, Inc. 498 pgs.
2. Geological Map of the People's Republic of China 1:2 500 000. Explanatory Notes. Geological Survey. SinoMap
Press. 2004.
3. Selley R.C, Cocks L.R.M., Plimer I.R. (Editors), 2005. Encyclopedia of Geology, Volume 1-5. Elsevier. Academic Press.
4. Stanley S. M., 2009. Earth System History. 3 nd Edition. W.H. Freeman & Company. New York. 551 pgs.
5. Tống Duy Thanh, 2008. Lịch sử Tiến hóa Trái Đất (Địa sử). NXB Đại học Quốc gia Hà Nội. Hà Nội. Tái bản
2009 (Chỉnh sửa, bổ sung và cập nhật tài liệu mới). 340 tr.
6. Trần Văn Trị, Vũ Khúc (Đồng chủ biên), 2009. Địa chất và Tài nguyên Việt Nam. NXB Khoa học Tự nhiên và Công
nghệ. Hà Nội. 589 tr.

7. Vũ Khúc, Bùi Phú Mỹ (Đồng chủ biên), 1990. Địa chất Việt Nam. Tập I. Địa tầng. Tổng cục Mỏ Địa chất. Hà
Nội. 378 tr.
8. Wicander R. J. & Monroe S., 1993. Historical Geology. West Publishing Company. Minneapolis, St New York,
Los Angeles. San Francisco. 640 pgs.
9. Wikipedia, the free encyclopedia. en.wikipedia.org/wiki/Hadean
10. Хаин Β. Ε., Коровковский Н.В., Ясамнов Н. А., 1997. Историческая геология. Издат. Московского
Университета. 448 стр.

18