Vào thời điểm Henry Cavendish đang hoàn tất những thử nghiệm của mình tại London, cách đó bốn trăm dặm tại Edinburgh là sự qua đời của James Hutton. Dĩ nhiên đây là tin xấu về Hutton, nhưng lại là tin tốt cho ngành khoa học vì nó dọn đường cho một người có tên là John Playfair viết lại công trình của Hutton mà không phải bối rối gì.
Hutton được mô tả là một người cực kỳ thông minh và sâu sắc, sôi nổi, và vui tính. Thật đáng tiếc, ông không để lại những quan điểm của mình ở hình thức bất kỳ ai có thể hiểu được. Sau đây là một phần trong kiệt tác của ông vào năm 1795, A Theory of the Earth with Proofs and Illustrations, thảo luận về… một điều gì đó:
Thế giới mà chúng ta đang ở được cấu thành từ các chất liệu, không phải của trái đất mới hình thành trước đây, mà là của trái đất sắp sửa hình thành trong tương lai, chúng ta xem nó là một trái đất thứ ba, và trái đất này xuất hiện trước cả khi mặt đất nổi cao hơn mặt biển, trong khi mặt đất hiện nay của chúng ta vẫn thấp hơn mực nước biển.
Dù gần như đơn thương độc mã, và khá thông minh, ông đã tạo ra môn địa chất học và thay đổi hiểu biết của chúng ta về trái đất. Hutton sinh năm 1726 trong một gia đình giàu có ở Scotland, ông học ngành y, nhưng nhận thấy rằng đây không phải sở thích của mình nên đã chuyển sang làm việc nông trại. Chán nản việc nông trại, năm 1768 ông chuyển đến Edinburgh, tại đây ông thành lập việc kinh doanh thành công trong việc sản xuất muối amoniac từ muội than, và dành thời gian theo đuổi nghiên cứu khoa học. Lúc bấy giờ Edinburgh là trung tâm của nền văn minh, và Hutton sống một đời sống sung sướng ở đó. Ông trở thành người dẫn đầu của một hội được gọi là Oyster Club, tại đây vào buổi tối ông thường xuyên gặp gỡ trao đổi với nhà kinh tế học Adam Smith, nhà hóa học Joseph Black, và nhà triết học David Hume, đôi khi ông cũng gặp gỡ trao đổi cùng Benjamin Franklin và James Watt.
Vào ban ngày Hutton dành thời gian quan tâm đến gần như mọi lĩnh vực, từ khoáng vật học cho đến siêu hình học. Ông tiến hành các thử nghiệm với hóa học, khám phá phương pháp khai thác mỏ và xây dựng kênh, nghiên cứu các quặng múi, đầu tư vào lĩnh vực di truyền học, thu gom hóa thạch, và đề xuất các học thuyết về mưa, thành phần không khí, và các quy luật chuyển động. Nhưng ông đặc biệt quan tâm đến địa chất học.
Trong số những vấn đề thu hút sự chú ý của mọi người ở thời đại đó có một vấn đề gây bối rối cho mọi người suốt một khoảng thời gian dài – vấn đề đó là, tại sao vỏ sò và các hóa thạch biển khác lại xuất hiện trên các đỉnh núi. Làm sao chúng có thể đến được đó? Những người nghĩ rằng họ có câu trả lời cho vấn đề này được chia làm hai phe đối kháng nhau. Một bên được gọi là nhóm Neptunist, họ tin rằng mọi thứ trên trái đất, kể cả vỏ sò trên đỉnh núi, đều có thể được giải thích bởi sự nâng lên và hạ xuống của mực nước biển. Họ tin rằng núi, đồi, và các nét đặc trưng khác xưa như trái đất, đều chỉ bị thay đổi khi nước tác động mạnh đến chúng trong suốt thời kỳ lũ lụt toàn cầu.
Đối chọi với họ là nhóm Plutonist, họ cho rằng núi lửa và các trận động đất liên tục làm thay đổi bề mặt của trái đất và rõ ràng chẳng liên quan gì đến các đại dương. Nhóm Plutonist cũng nêu ra những câu hỏi khó trả lời về việc lượng nước lũ lụt đó đã biến đi đâu. Nếu đã từng có lúc nước biển dâng lên đủ để che lấp dãy Alps, vậy thì sau đó, chẳng hạn như ngày nay, lượng nước đó đã biến đi đâu? Họ tin rằng lòng đất sở hữu một sức mạnh phi thường. Tuy nhiên, họ không thể giải thích thuyết phục được tại sao vỏ sò lại xuất hiện trên đỉnh núi.
Hutton có nhiều hiểu biết phi thường về vấn đề này. Khi khảo sát nông trại của mình, ông có thể nhận thấy rằng đất được tạo ra bởi sự phong hoá của đá và rằng các thành phần của đất liên tục bị cuốn đi bởi các dòng chảy rồi lắng đọng lại tại một nơi khác. Ông nhận thấy rằng nếu quá trình này xuất hiện liên tục thì trái đất sẽ bị mài mòn nhẵn bóng. Tuy nhiên dù ông đến đâu ông cũng gặp đồi núi. Rõ ràng nhất định phải có một quá trình nào đó tồn tại song song với quá trình xói mòn, một hình thức tái tạo và đắp cao, tạo ra đồi núi, giúp vòng tuần hoàn này liên tục diễn ra. Các hóa thạch biển trên đỉnh núi, ông xác định, không phải được hình thành bởi các cơn lũ lụt, mà là được nâng cao đồng thời cùng với núi. Ông cũng suy luận rằng chính nhiệt trong lòng đất đã tạo ra các lục địa mới và hình thành nên các dãy núi. Chẳng có gì quá đáng khi nói rằng các nhà địa chất không nắm bắt được hoàn toàn những ý tưởng này trong suốt hai trăm năm sau. Trên hết các học thuyết của Hutton nói rằng quá trình biến đổi này của trái đất đòi hỏi một lượng thời gian khổng lồ, lâu dài hơn chúng ta tưởng tượng rất nhiều. Đến lúc này chúng ta đã có được đủ hiểu biết để thay đổi suy nghĩ của mình về trái đất.
Năm 1785, Hutton mô tả những ý tưởng của mình trong một tài liệu dài, tài liệu này đã được đọc to trong các cuộc họp liên tiếp của Hội Hoàng gia Edinburgh. Nó gần như chẳng thu hút được sự chú ý gì. Thật khó có thể hiểu được tại sao lại thế. Sau đây là một phần nội dung tài liệu mà ông đã trình bày trước các khán thính giả:
Trong một trường hợp, nguyên nhân hình thành ở đây là trong vật thể bị tách rời; vì, sau khi vật thể bị kích thích bởi nhiệt, nó phản ứng với vật chất của vật thể, những vực thẳm tạo thành các mạch hình thành. Trong một trường hợp khác, nguyên nhân ở đây không có quan hệ gì với vật thể này. Đã có sự nứt gãy; nhưng nguyên nhân vẫn chưa được xác định; và dường như nó không tồn tại trong mạch.
Không cần phải nói, hầu như chẳng ai trong số các khán thính giả mảy may hiểu được những gì ông đang nói. Được bạn bè khuyến khích mở rộng các học thuyết của mình, với hy vọng rằng ông sẽ giải thích rõ ràng hơn, Hutton dành ra mười năm để chuẩn bị cho tác phẩm lớn của mình, tác phẩm này được chia làm hai tập phát hành năm 1795.
Tổng số trang của hai tập sách lên đến gần một nghìn trang và, thật lạ, tệ hơn những gì bạn bè của ông lo lắng. Chưa kể những thứ khác, gần một nửa tác phẩm này là những đoạn trích dẫn bằng tiếng Pháp, loại tiếng Pháp nguyên thủy. Tập thứ ba của cuốn sách này không hấp dẫn đến mức nó không được phát hành mãi đến năm 1899, hơn một thế kỷ sau khi Hutton qua đời, và tập thứ tư lẫn tập CUỐI hoàn toàn không được phát hành. Học thuyết trái đất của Hutton xứng đáng được bình chọn là cuốn sách khoa học quan trọng ít được đọc nhất. Ngay cả Charles Lyell, nhà địa chất học vĩ đại nhất của thế kỷ sau và là người đã đọc gần như mọi thứ, cũng phải thú nhận rằng ông không thể hiểu được nó.
May mắn là Hutton còn có một người bạn là Giáo sư toán học của Đại học Edinburgh tên là John Playfair, ông không những có thể viết văn tốt mà còn – nhờ bởi trải qua nhiều năm sát cánh cùng Hutton – có thể thực sự hiểu được những gì Hutton muốn nói. Năm 1802, hai năm sau khi Hutton qua đời, Playfair trình bày một tiểu luận đơn giản về những nguyên lý của Hutton, có tiêu đề là Minh họa về Học thuyết trái đất của Hutton. Cuốn sách này nhận được sự quan tâm của những người quan tâm đến địa chất học.
Mùa Đông năm 1807, mười ba vĩ nhân có chung mục đích tụ họp tại Hội quán Fremasons, Long Acre, Covent Garden, để thành lập Hội địa chất. Họ quyết định hội họp một lần mỗi tháng để trao đổi về những khái niệm địa chất học qua một buổi dạ tiệc. Trong một thập niên, con số các hội viên gia tăng lên đến bốn trăm người – tất cả đều là những người lịch lãm, dĩ nhiên – và Hội địa chất này có nguy cơ lấn át Hội Hoàng gia vốn xưa nay được xem là đứng đầu trong lĩnh vực khoa học tại đây.
Các hội viên gặp nhau hai lần mỗi tháng từ tháng Mười một mãi đến tháng Sáu, sau khi tất cả đã trải qua mùa Hè nghiên cứu ngoài trời. Đây không phải là những người quan tâm đến các khoáng sản chỉ vì lợi ích kinh tế, bạn biết đấy, họ cũng chẳng quan tâm nhiều đến danh vọng, họ chỉ là những người lịch lãm có tiền của và thời gian để theo đuổi sở thích ở mức độ khá chuyên nghiệp. Vào năm 1830, tổng số hội viên lên đến 745, và thế giới sẽ không bao giờ có được Hội khoa học nào có số thành viên đông đảo như thế.
Ngày nay chúng ta khó có thể hình dung được điều đó, nhưng địa chất học đã tạo ra sự thú vị cho thế kỷ mười chín như thế đấy, theo cách mà trước đó lẫn về sau sẽ chẳng bao giờ có được ngành khoa học nào giống như thế. Năm 1839, khi Roderick Murchison phát hành cuốn The Silurian System, một công trình nghiên cứu nặng nề và khô khan về một loại đá được gọi là đất truyền xám, nó lập tức trở thành một trong những cuốn sách bán chạy nhất, suốt bốn ấn bản liên tục, dù giá của nó lên đến tám ghinê và, theo phong cách của Hutton, không thể đọc được. Và khi, năm 1841, Charles Lyell đến Hoa Kỳ để tham gia giảng dạy tại Boston, một lượng khán thính giả lên đến ba ngàn người đã tụ họp tại Học viện Lowell để nghe những mô tả mê hoặc của ông về zeolit biển (một loại khoáng chất) và những nguy cơ địa chấn ở Campania.
Trong thế giới tư duy đương đại, đặc biệt là ở Anh, những người có học thức mạo muội tìm đến khu vực này để thực hiện một việc mà họ gọi là “đập đá”. Đó là một công việc nghiêm túc, và họ thường ăn mặc chỉnh tề, nón rộng vành và trang phục màu tối, ngoại trừ William Buckland của Oxford, với thói quen làm việc với áo choàng.
Khu khai thác này thu hút nhiều nhân vật phi thường, ít ra thì cũng có Murchison như chúng tôi đã đề cập trước đây, ông trải qua khoảng ba mươi năm đầu đời để tìm hiểu về loài cáo, sau đó ông lại quan tâm tìm hiểu về các loài chim! Rồi thì ông tỏ ra hứng thú trong việc nghiên cứu các loại đá và nhanh chóng trở thành một chuyên gia trong lĩnh vực địa chất học.
Tiếp đến là Tiến sĩ James Parkinson, trước đó ông cũng là một nhà xã hội học và là tác giả của nhiều cuốn sách mỏng hấp dẫn với tựa đề chẳng hạn như Revolution without Bloodshed. Vào năm 1794, ông bị lôi kéo tham gia vào một âm mưu nghe có vẻ điên cuồng được gọi là “the Pop-gun Plot”, trong âm mưu này họ vạch kế hoạch ám sát Vua George III bằng một mũi tên tẩm độc bắn vào cổ khi vua đang ngồi trong rạp hát. Parkinson thay đổi ý định trước khi Hội đồng Privy còng tay kẻ thủ lĩnh, dẫn độ đến Úc và tuyên án. Với lối sống thủ cựu, ông quan tâm nhiều đến địa chất học và trở thành một trong những thành viên sáng lập Hội địa chất học và là tác giả của một chuyên đề địa chất học quan trọng, Organic Remains of a Former World, chuyên đề này được tái bản liên tục suốt nửa thế kỷ. Sau đó ông không bao giờ tạo ra bất kỳ rắc rối nào nữa. Tuy nhiên, ngày nay chúng ta nhớ đến ông vì nghiên cứu đột phá của ông về chứng bệnh được gọi là “liệt rung”, hay còn gọi là hội chứng Parkinson. (Parkinson còn nổi tiếng bởi một sự kiện khác. Năm 1785, ông trở thành người duy nhất trong lịch sử giành quyền sở hữu Viện bảo tàng lịch sử tự nhiên qua một cuộc xổ số. Viện bảo tàng này, tại khu Leicester ở London, đã được thành lập bởi Ngài Ashton Lever. Parkinson giữ viện bảo tàng này mãi đến năm 1805, lúc này ông không còn giữ được nó nữa và bán nó đi).
Không có cá tính đặc biệt nhưng lại có ảnh hưởng to lớn so với bất kỳ ai chính là Charles Lyell. Lyell được chào đời vào năm Hutton qua đời chỉ cách đó bảy mươi dặm, tại làng Kinnordy. Mặc dù là người Scotland, ông trưởng thành ở miền Nam xa xôi của Anh quốc, tại vùng New Forest của Hampshire, vì mẹ ông tin rằng người Scotland là người hay say xỉn và tắc trách. Cũng giống như hầu hết các nhà khoa học điển hình của thế kỷ mười chín, Lyell là người thông minh xuất thân từ một gia đình giàu có. Cha ông, cũng tên là Charles, là người truyền cảm hứng giúp ông có được sự quan tâm đặc biệt dành cho lịch sử tự nhiên, nhưng tại Oxford, nơi ông bị mê hoặc bởi William Buckland, chàng trai trẻ Lyell bắt đầu hiến cả đời mình cho địa chất học.
Buckland là người khá lập dị nhưng cũng khá duyên dáng. Ông đã đóng góp vài thành tựu to lớn cho khoa học, nhưng ông được mọi người nhớ đến bởi tính tình lập dị của mình. Ông ta nổi tiếng vì nuôi trong vườn nhà mình một bầy thú hoang dã nguy hiểm, và vì sở thích ăn uống của mình, ông có thể ăn thịt mọi loài động vật. Tùy thuộc vào ý thích và những gì sẵn có, khách đến nhà Buckland có thể được phục vụ heo nướng, thịt chuột, nhím rô ti, hoặc sên Đông Nam Á hấp. Buckland cảm thấy tất cả những món này đều ngon miệng, ngoại trừ món chuột chũi vườn, thứ mà ông cho rằng rất ghê tởm. Ông còn là người lão luyện về sỏi phân – phân hóa thạch – và ông đã có một chiếc bàn hoàn toàn làm từ thứ sỏi quý hiếm này.
Ngay cả khi tham gia những cuộc hội họp khoa học, thái độ của ông cũng rất kỳ quặc. Charles Darwin nghĩ rằng Buckland là một anh hề – theo nguyên văn mà Charles Darwin đã dùng – nhưng Lyell lại nhận thấy rằng Buckland là người thú vị và tỏ ra yêu mến ông, họ đã cùng nhau tham gia chuyến du lịch vòng quanh Scotland vào năm 1824. Chẳng bao lâu sau chuyến du lịch này, Lyell quyết định từ bỏ nghề luật học của mình để dành toàn thời gian cho môn địa chất học.
Lyell bị cận thị nặng, điều này khiến ông thường xuyên cảm thấy bực bội. Một đặc điểm khác biệt nữa nơi ông chính là thói quen, khi suy nghĩ miên man ông thường nằm dài lên hai chiếc ghế hoặc “gục đầu lên mặt ghế, trong khi chân vẫn đang đứng” (theo lời kể của bạn ông là Darwin). Khi chìm đắm trong suy nghĩ ông thường trượt dài trên mặt ghế cho đến lúc hai mông của ông chạm xuống sàn nhà. Nghề nghiệp duy nhất trong đời ông là: Giáo sư địa chất học tại Đại học King ở London từ năm 1831 đến 1833. Cũng trong khoảng thời gian này ông phát hành cuốn Principles of Geology, phát hành thành ba tập giữa năm 1830 và 1833, xét nhiều góc độ thì cuốn sách này củng cố và mô tả chi tiết những suy nghĩ đã được đề cập đến lần đầu tiên bởi Hutton ở thế hệ trước. (Mặc dù Lyell chưa bao giờ đọc sách của Hutton).
Giữa thời của Hutton và thời của Lyell xuất hiện sự tranh luận mới về địa chất học. Cuộc tranh luận này diễn ra giữa nhóm người theo thuyết tai biến và nhóm người theo thuyết đồng nhất. Những người theo thuyết tai biến tin rằng trái đất được định hình bởi những biến cố lớn về địa chất – chủ yếu là lũ lụt. Những người theo thuyết tai biến đặc biệt ủng hộ những mục sư chẳng hạn như Buckland vì điều đó giúp họ kết hợp cơn đại hồng thủy trong Kinh thánh với những thảo luận khoa học nghiêm túc. Ngược lại, những người theo thuyết đồng nhất lại tin rằng những thay đổi trên trái đất diễn ra chầm chậm theo thời gian, qua một khoảng thời gian cực dài. So với Lyell thì dường như Hutton mới quả thực là cha đẻ của khái niệm này, nhưng sách của Lyell lại được nhiều người đọc nhất, và thế nên ông trở thành một nhân vật nổi tiếng trong suy nghĩ của mọi người, đôi khi người ta xem ông là cha đẻ của tư duy địa chất học hiện đại.
Lyell tin rằng những thay đổi của trái đất diễn ra đều đặn và cố định – rằng mọi việc đã từng diễn ra trong quá khứ trên trái đất có thể được giải thích qua những sự kiện hiện đang diễn ra ngày nay. Lyell và đồng môn của mình không phải là người theo thuyết tai biến, họ căm ghét nó. Những người theo thuyết tai biến tin rằng sự tuyệt chủng là một phần gắn liền với một chủng loài, rằng động vật liên tục bị xóa bỏ và được thay thế bằng một chủng loài mới – một niềm tin mà nhà tự nhiên học T. H. Huxley chế giễu và ví với “một loạt các ván bài mà ở đó, sau mỗi ván, người chơi lật đổ bàn rồi lại yêu cầu một cỗ bài mới”. Giải thích những điều chưa biết theo cách đó thì quá dễ. “Chưa bao giờ có một học thuyết nào nhằm cổ xúy sự biếng nhác, và mài cùn sự ham biết của con người như thế”, Lyell châm biếm.
Sơ sót của Lyell không phải là không đáng kể. Ông không giải thích thuyết phục về sự hình thành của các dãy núi và bỏ qua những dòng sông băng – đây là một tác nhân tạo ra sự thay đổi. Ông không chấp nhận ý tưởng của Louis Agassiz về kỷ băng hà – ông tùy tiện gọi đó là “sự ướp lạnh quả địa cầu”
– và tin rằng động vật có vú “sẽ được tìm thấy ở những lớp hóa thạch cổ xưa nhất”. Ông phản đối khái niệm cho rằng động vật và thực vật bị hủy diệt đột ngột, và tin rằng mọi nhóm động vật chính – loài có vú, loài bò sát, cá, và vân vân – đã cùng tồn tại từ thủa khai sinh thời gian. Về những khía Cạnh này, cuối cùng ông có thể chứng minh là sai lạc.
Tuy nhiên chúng ta gần như không thể cường điệu về ảnh hưởng của Lyell. Cuốn The Principles of Geology được tái bản mười hai lần trong khi Lyell còn sống và nó chứa đựng những học thuyết hình thành tư duy địa chất học mãi cho đến thế kỷ hai mươi. Darwin viết, “Giá trị tuyệt vời của cuốn The Principles of Geology là nó thay đổi toàn bộ suy nghĩ của chúng ta, và từ đó, khi chúng ta trông thấy một thứ gì đó mà Lyell chưa bao giờ trông thấy, tuy vậy chúng ta có thể quan sát một phần đối tượng qua đôi mắt của ông”. Tóm lại, Darwin nghĩ rằng Lyell gần như là một vị Thánh, cũng giống như nhiều người trong thế hệ của ông đã từng nghĩ thế. Một bằng chứng cho thấy rõ sức mạnh của Lyell là vào những năm 1980 khi các nhà địa chất học đã phải từ bỏ một phần học thuyết của ông để điều chỉnh ăn khớp với các học thuyết về sự tuyệt chủng, điều này suýt giết chết họ. Nhưng đó là một chương khác.
Trong khi ấy, địa chất học liên quan đến việc phân loại, và không phải mọi việc đều diễn ra êm đẹp. Từ miệng hầm mỏ các nhà địa chất học cố gắng phân loại đá theo thời kỳ mà chúng hình thành, nhưng thường xuất hiện sự bất đồng ý kiến về sự phân loại này – họ thường xuyên tranh cãi về loại đá thuộc kỷ devon. Vấn đề nảy sinh khi Linh mục Adam Sedgwick của Cambridge khẳng định về lớp đá thuộc kỷ cambri mà Roderick Murchison lại tin rằng nó thuộc kỷ silua. Sự tranh cãi này diễn ra sôi nổi suốt nhiều năm và phát triển đến đỉnh điểm. “Hắn là một con chó dơ bẩn”, Murchison viết cho một người bạn trong một cơn tức giận. Cuối cùng cuộc chiến này cũng chấm dứt vào năm 1879 với sự xuất hiện của một kỷ mới, kỷ ocdovic, giữa hai kỷ này.
Vì người Anh là người chủ động trong suốt những năm đầu tiên, các tên tuổi người Anh chiếm ưu thế nổi bật trong bảng từ vựng địa chất học. Devonian (kỷ devon) rõ ràng xuất nguồn từ tên của Hạt Devon ở Anh quốc. Cambrian (kỷ cambri) xuất nguồn từ tên tiếng La mã của sứ Wales, trong khi Ordovician (kỷ ocdovic) và Silurian (kỷ silua) khiến người ta nghĩ đến các bộ tộc thuộc xứ Wales là Ordovices và Silures. Nhưng với sự xuất hiện của địa chất học ở nhiều nơi khác, các tên tuổi lớn bắt đầu xuất hiện ở mọi nơi. Jurassic (kỷ jura) đề cập đến núi Jura ở biên giới Pháp và Thụy Sĩ. Permian (kỷ pecmi) khiến chúng ta nhớ đến một tỉnh trước đây của Nga là Perm ở dãy Ural. Còn Cretaceous (kỷ creta, hay còn gọi là kỷ phấn trắng, xuất nguồn từ tiếng La Tinh “chalk” có nghĩa là đá phấn) là do nhà địa chất học người Bỉ với cái tên đầy ngạo mạn, J. J. d’Omalius d’Halloy, khám phá.
Khởi đầu, lịch sử địa chất học được chia thành bốn thời kỳ: chính, phụ, thứ ba, và thứ tư. Hệ phân chia như thế này quá ngắn gọn nên không thể tồn tại lâu. Về sau các nhà địa chất học phân chia lịch sử này thành nhiều thời kỳ hơn.
Lyell, trong cuốn The Principles of Geology của mình, giới thiệu các đơn vị phụ để nói về giai đoạn kể từ sau kỷ khủng long, trong số chúng có kỷ pleitoxen (“gần đây nhất”), plioxen (“gần đây hơn”), kỷ mioxen (“tương đối gần đây”), và kỷ oligoxen (“hơi gần đây”).
Ngày nay, và nói chung, trước tiên lịch sử địa chất học được chia thành bốn giai đoạn được gọi là bốn thời: thời tiền sử (Precambrian), thời cổ sinh (Paleozoic), thời trung sinh (Mesozoic), và thời cận sinh (Cenozoic). Bốn thời kỳ này được chia thành mười đến hai mươi phân nhóm, thường được gọi là các giai đoạn trong các thời kỳ, hay còn gọi là kỷ. Hầu hết những kỷ này đều được chúng ta biết đến: kỷ creta, kỷ jura, kỷ triat, kỷ silua, và vân vân. [1]
Sau đó là các kỷ của Lyell – kỷ pleitoxen, kỷ mioxen, vân vân – chỉ được áp dụng gần đây nhất, cuối cùng chúng ta có nhiều phân đoạn được biết là các giai đoạn. Hầu hết các giai đoạn này đều được đặt tên theo các địa danh, và tên của chúng nghe khá vụng về: Illinoian, Desmoinesian, Croixian, Kimmeridgian, vân vân, giống như các mạch máu. Tổng cộng, theo John McPhee, con số này lên đến “hàng trăm”. Rất may, trừ khi bạn theo đuổi ngành địa chất học, bạn gần như sẽ không bao giờ nghe lại những tên gọi này.
Vấn đề càng thêm rắc rối khi các giai đoạn hay các thời kỳ ở vùng Bắc Mỹ lại có tên gọi khác so với tên các thời kỳ ở châu Âu và thường bị lược bỏ kịp thời. Thế nên thời kỳ Cincinnatian ở Bắc Mỹ gần tương xứng với thời kỳ Ashgillian ở châu Âu, hơi sớm hơn một chút so với thời kỳ Caradocian.
Đồng thời, tất cả những thay đổi này truyền từ sách này sang sách khác và từ người này sang người khác, từ đó một số chuyên gia mô tả bảy giai đoạn gần đây, trong khi những người khác lại hài lòng với bốn giai đoạn. Đồng thời, trong một số sách, bạn sẽ nhận thấy rằng thời kỳ thứ ba và thời kỳ thứ tư được lược bỏ và thay vào đó là các giai đoạn với độ dài khác nhau được gọi là Palaeogene và Neogene. Những người khác lại chia thời tiền sử thành hai giai đoạn, giai đoạn rất xa xưa là Archean và giai đoạn gần đây hơn là Proterozoic. Đôi khi bạn cũng nhận thấy từ ngữ Phanerozoic được sử dụng để mô tả khoảng thời gian bao hàm thời cổ sinh (Paleozoic), thời trung sinh (Mesozoic), và thời cận sinh (Cenozoic).
Hơn nữa, tất cả những điều này đều chỉ được áp dụng cho đơn vị thời gian. Đá được chia làm các đơn vị khá độc lập là hệ, nhóm, và giai đoạn. Người ta cũng phân loại đá thành cuối và đầu (đề cập đến thời gian) và trên và dưới (đề cập đến lớp đá). Việc này sẽ gây bối rối cho những ai không phải là chuyên gia, nhưng đối với các nhà địa chất thì đây lại là niềm đam mê của họ.
Ít nhất ngày nay chúng ta có thể đặt những kỹ thuật xác định niên đại phức tạp lên bàn. Trong suốt thế kỷ mười chín các nhà địa chất chẳng suy luận được gì hơn ngoại trừ việc phỏng đoán. Vấn đề khiến họ bực dọc khi ấy là, dù họ có thể sắp xếp vị trí của các loại đá và hóa thạch theo đúng thứ tự thời gian, nhưng họ không biết là chính xác thì chúng thuộc thời kỳ nào. Khi Buckland nghiên cứu độ tuổi của bộ xương một con thằn lằn cá, ông chẳng thể làm gì khác hơn là đoán rằng nó đã sống đâu đó giữa “mười nghìn, hoặc hơn mười nghìn lần của mười nghìn” năm trước đó.
Dù không có phương pháp đáng tin cậy nào trong việc xác định thời gian, không ít người vẫn cố gắng làm việc này. Nỗ lực tiên phong là vào năm 1650 khi tổng giám mục James Ussher của nhà thờ Ireland đã có cuộc nghiên cứu cẩn thận về Kinh thánh và các tài liệu lịch sử khác, trong một tập sách dày được gọi là Annals of the Old Testament, các tài liệu này nói rằng trái đất đã được tạo ra vào giữa trưa ngày 23 tháng Mười, năm 4004 trước Công nguyên, đây là một xác nhận gây buồn cười cho các nhà sử học và các chuyên gia suốt từ đó. [2]
Tiện đây, có một câu chuyện kể – câu chuyện này được nhắc đến trong nhiều cuốn sách lớn – rằng những quan điểm của Ussher đã chiếm ưu thế vượt trội trong lĩnh vực khoa học thế kỷ mười chín, và rằng chính Lyell đã làm thay đổi điều này. Stephen Jay Gould, trong tờ Time’s Arrow, trích dẫn một ví dụ điển hình từ một cuốn sách nổi tiếng suốt những năm 1980: “Mãi đến khi Lyell phát hành cuốn sách của mình, hầu hết các nhà tư duy đều chấp nhận ý tưởng rằng trái đất này khá non trẻ”. Thực ra không phải thế. Theo lời Martin J. S. Rudwick diễn đạt, “Không nhà địa chất học nghiêm túc nào có thể biện hộ cho thời gian hữu hạn được trình bày trong Kinh thánh nói về việc ‘Chúa sáng tạo ra thế giới’”. Ngay cả Linh mục Buckland, là người sùng đạo của thế kỷ mười chín, cũng nói rằng trong Kinh thánh không hề có đoạn nào nói rằng Chúa trời đã tạo ra Thiên đường và Trái đất “trong ngày đầu tiên”, nhưng chỉ nói rằng “vào khoảnh khắc đầu tiên”. Khoảnh khắc đầu tiên đó, ông lý luận, có thể “đã xuất hiện cách đây hàng triệu triệu năm”. Mọi người đều đồng ý rằng trái đất này rất cổ xưa. Vấn đề ở đây đơn giản là nó cổ xưa đến mức nào.
Một trong những nỗ lực nhằm xác định độ tuổi của trái đất được thực hiện bởi một nhân vật đáng tin cậy là Edmond Halley, vào năm 1715 ông đề xuất rằng nếu bạn xác định được lượng muối gia tăng ở các đại dương qua mỗi năm, bạn sẽ xác định được độ tuổi của trái đất. Điều này nghe có vẻ rất hợp lý, nhưng đáng tiếc là không ai biết được mỗi năm lượng muối ở các đại dương tăng bao nhiêu.
Nỗ lực đầu tiên nhằm xác định độ tuổi của trái đất được thực hiện bởi một người Pháp tên là Comte de Buffon vào những năm 1770. Trước đó người ta biết rằng trái đất tỏa ra một lượng nhiệt đáng kể – bất kỳ ai đã từng bước xuống hầm mỏ đều xác định được điều này – nhưng không có cách nào để ước lượng được nhiệt lượng này. Thử nghiệm của Buffon là nung nóng các quả cầu mãi đến khi chúng nóng bừng lên và sau đó ước lượng nhiệt lượng tỏa ra bằng cách chạm vào chúng khi chúng nguội. Từ thử nghiệm này, ông đoán rằng trái đất có độ tuổi từ 75.000 đến 168.000 năm tuổi. Dĩ nhiên đây là một nhận định không mấy thuyết phục, nhưng một khái niệm cơ bản, và Buffon nhận thấy rằng vì nhận định này mà ông có khả năng bị rút phép thông công (cấm không được giao thiệp với công chúng). Là một người có suy nghĩ thực tế, ông lập tức cáo lỗi về suy nghĩ thiếu chín chắn này của mình, sau đó ông lại tiếp tục lặp lại những nhận định này trong các tác phẩm của mình.
Vào giữa thế kỷ mười chín, hầu hết những người có học thức đều nghĩ rằng trái đất này ít nhất cũng có hàng triệu năm tuổi, thậm chí có thể là vài chục triệu năm tuổi, nhưng cũng có thể là hơn thế. Vì vậy mọi người tỏ ra ngạc nhiên khi, vào năm 1859 trong tác phẩm On the Origin of Species, Charles Darwin thông báo rằng quá trình biến đổi địa chất tạo ra khu vực Weald, một khu vực thuộc miền Nam nước Anh trải dài đến Kent, Surrey, và Sussex, đã diễn ra và hoàn tất, theo tính toán của ông, trong khoảng thời gian 306.662.400 năm. [3] Sự xác nhận này tạo ra nhiều tranh cãi đến độ Darwin phải rút khỏi nội dung sách trong lần tái bản thứ ba. Tuy nhiên, những rắc rối của nó vẫn còn đọng lại. Darwin và các đồng nghiệp địa chất của mình nghĩ rằng trái đất này rất cổ xưa, nhưng không ai có thể tìm được phương cách chứng minh được điều này.
Đáng tiếc cho Darwin, vấn đề này tạo ra sự chú ý của Tướng Kevin (dù rõ ràng ông là người cao quý, khi ấy ông vẫn còn là một William Thomson bình thường; ông không được xếp vào hàng quý tộc mãi đến năm 1892, khi ông đã được sáu mươi tám tuổi và gần kết thúc sự nghiệp của mình, nhưng tôi xin phép vẫn dùng tên này cho thuận tiện). Kelvin là một trong những nhân vật phi thường nhất của thế kỷ mười chín – thực ra là của bất kỳ thế kỷ nào. Nhà khoa học Đức Hermann von Helmholtz, vốn là người rất thông minh, đã viết rằng Kelvin khi ấy là người “thông minh và sáng suốt bậc nhất, với suy nghĩ sắc bén và linh động” so với bất kỳ ai ông đã từng gặp gỡ. “Tôi cảm thấy mình trở thành một gã khờ khi ở cạnh ông ta”, ông nói, với vẻ hơi thất vọng.
Chúng ta có thể hiểu được tình cảm này, vì Kelvin thực sự là một trong những nhân vật vĩ đại nhất. Ông sinh năm 1824 tại Belfast, là con trai của một Giáo sư toán học làm việc cho Học viện Hoàng gia về sau chuyển đến Glasgow. Tại đó Kelvin cho thấy rằng mình là một người phi thường đến mức trường Đại học Glasgow nhận ông ta vào học ngay khi ông mới được mười tuổi. Khi lên hai mươi tuổi, ông đã trải qua nhiều khóa học ở London và Paris, tốt nghiệp trường Đại học Cambridge (tại đây ông giành giải nhất trong cuộc thi chèo xuồng và kiến thức toán học, đồng thời ông cũng tham gia hội âm nhạc của trường), được bầu chọn là ủy viên của Peterhouse, và đã viết (bằng tiếng Anh và tiếng Pháp) hàng chục tài liệu toán học với sự sáng tạo độc đáo đến không ngờ đến mức ông phải cho in ẩn danh vì e gây bối rối cho các bậc đàn anh. Ở độ tuổi hai mươi hai, ông quay lại Đại học Glasgow để nhận chức vị Giáo sư Khoa học tự nhiên, ông nắm giữ vị trí này suốt năm mươi năm sau đó.
Trong suốt sự nghiệp lâu dài của mình (ông sống mãi đến năm 1907 và qua đời ở độ tuổi tám mươi ba), ông đã viết 661 tài liệu, sở hữu 69 bằng sáng chế độc quyền (từ đây ông trở nên giàu có vô cùng), và nổi danh trong hầu hết mọi lĩnh vực khoa học. Trên hết, ông đề xuất phương pháp trực tiếp dẫn đến sự phát minh ra tủ lạnh, phát minh ra các thiết bị biến thế giúp điện tín được gửi qua các đại dương, thực hiện vô số những cải thiện khác nhau trong ngành hàng hải và đóng tàu, từ phát minh ra la bàn đi biển cho đến máy thông dò độ sâu đầu tiên. Và những thứ này chỉ là một phần trong rất nhiều những phát minh thực tiễn khác của ông.
Học thuyết của ông, trong điện từ học, nhiệt động lực học, và học thuyết về sóng ánh sáng, xứng đáng là một cuộc cách mạng. [4] Ông chỉ có một thiếu sót duy nhất là: không xác định được độ tuổi chính xác của trái đất. Ông dành cả nửa đời để tìm hiểu về vấn đề này, nhưng cuối cùng vẫn chẳng có được kết quả chính xác nào. Nỗ lực đầu tiên của ông, vào năm 1862, được trình bày trên một tạp chí nổi tiếng Macmillan’s, đề xuất rằng trái đất có độ tuổi là 98 triệu năm, nhưng lại cẩn thận lưu ý rằng con số này có thể dao động từ 20 triệu năm đến 400 triệu năm. Với sự thận trọng vốn có, ông biết rằng những tính toán của mình có thể sai lạc.
Theo thời gian Kelvin nhận thấy rằng những nhận định của mình vẫn chưa được chính xác. Ông tiếp tục sửa lại những nhận định của mình, từ tối đa là 400 triệu năm xuống còn 100 triệu năm, rồi còn 50 triệu năm, và cuối cùng, vào năm 1897, còn vỏn vẹn 24 triệu năm. Kelvin không hề ngoan cố. Chỉ đơn giản là vì chẳng có gì trong vật lý học có thể giải thích được tại sao một vật thể to lớn như mặt trời lại có thể liên tục bốc cháy suốt hơn mười triệu năm mà không hề cạn kiệt nhiên liệu. Thế nên người ta cho rằng mặt trời và những hành tinh của nó tương đối, nhưng chắc chắn, trẻ.
Vấn đề ở đây là, gần như mọi bằng chứng hóa thạch đều mâu thuẫn với kết luận này, và thật bất ngờ khi trong thế kỷ thứ mười chín người ta lại tìm được nhiều bằng chứng hóa thạch như thế.
____________
[1] Ở đây không có bài kiểm tra dành cho bạn, nhưng nếu bạn muốn ghi nhớ chúng thì bạn có thể nhớ đến lời khuyên hữu ích của John Wilford, bạn hãy xem các thời đại (thời tiền sử, thời cổ sinh, thời trung sinh, và thời cận sinh) như các mùa trong năm và các kỷ (triat, jura,…) như các tháng trong năm.
[2] Mặc dù hầu như mọi sách vở đều nói về ông, vẫn có sự lệch lạc đối với các thông tin về Ussher. Một số sách nói rằng ông đã thực hiện lời công bố chính thức của mình vào năm 1650, một số sách khác lại nói rằng vào năm 1654, lại có những sách khác nói rằng vào năm 1664. Nhiều sách trích dẫn rằng trái đất được cho là hình thành vào ngày 26 tháng mười. Ít nhất cũng có một cuốn sách gọi tên ông là “Usher”. Vấn đề này được tìm hiểu chính thức trong cuốn Eight Little Piggies của Stephen Jay Gould.
[3] Darwin thích một con số chính xác. Trong một tác phẩm sau đó, ông thông báo rằng bình quân một hecta đất ở Anh có 53.767 các loại giun, sâu, và trùng sinh sống.
[4] Đặc biệt ông xác định Quy luật thứ hai của Nhiệt động lực học. Một cuộc thảo luận về các quy luật này được trình bày trong một cuốn sách riêng, nhưng ở đây tôi xin trình bày tóm tắt nội dung các quy luật này qua lời nói của nhà hóa học P. W. Atkins: quy luật thứ hai nói rằng luôn luôn có một lượng năng lượng hoang phí nhất định. Quy luật thứ nhất nói rằng bạn không thể tạo ra năng lượng và quy luật thứ ba nói rằng bạn không thể giảm nhiệt độ xuống hoàn toàn bằng 0 độ; luôn luôn tồn tại phần thặng dư. Theo lời Dennis Overbye, ba quy luật cơ bản này có thể được phát biểu theo cách hài hước là (1) bạn không thể chiến thắng, (2) thậm chí bạn còn không thể gián đoạn, và (3) bạn không thể thoát ra khỏi trò chơi này.