Tổng quan nghiên cứu

Bể than Quảng Ninh là bể than lớn nhất Việt Nam, với trầm tích chứa than thuộc hệ tầng Hòn Gai (T3n-r hg) có độ dày từ khoảng 2.110 đến 3.430 mét, phân bố rộng rãi trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh. Hệ tầng này chứa hệ thực vật phong phú với hơn 154 loài, trong đó nhóm Pteridophyta (dương xỉ) và Cycadophyta (tuế) chiếm ưu thế, lần lượt chiếm khoảng 38,5% và 44,5% tổng số loài. Nghiên cứu hóa thạch thực vật trong trầm tích chứa than của hệ tầng Hòn Gai nhằm làm sáng tỏ đặc điểm thành phần, phân bố địa tầng và ý nghĩa cổ sinh thái của các nhóm thực vật này, góp phần hiểu rõ hơn về điều kiện môi trường và quá trình hình thành than tại bể than Quảng Ninh.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc phân tích đặc điểm hóa thạch nhóm Pteridophyta và Cycadophyta trong trầm tích chứa than của hệ tầng Hòn Gai, xác định ý nghĩa cổ sinh thái của hệ thực vật này trong bối cảnh địa chất và khí hậu của khu vực. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các mẫu hóa thạch thu thập từ nhiều mỏ than tiêu biểu như Thống Nhất, Cọc Sáu, Cẩm Phả, Đông Bắc, Hà Lầm, Hà Tu, Khe Chàm và Mạo Khê thuộc tỉnh Quảng Ninh, với tổng số mẫu nghiên cứu lên đến 225 mẫu bảo tồn tốt.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp dữ liệu khoa học về thành phần và phân bố hóa thạch thực vật liên quan đến trầm tích than, hỗ trợ công tác đánh giá tài nguyên than, đồng thời góp phần làm rõ điều kiện cổ sinh thái và cổ địa lý của vùng bể than Quảng Ninh trong kỷ Trias muộn. Kết quả nghiên cứu cũng giúp bổ sung kiến thức về sự phát triển của hệ thực vật Pteridophyta và Cycadophyta trong môi trường đầm lầy nhiệt đới cận nhiệt đới, từ đó nâng cao hiệu quả quản lý và khai thác tài nguyên than bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết cổ thực vật học và cổ sinh thái học nhằm phân tích hóa thạch thực vật trong trầm tích than. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Lý thuyết phân loại và mô hình hóa thạch thực vật: Sử dụng hệ thống phân loại hiện đại theo Taylor (2009), tập trung vào các đặc điểm hình thái như kiểu lá (nguyên, có thùy, phân thùy, xẻ thùy), gốc lá, chóp lá, mép lá, hệ gân và cuống lá để xác định cấp giống, loài của hóa thạch nhóm Pteridophyta và Cycadophyta.

  2. Lý thuyết cổ sinh thái học: Nghiên cứu mối quan hệ giữa sinh vật hóa thạch và môi trường cổ đại, nhằm khôi phục mô hình môi trường sống, điều kiện khí hậu, và quá trình hình thành trầm tích chứa than. Lý thuyết này giúp giải thích sự phân bố và đa dạng của các nhóm thực vật trong bối cảnh địa tầng và khí hậu kỷ Trias muộn.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: hệ tầng Hòn Gai, hóa thạch Pteridophyta, Cycadophyta, cổ sinh thái, trầm tích chứa than, và phân tích địa tầng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là 225 mẫu hóa thạch thực vật thuộc nhóm Pteridophyta và Cycadophyta được thu thập từ các mỏ than trong bể than Quảng Ninh, lưu trữ tại Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam. Mẫu vật được lựa chọn bảo tồn tốt, có đầy đủ các đặc điểm hình thái cần thiết cho phân loại và nghiên cứu.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Gia công mẫu: Mẫu được xử lý trong phòng thí nghiệm để làm rõ các đặc điểm như gân lá, cuống, mép lá.
  • Chụp ảnh mẫu: Sử dụng hệ thống giá chụp mẫu Kaiser và máy ảnh Canon EOS-1D X Mark II với ống kính Canon EF 24-70mm f/2.8 L USM để ghi lại hình ảnh chi tiết các mẫu.
  • Mô tả và phân loại: Dựa trên đặc điểm hình thái của lá (kiểu lá, gốc, chóp, mép, hệ gân), áp dụng hệ thống phân loại của Taylor (2009) để xác định cấp giống, loài.
  • Phân tích cổ sinh thái: Khôi phục điều kiện môi trường cổ dựa trên thành phần hóa thạch, đặc điểm sinh thái của các nhóm thực vật, và mối liên hệ với trầm tích chứa than.

Quy trình nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2018 đến 2020, với cỡ mẫu 225 mẫu, được chọn lọc kỹ lưỡng từ nhiều mỏ than khác nhau nhằm đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thành phần hóa thạch phong phú và đa dạng: Trong 225 mẫu nghiên cứu, nhóm Cycadophyta chiếm khoảng 44,5% tổng số loài, nhóm Pteridophyta chiếm 38,5%, Sphenophyta chiếm 5,9%, còn lại là Pinophyta, Ginkgophyta và các nhóm khác. Tại mỏ Thống Nhất, Cycadophyta chiếm 43% mẫu, Pteridophyta 24%, Pinophyta 11%, Sphenophyta 22%. Tỷ lệ này phản ánh sự ưu thế của hai nhóm chính trong hệ thực vật Hòn Gai.

  2. Phân bố địa tầng rõ ràng: Các loài chỉ thị địa tầng tuổi Reti như Taeniopteris spathulata và Baiera guilhaumati chủ yếu xuất hiện ở các mỏ Mạo Khê và Đông Bắc, cho thấy phần lớn hóa thạch thuộc bậc Reti trong hệ tầng Hòn Gai. Mẫu thuộc phần dưới hệ tầng gồm các loài như Clathropteris meniscioides, Taeniopteris jourdyi, Podozamites lanceolatus; phần giữa và trên có sự xuất hiện thêm các loài như Thaumatopteris fuchsi, Neocalamites carrerei, Baiera guilhaumati.

  3. Đặc điểm hình thái hóa thạch chi tiết: Mô tả 16 loài tiêu biểu thuộc nhóm Pteridophyta và Cycadophyta cho thấy sự đa dạng về hình thái lá, gốc, chóp và hệ gân. Ví dụ, loài Dictyophyllum nathorsti có phiến lá dạng quạt với gân lá mạng lưới phức tạp; Clathropteris meniscioides có lá chia hai nhánh hình chạc với mép lá răng cưa; Thaumatopteris remauryi có lá lông chim lớn với mép lá nguyên hoặc gợn sóng; Cycadites saladini có lá phân đoạn dạng lưỡi mác dài tới 40 cm.

  4. Ý nghĩa cổ sinh thái: Sự ưu thế của Pteridophyta và Cycadophyta cùng với sự hiện diện của Sphenophyta cho thấy hệ thực vật Hòn Gai phát triển mạnh trong môi trường đầm lầy nhiệt đới cận nhiệt đới, phù hợp với điều kiện khí hậu nóng ẩm và trũng địa hào do tạo núi Indosini. Các hóa thạch động vật nước ngọt đi kèm củng cố giả thuyết về môi trường sống đầm lầy, góp phần hình thành các vỉa than dày.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thực vật Hòn Gai có sự pha trộn độc đáo giữa các yếu tố thực vật thuộc các khu vực Gondwana và Cathaysia, tạo nên một phức hệ đa dạng và đặc trưng cho Đông Dương và Đông Nam Á. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, hệ thực vật Nori – Reti ở Quảng Ninh tương đồng với các hệ thực vật cùng tuổi ở Đông Á như Nhật Bản, Trung Quốc, và vùng Primorye (Viễn Đông Nga), nhưng có sự khác biệt về thành phần loài và tỷ lệ nhóm thực vật.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thành phần loài theo từng mỏ than, bảng phân bố địa tầng các loài chỉ thị tuổi Reti, và hình ảnh mô tả chi tiết các loài hóa thạch tiêu biểu. Những biểu đồ này giúp minh họa rõ ràng sự đa dạng và phân bố của các nhóm thực vật trong hệ tầng Hòn Gai.

Việc xác định rõ thành phần và phân bố hóa thạch nhóm Pteridophyta và Cycadophyta không chỉ hỗ trợ định tuổi địa tầng mà còn cung cấp cơ sở khoa học cho việc đánh giá điều kiện cổ sinh thái và quá trình hình thành than, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác và bảo vệ tài nguyên than tại Quảng Ninh.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường thu thập và bảo quản mẫu hóa thạch: Đề nghị các cơ quan nghiên cứu và bảo tàng tiếp tục mở rộng bộ sưu tập mẫu hóa thạch tại các mỏ than Quảng Ninh, đặc biệt là các mẫu có bảo tồn tốt, nhằm phục vụ nghiên cứu chuyên sâu hơn về đa dạng sinh học cổ đại và cổ sinh thái. Thời gian thực hiện: 2-3 năm; Chủ thể: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam.

  2. Ứng dụng công nghệ số trong phân tích hóa thạch: Khuyến khích sử dụng công nghệ chụp ảnh kỹ thuật số cao cấp, mô hình 3D và phần mềm phân tích hình thái để nâng cao độ chính xác trong phân loại và mô tả hóa thạch. Thời gian: 1-2 năm; Chủ thể: Các trường đại học, viện nghiên cứu địa chất.

  3. Phát triển nghiên cứu liên ngành về cổ sinh thái và địa tầng: Tổ chức các đề tài nghiên cứu liên ngành kết hợp địa chất, cổ thực vật và cổ sinh thái nhằm làm rõ hơn mối quan hệ giữa hệ thực vật và điều kiện môi trường cổ, từ đó dự báo tiềm năng tài nguyên than. Thời gian: 3-5 năm; Chủ thể: Bộ Khoa học và Công nghệ, các viện nghiên cứu.

  4. Đào tạo và nâng cao năng lực chuyên môn: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về cổ thực vật học và cổ sinh thái cho cán bộ nghiên cứu trẻ, nhằm đảm bảo nguồn nhân lực chất lượng cao cho các nghiên cứu tiếp theo. Thời gian: liên tục; Chủ thể: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu địa chất và cổ sinh vật: Luận văn cung cấp dữ liệu chi tiết về hóa thạch thực vật và phân bố địa tầng, hỗ trợ nghiên cứu chuyên sâu về lịch sử phát triển địa chất và sinh học cổ đại tại Đông Nam Á.

  2. Chuyên gia khai thác và quản lý tài nguyên than: Thông tin về thành phần thực vật tạo than và điều kiện cổ sinh thái giúp đánh giá chất lượng và tiềm năng các vỉa than, từ đó tối ưu hóa kế hoạch khai thác bền vững.

  3. Giảng viên và sinh viên ngành Địa chất, Sinh học cổ đại: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc giảng dạy và học tập về cổ thực vật học, cổ sinh thái và địa tầng, đặc biệt trong bối cảnh nghiên cứu tại Việt Nam.

  4. Cơ quan bảo tồn và phát triển khoa học tự nhiên: Luận văn góp phần nâng cao nhận thức về giá trị khoa học của các mẫu hóa thạch, hỗ trợ công tác bảo tồn di sản thiên nhiên và phát triển bộ sưu tập mẫu vật quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hóa thạch nhóm Pteridophyta và Cycadophyta có vai trò gì trong nghiên cứu trầm tích than?
    Hóa thạch hai nhóm này là chỉ thị quan trọng cho tuổi địa tầng và điều kiện cổ sinh thái của trầm tích chứa than. Ví dụ, sự ưu thế của Cycadophyta và Pteridophyta phản ánh môi trường đầm lầy nhiệt đới cận nhiệt đới, phù hợp với điều kiện hình thành than dày.

  2. Phương pháp phân tích hóa thạch thực vật được áp dụng như thế nào?
    Mẫu được gia công, chụp ảnh bằng thiết bị hiện đại, sau đó mô tả chi tiết dựa trên đặc điểm hình thái lá như kiểu lá, gốc, chóp, mép và hệ gân, áp dụng hệ thống phân loại của Taylor (2009) để xác định cấp giống, loài.

  3. Ý nghĩa cổ sinh thái của hệ thực vật Hòn Gai là gì?
    Hệ thực vật này cho thấy môi trường sống là vùng đầm lầy trong trũng địa hào với khí hậu nhiệt đới ẩm, điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các nhóm thực vật tạo than, đồng thời phản ánh sự biến đổi khí hậu và địa chất trong kỷ Trias muộn.

  4. Các loài hóa thạch chỉ thị tuổi Reti được tìm thấy ở đâu?
    Các loài như Taeniopteris spathulata và Baiera guilhaumati chủ yếu được phát hiện tại các mỏ Mạo Khê và Đông Bắc, giúp xác định phần lớn hóa thạch thuộc bậc Reti trong hệ tầng Hòn Gai.

  5. Luận văn có thể hỗ trợ gì cho công tác khai thác than hiện nay?
    Nghiên cứu cung cấp thông tin về thành phần thực vật tạo than và điều kiện môi trường cổ, giúp đánh giá chất lượng than và dự báo tiềm năng các vỉa than, từ đó hỗ trợ quản lý và khai thác hiệu quả, bền vững.

Kết luận

  • Hệ tầng Hòn Gai tại bể than Quảng Ninh chứa hệ thực vật phong phú với 154 loài, trong đó Pteridophyta và Cycadophyta chiếm ưu thế, phản ánh môi trường đầm lầy nhiệt đới cận nhiệt đới.
  • Nghiên cứu chi tiết 225 mẫu hóa thạch cho thấy sự đa dạng về hình thái và phân bố địa tầng, đặc biệt các loài chỉ thị tuổi Reti phân bố chủ yếu ở các mỏ Mạo Khê và Đông Bắc.
  • Phương pháp phân tích dựa trên mô tả hình thái lá và cổ sinh thái học giúp khôi phục điều kiện môi trường cổ, góp phần làm rõ quá trình hình thành than tại bể than Quảng Ninh.
  • Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong đánh giá tài nguyên than, nghiên cứu địa tầng và cổ sinh thái, đồng thời hỗ trợ công tác bảo tồn và phát triển khoa học tự nhiên.
  • Đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng nghiên cứu, ứng dụng công nghệ số và đào tạo nguồn nhân lực nhằm phát triển nghiên cứu cổ thực vật và cổ sinh thái trong tương lai.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các cơ quan nghiên cứu và đào tạo tiếp tục triển khai các đề tài liên ngành, mở rộng bộ sưu tập mẫu vật và ứng dụng công nghệ hiện đại để nâng cao hiệu quả nghiên cứu và quản lý tài nguyên than tại Quảng Ninh.