Hệ (kỉ) Đệ tứ giai đoạn trẻ nhất tiếp sau kỷ Đệ tam trong thang địa tầng quốc tế, có lịch sử phát triển bắt đầu từ 2,588 triệu năm đến ngày nay. Đây là giai đoạn đánh dấu khoảng thời gian quan trọng đối với quá trình hình thành và phát triển sinh học xã hội loài người trên Trái đất.

Quan niệm của các nhà địa chất từng rất khác nhau về lịch sử hình thành của kỷ Đệ tứ. Trước đây thời gian của kỷ được nhận định chỉ khoảng 800 nghìn năm, vào thời kỳ băng hà lục địa phát triển rộng (Pleistocen) đến thời kỳ băng hà cuối. Theo truyền thống, kỷ Đệ tứ bắt đầu sau khi kết thúc thế Pliocen vào khoảng 1,806 triệu năm trước đây. A. P. Pavlov (1922) cho rằng, kỷ Đệ tứ là giai đoạn gắn liền với lịch sử xuất hiện và phát triển của loài người, nên đã đề xuất gọi tên là “Anthropogen” (Anthrop - người, genos - sinh ra). Vì vậy, trong văn liệu địa chất Đệ tứ của Nga thế kỷ XX khá phổ biến tên gọi này, tuy nhiên tên gọi trên ít được các nhà địa chất các nước khác sử dụng. Ranh giới giữa Pliocen (bậc trên cùng của Neogen) và Pleistocen của kỷ Đệ tứ không phát hiện được gián đoạn, nên nhiều năm trước đây một số nhà địa chất coi kỷ Đệ tứ chỉ là phần địa tầng thuộc Neogen. Những năm sau này khi căn cứ vào lịch sử phát triển của động vật có vú, nhất là sự xuất hiện và tiến hoá loài người, đa số các nhà địa chất nhận định kỷ Đệ tứ có thời gian dài khoảng trên 2,5 triệu năm. Ủy ban Địa tầng Quốc tế (2009) coi Đệ tứ là kỷ (hệ) độc lập trẻ nhất của Kainozoi và được bắt đầu từ 2,588 triệu năm (bao gồm cả bậc Gelasian, trước đây được coi là một phần của Pliocen).

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về cổ khí hậu (đồng vị O16/18) các số liệu về Cổ từ và Tân kiến tạo, thang địa tầng hệ Đệ tứ được chia thành hai thống. Thống Pleistocen (2,588 triệu năm - 11,7 nghìn năm) và Holocen (từ 11,7 nghìn năm đến nay). Thống Pleistocen được chia thành 3 phụ thống: Pleistocen dưới (Q11), Pleistocen giữa (Q12) và Pleistocen trên (Q13). Thống Holocen, cho đến nay chưa có sự phân chia thống nhất, tùy thuộc vị trí địa lý, nguồn tài liệu, cách tiếp cận mà được phân thành 2 hay 3 phụ thống. Ranh giới Đệ tứ và Neogen được thiết lập tại thời điểm 2,588 triệu năm trước ngày nay (2,58Ma Bp) vào thời điểm đảo cực từ Gauss-Matuyama.

Những nghiên cứu về hệ Đệ tứ ở Việt Nam được V.K. Gonovenok và Lê Văn Chân bắt đầu từ năm 1970 thế kỷ XX, đồng thời được tiếp tục nhiều năm về sau. Hệ Đệ tứ ở Việt Nam được phân ra 2 thống Pleistocen và Holocen. Tuy nhiên, do số liệu xác định tuối tuyệt đối hạn chế, nên cho đến nay thang địa tầng chi tiết cho hệ Đệ tứ tại Việt Nam vẫn chưa có sự thống nhất trong cách phân chia và tên gọi các phân vị hệ tầng tương ứng. Ranh giới Neogen - Đệ tứ được đề xuất vạch theo đáy của các thành tạo hạt thô (cuội, sỏi, cát) nguồn gốc sông lũ ở vùng trước núi, nguồn gốc sông ở châu thổ cao, và nguồn gốc sông biển ở vùng châu thổ thấp thuộc hệ tầng Hải Dương của Gonovenok. Trong BKT địa chất (tập B-Đ năm 2016), Nguyễn Địch Dỹ, Trần Nghi, nnk,… đã xác lập 4 phân vị trong thang địa tầng Đệ tứ (phần đất liền) gồm các trầm tích Pleistocen hạ (Q11), trầm tích Pleistocen trung (Q12), trầm tích Pleistocen thượng phần dưới (Q13a) và trầm tích Pleistocen thượng phần trên - Holocen (Q13b - Q2) BKT tập B-Đ, trang ); ở phần thềm lục địa được các tác giả phân chia thành 5 phân vị: Pleistocen sớm (Q11), Pleistocen sớm - giữa (Q12a), Pleistocen giữa - muộn (Q12b), Pleistocen muộn phần sớm (Q13a), Pleistocen muộn phần muộn - Holocen(Q13b- Q2).

Trong giai đoạn Đệ tứ, biến động có tính chu kỳ của các kỳ băng hà và gian băng (thời kỳ nóng hơn) tạo nên xu thế khí hậu lạnh và khô hanh với các biên độ khác nhau luân phiên kẽ xảy ra. Đặc điểm này có thể xuất phát từ các thay đổi của quỹ đạo quay Trái đất (độ lệch tâm của quỹ đạo, độ nghiêng bề mặt của trục Trái đất,…). Khí hậu kỷ Đệ tứ thay đổi mang tính chu kỳ với biên độ thay đổi đạt giá trị lớn nhất so với tất cả các kỷ cổ hơn. Theo không gian băng hà và gian băng phát triển không đồng nhất ở các vĩ độ và địa phương khác nhau cả về số lượng lẫn cường độ. Vào các thời kỳ băng hà, khí hậu Trái đất rất lạnh làm cho thế giới động thực vật hoặc bị tiêu diệt hoặc phải di cư xuống phía nam (vùng ấm áp hơn) hoặc phải tiến hóa, thích nghi với khí hậu lạnh. Ngược lại, vào thời kỳ gian băng, khí hậu trở nên ấm nóng tạo điều kiện cho các động thực vật ưa ấm phát triển. Trong thời kỳ gian băng bề mặt nước đại dương dâng cao hơn so với hiện tại. Ở các vĩ độ thấp, khí hậu trở nên ẩm ướt hơn, tích tụ trầm tích hồ và đàm lầy, và đất thổ nhưỡng. Hình thành các vùng tự nhiên gần giống với hiện đại; đồng thời diện tích rừng phát triển mạnh.

Vào Pleistocen sớm, giai đoạn kéo dài khoảng 40 nghìn năm, điều kiện khí hậu lạnh không đáng kể nên băng hà có diện phân bố không lớn. Khoảng 1 triệu năm đến 100 nghìn năm trước đây, biến đổi khí hậu gia tăng biên độ làm cho nhiệt độ trung bình/năm trong thời kỳ lạnh giảm xuống 6-8°, còn trong thời gian ấm nhiệt độ trung bình/năm lại cao hơn đến 2- 3° so với hiện tại. Điều đó dẫn đến sự xen kẽ giữa thời kỳ băng hà và gian băng. Trong thời kỳ băng hà, băng có thể chiếm tới ¼ diện tích lục địa, độ tập trung khối lượng nước lớn ở đó gây nên sự hạ thấp mực nước đại dương, đồng thời làm khô hạn phần lớn diện tích các thềm lục địa. Ở những phần lãnh thổ tiếp giáp khối băng, xuất hiện các đới thấm nước với sự hiện diện các thảo nguyên lãnh nguyên đặc trưng mà không có hệ tương tự ở thời điểm hiện nay; những khu rừng bị thu hẹp hoặc dần biến mất. Ở các vĩ độ trung bình, hình thành đất hoàng thổ. Giai đoạn cuối Pleistocen muộn và Holocen (từ 18 nghìn năm đến nay) là kỳ gian băng và tương ứng với nó là đợt biển tiến Flandrian, bắt đầu từ 18 đến 15 nghìn năm trước và kết thúc tại thời điểm 5-4 nghìn năm trước đây. Sau 5-4 nghìn năm mực nước biển hạ thấp dần, dao động và đạt đến mực hiện tại khoảng 1,5-2 nghìn năm trước. Ở phần lục địa phần đất liền ven biển, các dấu ấn cổ sinh, thạch học và nguồn gốc trầm tích ghi nhận 5 thế hệ đường bờ cổ tương ứng với 5 lần biển thoái và 4 lần biển tiến.

Kỷ Đệ tứ ghi nhận sự nổi lên của eo biển Bosphorus và Skagerrak trong các thời kỳ băng hà. Các biển như Hắc Hải và biển Baltic trở nên nhạt hơn và sau đó là chúng bị ngập lụt bởi nước biển dâng cao. Hay sự lấp đầy mang tính chu kỳ của eo biển Manche, tạo thành một cầu đất nối liền quần đảo Anh với châu Âu lục địa; sự đóng lại theo chu kỳ của eo biển Bering, tạo ra cầu đất nối liền châu Á và Bắc Mỹ; cũng như sự ngập lụt nhanh theo chu kỳ bởi các sông băng ở khu vực Scablands tây bắc Hoa Kỳ. Tiếp theo sau mỗi thời kỳ băng hà của kỷ Đệ tứ lại là một kiểu cảnh quan khác biệt của hồ, vịnh. Bối cảnh hoạt động của băng hà và gian băng gây nên những biến đổi môi trường như tăng cường tính tương phản về trắc cao không gian giữa lục địa và đại dương. Kỷ Đệ tứ cũng đánh dấu thời kỳ hình thành bề mặt địa hình hiện đại của Trái đất. Hoạt động núi lửa phát triển rầm rộ trên các đới hút chìm ven rìa lục địa và các đảo nổi như: rìa đai động Thái Bình Dương, rìa khối chuyển tiếp hoạt động Đông nam Á - Ấn Độ, Địa Trung Hải và các đới Kapkas, Trung Đông, hệ thống rif lục địa Đông Phi. Sự phân bố lục địa, biển hầu như không có gì thay đổi so với hiện tại. Trên lục địa hình thành các trầm tích lục địa có chiều dày từ vài chục mét, đôi khi đến vài trăm mét phủ lên trên các thành tạo địa chất cổ; hình thành lớp đất thổ nhưỡng. Trên đáy biển và đại dương tích tụ các trầm tich biển. Các thành tạo trầm tích Đệ tứ đa kích thước gồm từ hạt thô đến mịn; có đặc điểm thạch học từ đa khoáng, ít khoáng, đến đơn khoáng, đồng thời có nguồn gốc đa dạng từ các tướng trầm tích lục địa, tường trầm tích vùng châu thổ và tướng biển.

Sự thay đổi của thế giới động thực vật trong kỷ Đệ tứ có nhiều đặc tính khác nhau và phân dị theo khu vực. Trên cạn, động vật có vú chiếm ưu thế, nhanh chóng tiến hóa (trong số đó có voi ma mút, tê giác lông cừu, bò xạ hương, cáo Bắc Cực,...), cũng như côn trùng và thực vật hạt kín. Kỷ Đệ tứ cũng chứng kiến sự tuyệt chủng của nhiều loài động vật có vú lớn tại các khu vực phương Bắc vào cuối Pleistocen, dẫn đến sự suy giảm mạnh về mật độ và tính đa dạng của động - thực vật quan trọng trên toàn cầu. Biến động khí hậu được phản ánh trạng thái của hệ động vật và thực vật; xuất hiện một số họ và chi, trong đó chủ yếu là thực vật và các động vật trên cạn.

Sự xuất hiện con người và xã hội loài người là những biến đổi lớn nhất trên phạm vi toàn cầu trong kỷ Đệ tứ. Bắt đầu từ vượn người, người vượn đến Homo habilis (người khéo léo), Homo erectus (người đi thẳng) đến Homo sapiens (người thông minh) hiện nay và từ xã hội nguyên thủy phát triển qua các hình thái xã hội đến xã hội ngày nay. Các phát hiện khảo cổ học cho thấy, thời gian 1,8-1,6 triệu năm của kỷ Đệ tứ xuất hiện các dạng sinh vật có thể được coi là giống như người đã tồn tại. Con người hiện đại lần đầu tiên xuất hiện ở Châu Phi, bắt đầu thiết lập các quần thể liên tục, lâu dài ở Âu - Á và Úc từ 120.000 năm TCN và 63.000 năm TCN, và Châu Mỹ từ 22.000 năm TCN. Lịch sử xuất hiện con người, hình thành và phát triển xã hội loài người thông qua các công cụ lao động được chia thành các thời đại khảo cổ: thời đại đồ đá cũ, thời đại đồ đá giữa, thời đại đồ đá mới và thời đại kim khí. Trong mỗi thời đại có rất nhiều nền văn hóa khác nhau về đặc điểm, vị trí địa lý, số lượng công cụ, loại hình công cụ,… đánh dấu những giai đoạn nhất định trong lịch sử tiến hóa của loài người.

Ở Việt Nam, những cuộc khai quật khảo cổ đã cung cấp thêm rất nhiều chi tiết cụ thể, khẳng định sự xuất hiện con người cổ ở Việt Nam. Di chỉ Núi Đọ, Sơn Vi được phát hiện và xếp vào thời kỳ đồ đá cũ. Ở Nhân Gia và Dầu Giây (Đồng Nai) phát hiện các công cụ đồ đá có tuổi tuyệt đối 700.000-100.000 năm cũng được xếp vào đồ đá cũ. Văn hóa khảo cổ Hòa Bình ở Việt Nam được coi là thời kỳ đá giữa. Đối với thời kỳ đồ đá mới xuất hiện trong lịch sử vào khoảng thiên niên kỷ thứ VI cho đến thiên niên kỷ thứ III trước công nguyên.

Các trầm tích của hệ Đệ tứ trên Thế giới cũng như Việt Nam gắn liền với nhiều dạng tài nguyên thiên nhiên như tài nguyên sinh vật, tài nguyên du lịch, đặc biệt là tài nguyên khoáng sản. Ở Việt Nam, các trầm tích Đệ tứ với trữ lượng than bùn đáng kể. Nhiều khoáng sản quan trọng như các sa khoáng như vàng, titan, zircon trong các thung lũng sông suối, ven biển. Các trầm tích Đệ tứ còn chứa một khối lượng lớn các nguyên liệu cần thiết để sản xuất vật liệu xây dựng (sỏi, cát, sét các loại), vật liệu gốm sứ, thủy tinh, nước ngầm,...

Tài liệu tham khảo

1. Tống Duy Thanh, Mai Trọng Nhuận, Trần Nghi (Chủ biên), Bách khoa thư địa chất (Quyển 1 B- Đ; Mục từ “Trầm tích Đệ tứ”, tr.550-561), Nxb. ĐHQG Hà Nội, VNU, 2014.
2. Е.А. Козловский (Главный Редактор), Российская Геологическая Энциклопедия в трех томах, Издат, ВСЕГЕЙ, Т.1: 2010; Т.2: 2011; Т.3: 2012.