Geomorphological characteristic of notches in Ha Tien – Kien Luong

Abstract

By 5 main methods including data collections and compilations, field surveys, similarity comparison, mapping and GIS, the geomorphological characteristic of notches in Ha Tien – Kien Luong containing morphologies, origins and ages are proved. Those notches had morphologies of U and V and 3 types of origins including chemical solution, mechanical abrasion and bioerosion; notches were formed in stage of Holocene regressive sea. Notches were created at four stopped periods corresponding to four sea level elevations: 5 m, 3 m, 1 m and 0 m (current sea level) respectively had the age of 5.480, 3.180, 1.025 years ago and the current level has being formed. This research had provided a useful scientific literature that includes the essential role of organisms in forming notches, the influences of organisms, waves and shielding rate on morphologies, and evidence of climate change in the past. By those reasons, people need to calm down, observe, adapt, and respond flexibly to the climate change instead of constructing costly structures. Coastal notches are important marine geological heritage so the conservation of those coastal notches were necessary for research and education, prediction of the sensitive Ha Tien – Kien Luong region, contribution towards risks of planning and construction in areas of underground limestone caves.

GIỚI THIỆU

Các hõm gặm mòn bờ biển ( coastal notches ) là những khoảng lõm nằm ngang trên các vách đá, đặc biệt là đá vôi. Hõm gặm mòn nằm gần hoặc sát mực nước biển và là sản phẩm của các quá trình xói mòn như hòa tan, mài mòn, gặm mòn.

Các nghiên cứu địa mạo hõm gặm mòn trên thế giới tập trung vào nguồn gốc, hình thái và tuổi.

Theo tổng hợp của Higgin (1980), thuật ngữ “hõm gặm mòn” ( notch ) lần đầu được giới thiệu trong báo cáo khoa học của Ph. H. Kuenen (1933) 1 . Nguồn gốc nước biển hòa tan đá vôi tạo các hõm được Karl Semper (1863) giới thiệu sớm nhất 1 . Nguồn gốc mài mòn lần đầu được công bố bởi Chamberlin vào năm 1924 2 , 1 . Nguồn gốc xói mòn sinh học được Agassiz công bố từ năm 1895, nhưng cho đến nghiên cứu của MacFeyden (1930) và Kuenen (1933) mới được các nhà khoa học chú ý 1 . Xói mòn sinh học được khẳng định là nguồn gốc đóng vai trò chính tạo ra hõm gặm mòn trong nghiên cứu của Hodgkin, 1970 3 . Năm 1984, Alan S. Trenhaile cho rằng quá trình phong hóa muối cũng tạo ra hõm gặm mòn (Trenhaile, 1987) 4 .

Một số kết quả định tuổi các mức hõm gặm mòn và tuổi của thềm biển tại những khu vực lân cận được trình bày trong Table 1 .

Figure 1 . Các vị trí nghiên cứu

Table 1 Một số kết quả nghiên cứu xác định tuổi của hõm gặm mòn và tuổi thềm biển (đơn vị: m, năm)

Vị trí	Mức 1		Mức 2		Mức 3		Mức 4		Tác giả (nãm nghiên cứu)
	Cao độ	Tuổi	Cao độ	Tuổi	Cao độ	Tuổi	Cao độ	Tuổi
Hà Tiên	-	-	2,5	4150 ± 140	4,5	-	-	-	Nguyễn Vãn Lập (2000) 8.
Côn Đảo, Phú Quốc, Thổ Chu, Bãi Cạn, Cù lao Ré, …	1.5 – 2	900-1200	2.5-3	2170-2435	3 – 4	3357-4110	4 – 6	5060 + 6800	Korotky và nnk (1995) 7
Ban Sanamchai (Thái Lan)	0	1500	2	2500 – 2700	2.5	4000	4	6000	Sinsakul và nnk (1985) 6
Bán đảo Malaysia	-2 – -1	1200	2	2800	5 – 10	5000 – 7000			Tjia (1992) 9
Đảo Kaew (Thái Lan)	Trùng mực biển hiện tại		0,5	4195 ± 140	2	5570 ± 140			Sinsakul và nnk (1992) 5

Tại Việt Nam, 2 khu vực có nhiều hõm gặm mòn là vịnh Hạ Long và Hà Tiên – Kiên Lương. Nguyễn Văn Lập (2000) khi nghiên cứu Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) đã dùng hõm gặm mòn để xác định tuổi Holocen muộn và cao độ của các bậc thềm biển cổ 5 . Trần Văn Trị (2003) gọi hõm gặm mòn ở Vịnh Hạ Long là "ngấn sóng vỗ" có tuổi Holocen giữa-muộn hình thành do mực biển dâng, hạ và chuyển động kiến tạo hiện đại 10 . Doãn Đình Lâm và William Boyd (2004) cũng gọi các hõm gặm mòn ở Vịnh Hạ Long là "ngấn sóng vỗ" có tuổi Pleistocen muộn và Holocen giữa-muộn được tạo trong quá trình biển lùi 11 . Như vậy, nghiên cứu hõm gặm mòn tại Việt Nam chủ yếu tập trung vào xác định tuổi và mối quan hệ với các mực biển cổ; nguồn gốc và hình thái xem như còn để ngỏ hoặc mặc định có nguồn gốc mài mòn hoặc hóa học.

Nhằm làm rõ và bổ sung thông tin cho các văn liệu nghiên cứu về hõm gặm mòn tại Việt Nam, đề tài được thực hiện ở vùng Hà Tiên – Kiên Lương, cụ thể là 5 địa điểm gồm Núi Đá Dựng, Thạch Động, Hang Moso, Hang Cá Sấu và Chùa Hang (Hòn Chông) ( Figure 1 ).

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để làm sáng tỏ hình thái, nguồn gốc và tuổi các hõm gặm mòn khu vực Hà Tiên – Kiên Lương, các phương pháp nghiên cứu được thực hiện gồm thu thập và tổng hợp tài liệu, đo đạc kích thước các hõm, so sánh tương tự, công cụ bản đồ và GIS.

Hình thái được xác định bởi việc kế thừa kết quả phân loại do quan sát và đo đạc của Luigi Carobene (2015) 12 .

Từ hình thái của hõm và độ che chắn, nguồn gốc mài mòn được xác định 12 , 13 ; nguồn gốc hóa học được ghi nhận bằng việc quan sát sự hiện diện của các nhũ đá, măng đá ; từ việc so sánh bề mặt hõm với bề mặt đặc trưng qua các bản ảnh trong báo cáo của Miklos Kazmer các năm 2012 14 , 2014 15 , 2015 [8] cùng việc quan sát dấu vết sinh vật thực tế biết được nguồn gốc sinh vật.

Các notches được đo chiều cao, chiều sâu, khoảng cách từ điểm sâu nhất so với đáy ( Figure 2 ) rồi suy ra cao độ tuyệt đối (cao độ so với mực biển chuẩn) của các hõm. Từ các cao độ tuyệt đối và việc so sánh với kết quả phân tích mẫu C ¹⁴ theo các mức cao thềm biển 6 và tuổi các hõm đã định tại khu vực lân cận ( Table 1 ), tuổi của hõm gặm mòn và các mực biển cổ được xác định.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Đặc điểm hình thái

Hõm gặm mòn khu vực Hà Tiên – Kiên Lương có 2 dạng hình thái gồm dạng chữ U ( Figure 2 a) và dạng chữ V ( Figure 2 b).

Figure 2 . Các dạng hõm gặm mòn. Trong đó: (a): Dạng chữ U, (b): Dạng chữ V (nguồn: 12 có chỉnh sửa)

Từ khảo sát thực tế, các hõm gặm mòn ở Hang Cá Sấu ( Figure 3 a, Figure 3 b) và Hang Moso ( Figure 3 c) chủ yếu có dạng chữ U, còn các hõm gặm mòn ở Chùa Hang chủ yếu có dạng chữ V ( Figure 3 d, Figure 3 e).

Figure 3 . Các hõm gặm mòn tại Hang Cá Sấu (a, b) hang Moso (c) và tại Chùa Hang (d, e).

Nguồn gốc

Nguồn gốc là đề tài gắn liền với lịch sử nghiên cứu về hõm gặm mòn cùng những tranh cãi xung quanh nó. Nghiên cứu chứng minh được hõm gặm mòn trong khu vực Hà Tiên – Kiên Lương có 3 kiểu nguồn gốc gồm hòa tan hóa học, mài mòn cơ học và xói mòn sinh học.

Hòa tan hóa học

Tuy hòa tan nhờ nước biển là nguồn gốc được công bố sớm nhất nhưng sớm va phải nhiều tranh cãi liên quan đến sự bão hòa carbonate trong nước biển rồi đi đến kết luận: Không phải notch nào cũng được hình thành do đá vôi bị hòa tan, mà chỉ các hõm ở vùng núi đá vôi gần cửa sông, hoặc gần nguồn nước dưới đất dồi dào, nơi thường có quá trình giáng thủy mạnh mẽ, hoặc trên đá vôi có các dòng chảy hay các vũng nước ngọt, hoặc có hoạt động địa chất đặc biệt thì mới đủ điều kiện để hòa tan đá vôi hình thành các notches 1 , 16 . Việc các nhũ đá, các măng đá có trong notches tại hang Mo So, hang Cá Sấu ( Figure 4 ) và Chùa Hang cho thấy các hõm này được tạo thành một phần nhờ tác dụng của sự hòa tan đá vôi trong quá trình tạo thành các hang động.

Figure 4 . Măng đá và nhũ đá tại hõm gặm mòn trong Hang Cá Sấu

Tuy nhiên, sông rạch tại khu vực nghiên cứu chủ yếu là nước mặn 17 nên lượng nước ngọt hòa tan đá vôi là nước mưa và nước ngầm từ cá dãy núi đổ ra 17 . Do đó, nguồn gốc hóa học chỉ góp một phần trong việc tạo ra các notches tại đây.

Mài mòn cơ học

Biên độ thủy triều và chiều cao sóng quyết định hình dạng mái và chiều cao notch 12 . Trong đới sóng vỗ thuộc vùng gian triều, năng lượng khi sóng vỡ bờ chuyển thành hiện tượng rối, sóng tới và sóng trọng trường. Bề mặt đá bị mài mòn khi tương tác với các yếu tố trên, đặt biệt là khi năng lượng rối bị tiêu tán 18 . Vì thế, các hõm dạng chữ U thường thiếu cân đối không chỉ do lớp tích tụ sinh học mà còn do tác động của sóng lên mái vòm 12 . Ở vùng sóng hoạt động mạnh, hõm dạng chữ V được tạo do lớp tích tụ sinh học bị sóng rửa trôi một phần 12 , hoặc do đá gãy vỡ bởi các hiện tượng thời tiết rồi được sóng cuốn đi 19 .

Những lý luận trên giải thích cho kết quả khảo sát: Hang Cá Sấu và hang Moso nằm sâu trong nội địa và được che chắn nên các notches chủ yếu dạng chữ U, khu vực chùa Hang mặt hướng biển chịu nhiều tác động của sóng nên phần lớn các notches có dạng chữ V. Như vậy, sóng và độ che chắn địa hình ảnh hưởng đến quá trình thành tạo và hình thái của các notches, nơi bị che chắn thì hõm có dạng chữ U và độ rộng hõm bằng cao độ triều, còn nơi không bị che chắn có dãng chữ V vì vừa bị ảnh hưởng của hoạt động triều và sóng. Kết quả này phù hợp với quan điểm của của Kelletat D.H. được Schwart (2005) tổng hợp lại 20 ( Figure 5 , Figure 6 ).

Figure 5 . Các hõm gặmmòn dưới tác động của thủy triều và sự ảnh hưởng của độ che chắn 18 .

Trong đó:

(a):Biên độ thủy triều thấp, độ che chắn tốt;

(b):Biên độ thủy triều thấp, độ mở lớn;

(c):Biên độ thủy triều cao, độ che chắn tốt

(d):Biên độ thủy triều cao, độ mở lớn

Figure 6 . Hõm gặm mòn dạng chữ U và chữ V tại bãi biển Chùa Hang

Tuy nhiên, phạm vi nghiên cứu ít có gió và sóng lớn, chế độ nhật triều với biên độ từ 0,3 – 1 m 17 nên mài mòn không phải nguyên nhân chính tạo ra các notches tại đây.

Xói mòn sinh học

Nguồn gốc xói mòn sinh học (bioerosion) đã được Kazmer và Taborosi nghiên cứu rất chi tiết tại Malaysia vào các năm 2012 14 , 2014 15 và 2015 21 . Ông chỉ ra 5 tác động chính của sinh vật tạo các notches gồm chà mòn ( scar ), cạo mòn ( rasp ), ăn mòn ( graze ), khoan mòn ( bore ) và xây dựng cấu trúc sinh học ( bioconstruct ).

Bãi biển Chùa Hang, nơi đá vôi cấu tạo giả trứng cá 22 , nơi các hõm gặm mòn cổ được bảo tồn khá tốt và hõm hiện đại đang hình thành. Tại đây có nhiều bằng chứng về vai trò của sinh vật trong việc tạo ra hõm xói mòn. Sự phân bố của sinh vật tại đây được phân thành 4 đới, tương ứng với sự thay đổi màu sắc bề mặt đá và cao độ tuyệt đối như Figure 7 dưới đây.

Figure 7 . Sự phân bố của sinh vật theo cao độ tại hõm gặm mòn ven biển Chùa Hang

Theo cao độ tuyệt đối từ dưới lên trên, kết quả quan sát 4 đới như sau:

• Từ -78,5 đến -40,5 cm: Màu đá từ nâu sẫm đến xám đen và luôn ẩm ướt, chứng tỏ vi sinh vật phát triển mạnh. Nhiều lỗ khoan hình quả tạ do vẹm mới tạo ra trên mặt đá, có các lỗ khoan đôi do giun biển, thấy được cua ăn đá vôi và trú ẩn trong hốc do nó tạo nên.

• Từ -40,5 cm đến 0 cm: Màu đá từ xám đến xám đen. Hàu và hà phát triển dày đặc và chồng chéo lên nhau, càng xuống thấp lượng hàu càng giảm. Nhiều vết tích của nhím biển trên bề mặt vùng đá vôi hướng biển.

• Từ 0 đến 78,5 cm: Số ít hà và hàu ở gần mực thủy chuẩn, giảm nhanh khi càng lên cao và dần được thay thế bởi rêu và địa y, từ màu đen ánh xanh lục của đá biết được rêu và vi sinh vật sinh trưởng mạnh. Vùng phía trên có nhiều dấu tích của vẹm và thân lỗ.

• Từ 78,5 đến 120 cm: Bề mặt đá chỉ còn vết tích loài thân lỗ, đá có màu xám nhạt chứng tỏ không có vi sinh vật.

• Kết quả này tương tự với sự phân bố sinh vật tại Palau (Thailand) năm 2014 của Miklos Kazmer (2014) 15 .

Tại Hải Sơn tự, nơi đá vôi hoa hóa có độ cứng cao, lượng lớn hóa thạch hàu cổ ( Figure 8 a) bên trong chùa, hóa thạch hàu cổ ( Figure 8 b) và hà cổ ( Figure 8 c) tại cửa chùa được ghi nhận. Khác với tập tính làm mòn đá vôi của các sinh vật tại bãi biển, hàu và hà sống bám chồng lên đồng loại trên bề mặt đá gần mực biển trung bình, chúng có vai trò tích tụ và dần tạo thành cấu trúc notches tại chùa Hải Sơn nhờ lớp vỏ canxi dày cứng chống sóng 14 , 21 .

Figure 8 . Bằng chứng các hóa thạch tại chùa Hải Sơn: hàu cổ trong hang (a), hàu cổ (b) và hà cổ ở cổng chùa (c).

Như vậy, các hõm gặm mòn trên đá vôi tại khu vực Hà Tiên – Kiên Lương chủ yếu được tạo thành bởi sự phân bố theo cao độ khác nhau của 8 loài sinh vật gồm vi sinh vật, giun biển, vẹm, hà, hàu, nhím biển, thân lỗ và địa y. Các notches còn chịu ảnh hưởng của sóng biển và độ che chắn. Một số hõm còn có nguồn gốc hòa tan đá vôi khi có quá trình hình thành hang động.

Tuổi

Các hõm gặm mòn được đo đạc chi tiết tại Hang Cá Sấu ( Figure 9 a, Figure 9 b), chùa Hang ( Figure 9 c) và Hang Moso ( Figure 9 d). Độ cao tuyệt đối của 4 mức hõm gặm mòn tại khu vực nghiên cứu như sau:

Mức 3: 5,21 m.

Mức 2: 2,78 m.

Mức 1: 1,15 m.

Mức 0: 0 m (mực thủy chuẩn).

Figure 9 . Kết quả đo đạc (đơn vị: m) hõm gặm mòn tại Hang Cá Sấu (a, b), Chùa Hang (c) và hang Moso(c).

Tuổi của các hõm gặm mòn khu vực Hà Tiên – Kiên Lương được xác định dựa trên tuổi C ¹⁴ các di tích sinh vật tại hõm gặm mòn ở Chùa Hang và các thềm biển tại các đảo ở Nam Bộ.

Tại Chùa Hang (Hòn Chông), mẫu C ¹⁴ vỏ hàu ( Figure 10 ) gắn trong hõm cao 2,0 – 3,0 m có tuổi 3100 ± 80 năm 23 , 24 , 25 .

Figure 10 . Vỏ hàu tại hõm gặm mòn Chùa Hang có tuổi C ¹⁴ là 3100 ± 80 năm. Nguồn 24 , 25 .

Ở Côn Đảo, Phú Quốc và Thổ Chu, một số mẫu C ¹⁴ (san hô, vỏ sò) được thu thập và phân tích theo các mức thềm biển 23 , 6 :

Thềm cao 5,0 m có tuổi: 5480 ± 82 năm (trung bình 12 mẫu),

Thềm cao 2 – 4 m có tuổi 3180 ± 100 năm (trung bình 6 mẫu)

Thềm cao 1,0 m có tuổi 1025 ± 45 năm (trung bình 2 mẫu).

Kết hợp với mức tuổi các notches và tuổi thềm biển tại khu vực lân cận đã được công bố ( Table 1 ), tuổi của hõm gặm mòn và các thềm biển tương ứng được xác định như sau:

Hõm 3 cao 5,21 m tương đương mực biển cao 5,0 m (tuổi trung bình là 5480 năm) và có cùng mức tuổi với giồng cát Cai Lậy (5600 – 4600 năm) 26 .

Hõm 2 cao 2,78 m tương đương với mực biển cao 3,0 m (tuổi trung bình là 3180 năm), mức này có thể cùng tuổi giồng cát Trà Vinh (3570 và 3330 năm), giồng khởi đầu cho giai đoạn biển lùi vào đầu Holocen muộn 27 .

Hõm 1 cao 1,15 m tương đương với mực biển cao 1,0 m (tuổi trung bình là 1025 năm) có cùng tuổi với các giồng cát phân nhánh ở trung tâm đồng bằng Bến Tre và Trà Vinh (1500 – 1100 năm) 28 , 27 .

Hõm 0 ngang với mực thủy chuẩn và đang được hình thành.

Ý nghĩa khoa học

Ngoài việc khẳng định vai trò quan trọng của sinh vật trong việc tạo ra các hõm gặm mòn, trên cơ sở phân tích hình thái cho phép luận giải xu hướng thay đổi của mực nước biển trong Holocene sớm giữa. Căn cứ vào mối quan hệ giữa hình dạng hõm gặm mòn và xu hướng thay đổi của mực biển ( Figure 11 , Figure 12 ) 19 . Những hõm gặm mòn còn giữ nguyên vẹn hình dạng như ở Hang Cá Sấu ( Figure 13 a), bãi biển Chùa Hang ( Figure 13 b), trong hang chùa Hải Sơn ( Figure 13 c) đều cho thấy sự hạ xuống mực biển. Ngoài ra, vì hàu non là thức ăn của một số loài cá và sao biển nên hàu không phát triển mạnh trong môi trường thường ngập nước. Vì thế, hóa thạch hàu cổ ở Chùa Hang cũng là bằng chứng cho xu hướng biển lùi trong Holocene.

Figure 11 . Ảnh hưởng của sự thay đổi mực nước biển lên hình dạng hõm gặm mòn (Sl1: đỉnh triều đầu giai đoạn, Sl2: đỉnh triều vào giữa giai đoạn) 19 .

Figure 12 . Mô hình dự đoán hình dạng của hõm gặm mòn sau những quá trình biển tiến (f), (g), (h), (i), (j) hoặc biển thoái (a), (b), (c), (d), (e) 19 .

Figure 13 . Các hõm gặm mòn vẫn giữ được nguyên vẹn hình dạng. Vị trí: (a): Hang Cá Sấu, (b): ven biển Chùa Hang, (c): trong hang chùa Hải Sơn)

Mức gặm mòn cao nhất (Mức 3) là mức biển tiến Flandrian cực đại. Mức này cho thấy biến đổi khí hậu trong quá khứ đã làm mực biển dâng cao gây ngập phần lớn ĐBSCL. Vì vậy, thay vì xây dựng các công trình chống biến đổi khí hậu tốn kém, con người cần bình tĩnh, ứng phó linh hoạt để đạt lại hiệu quả cao hơn. Nghiên cứu cũng cho thấy, khu vực Hà Tiên – Kiên Lương là môi trường ven biển nhạy cảm, dễ bị ảnh hưởng bởi vấn đề biến đổi khí hậu; việc quy hoạch và xây dựng tại các khu vực nhiều hang động ngầm trong đá vôi có tính rủi ro rất cao, dễ dẫn đến thay đổi chế độ dòng chảy và gây nhiều nguy cơ sụp lún.

KẾT LUẬN

Nghiên cứu này góp phần làm sáng tỏ hình thái, nguồn gốc và tuổi các hõm gặm mòn tại Hà Tiên – Kiên Lương. Về hình thái, các hõm gặm mòn tại Hang Cá Sấu và Hang Moso chủ yếu có dạng chữ U, tại Chùa Hang chủ yếu có dạng chữ V. Mức hõm cao nhất hình thành khi biển tiến Flandrian đạt cực đại, các mức thấp hình thành trong quá trình biển lùi. Về nguồn gốc, xác nhận sinh vật giữ vai trò quan trọng trong việc tạo ra hõm gặm mòn. Về tuổi xác định thời đoạn biển dừng khác nhau. Cụ thể, mức 5 m tương ứng với khoảng 5480 năm trước, mức cao 3 m tương đương với khoảng 3180 năm trước, mức cao 1 m tương đương với khoảng 1025 năm trước, mức thấp nhất là mực biển hiện nay và vẫn đang được hình thành.

Các hõm này là bằng chứng về biến đổi khí hậu trong quá khứ, khu vực Hà Tiên – Kiên Lương chính là “phòng thí nghiệm ngoài trời”, một “thư viện” lý tưởng để tìm hiểu về biển tiến, biển thoái đã từng diễn ra ở vùng ĐBSCL. Các hõm gặm mòn khu vực Hà Tiên – Kiên Lương phải được xem là di sản địa chất, địa mạo quý, vì vậy cần được bảo tồn để phục vụ cho nghiên cứu và giáo dục và du lịch bền vững.

DANH MỤC VIẾT TẮT

nnk: Nhóm nghiên cứu

ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long

CAM KẾT KHÔNG XUNG ĐỘT LỢI ÍCH

Bài báo mang tính chất nghiên cứu học thuật, các tác giả khẳng định không có xung đột lợi ích đối với các nghiên cứu, tác giả và/hoặc xuất bản bài báo.

ĐÓNG GÓP CỦA CÁC TÁC GIẢ

Trần Thị Linh Chi tham gia thu thập dữ liệu, xử lý dữ liệu, biên tập và viết chính bản thảo;

Hà Quang Hải đưa ra định hướng nghiên cứu, ý tưởng viết bài và chỉnh sửa bản thảo.