HỔ PHÁCH (AMBER) - KIỆT TÁC CỦA “MẶT TRỜI” Ở KỈ JURA?

HỔ PHÁCH (AMBER) – KIỆT TÁC CỦA “MẶT TRỜI” Ở KỈ JURA?

Danh mục nội dung

I. Lịch sử và truyền thuyết

Bộ phim Công viên kỷ Jura là hư cấu, nhưng nhu cầu tăng vọt về trang sức từ hổ phách trên toàn thế giới sau bộ phim này là có thật, đặc biệt là những mẫu hổ phách chứa côn trùng bên trong. Ở trong phim, chúng ta thấy DNA của khủng long được chiết xuất từ một chú muỗi mắc kẹt trong hổ phách (hình 1). Người ta đã từng cho rằng điều này là hư cấu vì khủng long đã tuyệt chủng cách đây khoảng 65 triệu năm vào cuối kỉ Creta, và những mẫu hổ phách lúc đó được cho là có tuổi chỉ từ 25 đến 50 triệu. Nhưng vào năm 1994, Tiến sĩ sinh học phân tử Raul Cano của Trường đại học bách khoa San Luis Obispo (California, Mỹ) cùng các đồng nghiệp đã có bài báo trong Tạp chí “Nature” của Anh về kết quả chiết suất DNA của khủng long từ một con mọt bị mắc kẹt trong mẫu hổ phách có tuổi từ 120 đến 135 triệu năm, thời điểm mà khủng long thực sự đang đi lang thang trên Trái Đất.

Hình 1. Con muỗi bị mắc kẹt bên trong mẫu hổ phách trong phim.

Ảnh: businessinsider.com

Hiện nay thị trường trang sức hổ phách so với một số loại đá quý phổ biến khác dường như đã bị thu hẹp lại, nhưng việc sử dụng hổ phách làm trang sức có lẽ cũng lâu đời như chính loài người vậy. Tác giả một cuốn sách về đá quý, David Federmand, đã nói rằng “Hổ phách giống như một viên nang thời gian được Mẹ Tự nhiên tạo ra và đặt trên Trái Đất này”. Những mẫu hổ phách mang màu sắc ấm áp (hình 2) đóng vai trò như một cánh cửa sổ ba chiều giúp các nhà khoa học tái tạo lại hệ sinh thái cổ đại thông qua vô số bao thể động, thực vật mà nó chứa. Có khoảng 1.000 loại động thực vật, bao gồm cả những loài đã tuyệt chủng, được tìm thấy trong hổ phách, từ thằn lằn, côn trùng tới lá, hoa, lông vũ và các mảnh vụn thực vật khác.

Hình 2. Mẫu hổ phách với màu vàng cam thu hút. Ảnh: GRS

Có rất nhiều câu chuyện thần thoại xung quanh nguồn gốc của hổ phách. Nhà văn thời cổ đại Ovid đã viết rằng, khi Phaethon, con trai của thần Helios, thuyết phục cha của mình cho phép anh ta được lái cỗ xe Mặt Trời qua các tầng thiên đàng trong một ngày, anh ta đã lỡ tới quá gần Trái Đất và thiêu đốt nó. Để cứu Trái Đất, Zeus đã tấn công Phaethon bằng một tia sét, và anh ta đã chết, lao ra khỏi bầu trời. Mẹ và em gái anh đã biến thành cây trong nỗi đau buồn thương tiếc anh, những giọt nước mắt của họ được làm khô lại bởi Mặt Trời và trở thành hổ phách. Người Hy Lạp gọi hổ phách là “elektron”, nghĩa là được tạo ra từ Mặt Trời, có lẽ cũng xuất phát từ truyền thuyết này. Hoặc cũng có thể từ hiện tượng hổ phách trở nên tích điện khi cọ sát với vải và có thể hút các hạt bụi nhỏ.

Tiến sĩ John Fothergill là người đặt nền móng tiên phong cho lịch sử tự nhiên và giải mã những bí ẩn về hổ phách cũng như nguồn gốc hình thành của nó (hình 3). Niềm đam mê tri thức đã thôi thúc ông theo học ngành y và thành lập vườn thực vật với nhiều loại cây quý hiếm. Một trong những mối quan tâm của ông là hổ phách, và ông tin nó được hình thành từ nhựa của cây linh sam hoặc cây thông được biến đổi bởi một loại axit khoáng. Những quan sát và lập luận tỉ mỉ của Fothergill đã ủng hộ cho lý thuyết này. Công trình của ông đã đặt nền móng cho chúng ta tiếp tục tìm hiểu về sự hình thành của hổ phách.

Ngày nay, di sản của ông đóng vai trò như một lời nhắc nhở về sức mạnh của trí tò mò và óc quan sát trong việc làm sáng tỏ những bí ẩn của tự nhiên.

Hình 3. Tiến sĩ John Fothergill, sinh năm 1712, một sinh viên đam mê nghiên cứu tự nhiên và là thành viên của hiệp hội Hoàng gia. Ảnh: ICA

II. Hổ phách có phải là khoáng vật?

Hổ phách được xếp vào nhóm đá quý hữu cơ và là một trong những đá quý hữu cơ quan trọng, đáng để nghiên cứu nhất. Nhưng thực tế nó không phải là đá (tổ hợp của một hoặc nhiều loại khoáng vật), cũng không phải là khoáng vật, mà là nhựa cây hóa thạch, một hợp chất vô định hình (không có sự sắp xếp trật tự của các nguyên tử bên trong như khoáng vật).

Thực vật tiết ra nhiều loại chất lỏng nhớt như mủ, gôm và sáp. Một số loại thực vật, thường là cây thân gỗ, tiết ra nhựa (resin) – một chất dính, phức tạp, không tan trong nước và cứng lại khi tiếp xúc với không khí (hình 4). Dưới ánh sáng Mặt Trời, nhựa đóng vảy trên vết thương của thực vật, chúng giống như tiểu cầu trong máu, góp phần làm đông và cầm máu cho vết thương của chúng ta vậy. Như vậy, nhựa cây được tạo ra để bảo vệ cây khỏi bệnh tật, chữa lành vết thương khi cành cây bị gẫy hay xua đuổi và làm lành thương tích do côn trùng tạo ra. Vì nhựa dính nên các sinh vật nhỏ có thể bị mắc kẹt lại trong đó khi nhựa chảy ra từ vỏ cây và nhỏ giọt xuống đất hay xuống nước và sau đó bị chôn vùi hoặc vận chuyển đi nơi khác. Đôi khi, chúng cũng có thể nằm nguyên trên cây, nhưng trong quá trình vận động của vỏ Trái Đất, những thân cây này bị ngập nước, và lúc đó, một phần quá trình trưởng thành của chúng diễn ra trong môi trường nước.

Hình 4. Nhựa do cây tiết ra có thể bị hóa thạch và trải qua các quá trình địa chất để trở thành hổ phách. Ảnh: ICA

Vậy phải mất bao lâu để hổ phách có thể được hình thành? Rất khó để trả lời chính xác cho câu hỏi này. Theo ICA (International Colored Gemstone Association), hổ phách phải có tuổi ít nhất từ 40.000 năm, còn theo GIA (Gemological Institute of America) thì phải là một triệu năm. Hiện tại thông tin này vẫn còn đang là một ẩn số đối với các nhà khoa học, nhưng ít nhất tất cả đều đồng ý rằng, phải mất ít nhất 40.000 năm, một mẫu nhựa hóa thạch mới có thể trở thành hổ phách.

Một số tính chất của hổ phách:

Công thức hóa học: thay đổi tùy thuộc vào nguồn thực vật, công thức cơ bản là hợp chất liên kết của gốc hydrocarbon với oxy C₁₀H₁₆O (theo GIA).
Tỉ trọng: ~1.08 (lơ lửng trong nước muối bão hòa hoặc nước biển).
Độ cứng: 2 – 2.5 (trên thang độ cứng Mohs).
Màu sắc: cũng được cho là thay đổi theo nguồn thực vật. Màu phổ biến là cam, vàng, nâu, ngoài ra hổ phách cũng có thể có màu trắng hoặc đỏ, lam, lục. Quá trình tiếp xúc lâu với không khí cũng có thể làm thay đổi màu của hổ phách (do xảy ra sự oxy hóa). Quá trình xử lý với nhiệt độ và áp suất nhất định cũng có thể tạo ra hổ phách màu lục.
Độ trong suốt: từ trong suốt tới mờ, đục.

III. Quá trình hình thành hổ phách

Hàng triệu người đã biết được từ bộ phim Công viên kỉ Jura rằng hổ phách là nhựa cây thông đã hóa thạch từ xa xưa và có giá trị như một món trang sức từ thời cổ đại. Nhưng liệu hổ phách có phải chỉ là nhựa thông? Chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu quá trình hình thành phức tạp của hổ phách, từ khi hóa thạch cho tới khi thật sự “trưởng thành”.

Thuật ngữ “hổ phách” được sử dụng để chỉ một nhóm bao gồm nhiều loại nhựa cây (resin) bị đông cứng lại với màu sắc, thành phần và nguồn gốc khác nhau. Hổ phách là kết quả của quá trình hóa thạch, một quá trình liên quan tới sự polimer hóa (sự kết hợp của hai phân tử của hai hợp chất giống hoặc khác nhau qua liên kết cộng hóa trị để tạo thành một phân tử lớn hơn) và kết hợp chéo giữa các loại nhựa, dẫn tới sự hình thành một hỗn hợp nhựa bền vững. Sau đó, những giọt nhựa này rơi xuống đất hay xuống nước, bị chôn vùi tại chỗ hoặc bị cuốn trôi ra sông, biển. Theo thời gian bị chôn vùi trong trầm tích, dưới tác động của áp suất và nhiệt độ, chúng sẽ trải qua vô số sự thay đổi và biến đổi để “trưởng thành”.

Điều quan trọng cần lưu ý là không phải tất cả các loại nhựa đều có khả năng hóa thạch, một số loại gần như không thể được “bảo quản” theo thời gian. Thêm vào đó, một số loại nhựa có thể chứa những hợp chất hữu cơ không phù hợp cho quá trình polimer hóa. Để miêu tả những giai đoạn khác nhau của quá trình hóa thạch các sản phẩm nhựa này, nhiều thuật ngữ đã được sử dụng. Bắt đầu là “nhựa hiện đại”, tiếp theo là “nhựa cổ đại” và “nhựa nửa hóa thạch”. Cuối cùng, các thuật ngữ như nhựa hóa thạch, hổ phách hay nhựa thông được sử dụng, trong đó nhựa thông chỉ những loại nhựa có tuổi ít nhất là 40.000 năm.

Hổ phách lâu đời nhất có tuổi lên tới gần 320 triệu năm trước, được tìm thấy trong một vỉa than ở Illinois và được xác định hình thành từ thời kì Carbon Thượng (Upper Carboniferous Period). Tuy nhiên, những mẫu hổ phách này có chiều rộng trung bình chưa tới ¼ inch và không chứa bất kì mẫu hóa thạch sinh vật nào bên trong. Một số đồ trang trí bằng hổ phách có từ thời kì đồ đá cũng đã được tìm thấy ở Đức và Đan Mạch ngày nay.

IV. Hổ phách khác copal như thế nào?

Copal là nhựa cây hóa thạch “non” và nó có tuổi trẻ hơn hổ phách, mang một số tính chất của vật liệu nhựa mới hơn, chẳng hạn như bề mặt dính hơn.

Hình 5. Một số mẫu copal với màu sắc thường gặp. Ảnh: GIA

V. Hổ phách được tìm thấy nhiều nhất ở đâu?

Hổ phách và copal được tìm thấy tại 160 địa điểm trên toàn thế giới nhưng chỉ có khoảng vài chục nơi có hổ phách chứa các bao thể hóa thạch bên trong. Hầu hết các mỏ này đều có tuổi khoảng 125 triệu năm hoặc trẻ hơn, ngoài một mỏ ngoại lệ nằm ở dãy núi Alps thuộc nước Ý có tuổi 230 triệu năm có chứa các bao thể loài ruồi và ve bên trong chúng.

Hình 6. Cretapsara athanata – con cua đầu tiên tìm thấy trong hổ phách được hình thành ở kỉ nguyên khủng long còn tồn tại. Ảnh: LIDA XING

Có hai nguồn hổ phách chính trên thị trường ngày nay là các nước thuộc khu vực Baltic và Cộng hòa Dominica. Chính vì thế mà hổ phách còn được coi là vàng của phương Bắc (gold of the North). Hổ phách đến từ khu vực Baltic có tuổi cổ hơn và vì thế thường được ưa chuộng hơn nguồn còn lại. Tuy nhiên những mẫu hổ phách từ Dominica lại chứa nhiều bao thể sinh vật thú vị hơn. Mỏ hổ phách lớn nhất ở khu vực Baltic nằm ở phía tây Kaliningrad thuộc nước Nga. Hổ phách Baltic cũng được tìm thấy ở một số nước như Litva, Latvia, Estonia, Ba Lan và đôi khi bị dòng chảy cuốn đi tới tận những nước xa xôi dọc bờ biển Baltic như Đan Mạch, Na Uy và Anh. Cũng phải kể đến một số nguồn hổ phách khác trên thế giới như Myanmar, Li Băng, Italia (Sicily), Mexico, Romania, Đức và Canada.

Bốn mỏ hổ phách được nghiên cứu nhiều nhất trên thế giới là:

1. Hổ phách Baltic được cho là có tuổi từ 34 đến 38 triệu năm và chứa hơn 3.500 loài động vật chân đốt hóa thạch trong đó có hơn 650 loài nhện. Hiếm khi hổ phách Baltic chứa những loài động vật có xương sống, trong đó có loài tắc kè đặc biệt có tên Yantarogekko balticus (hình 7). Nó được xác định có niên đại khoảng 54 triệu năm tuổi. Hổ phách Baltic cũng chứa cả những hóa thạch thực vật, trong đó có một loài hoa có kích thước lớn nhất từng được tìm thấy trong hổ phách.

Hình 7. Hiếm khi động vật có xương sống được tìm thấy trong hổ phách vùng Baltic như mẫu hổ phách chứa một chú tắc kè như trong hình này. Ảnh: WOLFGANG WEITSCHAT

Hình 8. Một loài hoa đã tuyệt chủng có tên Stewartia kowalewskii được tìm thấy trong hổ phách ở Nga vào năm 1872. Hóa thạch của một loài hoa có trong hổ phách là cực kì hiếm, bông hoa này có kích thước ~28 mm. Ảnh: CAROLA RADKE / MUSEUM FÜR NATURKUNDE BERLIN

2. Hổ phách Dominica được cho là có tuổi từ 15 đến 20 triệu năm mặc dù tuổi chính xác vẫn còn là một câu chuyện còn đang tranh luận. Các nhà khoa học đã tìm thấy hơn 1.000 loài sinh vật hóa thạch trong hổ phách tại đây, trong đó có hơn 400 loài côn trùng và 150 loài nhện. Đôi khi xuất hiện cả những bao thể hóa thạch của động vật có xương sống, trong đó có loài kì nhông.

Hình 9. Bao thể sinh vật kì nhông bên trong mẫu hổ phách Dominica. Ảnh: GEORGE POINAR JR.& DAVID B. WAKE

3. Hổ phách Myanmar: có tuổi khoảng 99 triệu năm, được khai thác từ các mỏ thuộc tỉnh Kachin, miền bắc Myanmar – nơi đã khai thác đá quý cho ngành trang sức trong 2.000 năm qua. Trong hai thập kỉ qua, sự quan tâm đối với hổ phách Myanmar đã tăng lên khi các nhà cổ sinh vật đã khám phá ra hệ sinh vật vô cùng đa dạng tìm thấy trong hổ phách nơi đây. Chúng là những loài kiến ăn thịt, một phần đuôi của con khủng long có lông, vỏ của một loại sinh vật biển (hình 10) hay thậm chí cả một con chim non cổ đại.

Hình 10. Amonit trong hổ phách Myanmar. Ảnh: BO WANG

4. Hổ phách Canada: có tuổi từ 78 đến 79 triệu năm và nó đến từ khu vực hồ Grassy thuộc tỉnh Alberta ở phía Tây Canada. Hơn 130 mẫu hóa thạch khác nhau đã được tìm thấy trong hổ phách ở đây, nhiều loài trong số đó là ve hoặc rệp. Một số mẫu hổ phách cũng chứa các mẩu lá kim, nấm, phấn hoa, thậm chí cả lông chim hay lông khủng long.

Hình 11: Một số mẫu động vật chân khớp được tìm thấy trong hổ phách Canada. Ảnh: từ bài báo Canadian Amber của Ryan C. McKellar & Alexander P. Wolfe cho báo Siri Scientific năm 2010, trang 11.

Giá của hổ phách trên thị trường thường dao động rất lớn, từ 20 đến 40.000 USD.

VI. Những kẻ mắc kẹt hấp dẫn bên trong hổ phách

Bất kì loài động thực vật nào cũng có thể được hổ phách “bảo quản” một phần hoặc toàn bộ, từ hoa, lá, côn trùng tới những động vật có xương sống sống quanh môi trường hình thành của những loài cây tiết nhựa để tạo ra hổ phách. Trong gần hai thế kỉ trở lại đây, các nhà cổ sinh vật học nghiên cứu hổ phách đã tìm thấy xác của côn trùng, nhện, cua, thực vật, nấm, vi sinh vật và thậm chí cả động vật có xương sống lớn hơn.

Những mẫu hổ phách được cho là giá trị nhất thường chứa những vật thể bị mắc kẹt là các cư dân trong hệ sinh thái rừng như côn trùng hay một số sinh vật lớn hơn. Aftim Acra, một nhà sưu tầm sống ở thủ đô Beirut, Li Băng, nổi tiếng với bộ sưu tập của ông gồm các mảnh hổ phách chứa tới 700 loài côn trùng, bao gồm mối, bướm đêm, sâu bướm, nhện, bọ cạp giả và muỗi vằn. Những con côn trùng này thật ra đã bị mắc kẹt trong khi đang cố “hút máu” vật chủ của chúng, chính là những thân cây đã tiết ra nhựa để sau đó trở thành hổ phách.

Một số đặc điểm thường được tìm thấy trong hổ phách tự nhiên bao gồm: cấu trúc dạng dòng chảy, bọt khí được tạo ra khi nhựa cây chảy ra từ thân cây, những mẫu động thực vật hóa thạch được bảo tồn nguyên vẹn hoặc một phần.

Chúng ta hãy cùng chiêm ngưỡng những hình ảnh tuyệt đẹp bên trong những mẫu hổ phách với nhiều nguồn xuất xứ địa lý khác nhau. Nơi chúng được tìm thấy có thể chính là nơi chúng hình thành, cũng có thể là rất xa so với khu vực đó.

Hình 12. Bọt khí rất phổ biến trong hổ phách. Ảnh: GIA

Dòng chảy của nhựa tiết ra cũng đóng vai trò quan trọng trong việc “thu giữ và bảo quản” những vật thể bên trong chúng. Những sinh vật sống bị mắc kẹt này phải vật lộn để chống lại cái bẫy này, để lại những vết nứt cục bộ trong nhựa và đôi khi phải hy sinh các chi của chúng trong cuộc chiến sinh tồn này. Điều này thực sự không vui vẻ gì đối với các loài sinh vật bị mắc kẹt, nhưng đó cũng là quy luật của tự nhiên, và sự tương tác phức tạp giữa dòng chảy của nhựa và khả năng phục hồi của chúng đã tạo ra một mẫu vật hấp dẫn đáng để nghiên cứu.