Tại sao gỗ cũng có thể trở thành hóa thạch?

Gỗ hóa thạch (Petrified wood), theo đúng nghĩa đen, là gỗ được "hóa đá" - bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp. Trong gỗ hóa thạch, các sợi sinh học và cấu trúc thường xuất hiện trong thân cây sẽ được thay thế bằng các khoáng chất như opal hoặc thạch anh. Điều này làm cho gỗ hóa thạch trở thành một loại hóa thạch độc đáo (và vô cùng đẹp mắt), tuy nhiên điều kiện để gỗ có thể hóa thạch cũng vô cùng đặc biệt.

Hóa thạch thường xuất hiện trong đá trầm tích, bởi vì các quá trình tạo ra đá lửa và đá biến chất không thực sự phù hợp để hình thành và bảo quản hóa thạch. Hầu hết các hóa thạch được hình thành từ các bộ phận cứng (như bộ xương) của động vật. Nhưng bản thân các bộ phận của bộ xương đã là khoáng chất - trong khi gỗ thì không.

Thân cây là bộ phận có khả năng bị hóa thạch lớn nhất. Thân cây chứa một số bộ phận khác nhau, nhưng 95% thành phần khô của gỗ là holocellulose và lignin. Holocellulose thường phân hủy chậm, nhưng lignin phân hủy chậm hơn nhiều. Ngoài ra, vi khuẩn chỉ có thể phân hủy lignin nếu có mặt oxy.

Do đó để có thể trở thành hóa thạch, gỗ phải được bảo quản trong môi trường không có oxy. Trong thực tế, gỗ sẽ được bảo quản khỏi sự phân hủy khi nó nhanh chóng được chôn vùi trong bùn hoặc các trầm tích bão hòa nước, hoặc tro núi lửa. Những môi trường này bảo vệ lignin khỏi bị phân hủy và từ đó dần trở thành hóa thạch.

Nhiều quá trình quan trọng trong địa chất được kích hoạt bởi nước và quá trình khiến gỗ hóa thạch cũng không ngoại lệ. Gỗ hóa đá được hình thành thông qua một quá trình gọi là permineralization và nước cũng là tác nhân chính ở đây.

Permineralization xảy ra khi các vật liệu từ thực vật hoặc xương được ngâm tẩm trong nước và dần dần được thay thế bằng khoáng chất. Điều này thường xảy ra khi nước lấp đầy các lỗ của mô và mang theo khoáng chất. Khoáng chất phổ biến nhất cho điều này là thạch anh, nhưng các khoáng chất kỳ lạ hơn cũng có thể đóng một vai trò nào đó.

Dưới lòng đất, nơi quá trình này xảy ra, nước không chỉ có hai phần hydro và một phần oxy - nó có rất nhiều khoáng chất hòa tan trong đó. Những khoáng chất trong nước sẽ dần thay thế mô ban đầu; từng chút một, từng phân tử một, mô sinh học sẽ biến thành khoáng chất. Sự thay thế dần dần này cũng chính là lý do nhiều loại gỗ hóa thạch vẫn giữ được rất nhiều chi tiết nguyên bản của cấu trúc ban đầu.

Permineralization cũng có thể bảo tồn mô mềm, ngoài mô cứng, điều này làm cho nó trở nên thú vị hơn rất nhiều khi so sánh với hóa thạch xương.

Khi nghĩ đến gỗ hóa thạch, nhiều người có thể nghĩ ngay đến than đá - nhưng trái ngược với suy nghĩ của nhiều người, than đá không thực sự là gỗ hóa thạch.

Than hình thành từ thực vật, và phần lớn than đá trên thế giới được hình thành từ những loài thực vật không phải thân gỗ dưới sự tác động của nấm và vi khuẩn.

Loại gỗ hóa thạch lâu đời nhất có tuổi đời tương đương với thực vật thân gỗ, có niên đại từ kỷ Devon, khoảng 390 triệu năm trước, khi thực vật thân gỗ lần đầu tiên xuất hiện trên đất liền. Các nhà khoa học đã tìm thấy gỗ hóa đá có niên đại từ kỷ Devon cho đến cận đại. Tuy nhiên, một số thời kỳ (và địa điểm) cũng tạo ra những điều kiện thuận lợi hơn cho sự hình thành gỗ hóa đá.

Ví dụ, khí hậu siêu gió mùa ấm áp (như thời kỳ Carbon-Permi, từ khoảng 360 triệu năm trước đến 300 triệu năm trước) dường như mang lại số lượng lớn gỗ hóa thạch. Tuy nhiên, thứ thực sự thúc đẩy quá trình hình thành gỗ hóa đá là các vụ phun trào núi lửa.

Các vụ phun trào núi lửa, đặc biệt là các loại phun trào tạo ra nhiều tro bụi, sẽ là điều kiện hoàn hảo để hình thành quá trình permineralizations. Ở một số khu vực, chẳng hạn như rừng hóa đá Yellowstone cho thấy 27 hệ sinh thái rừng liên tiếp bị chôn vùi bởi các vụ phun trào tiếp theo.

Có thể coi gỗ hóa thạch là một kỳ quan của tự nhiên, nhưng trong khi nhiều người yêu thích nó vì vẻ ngoài quá lộng lẫy, thì nó lại đặc biệt hấp dẫn đối với các nhà nghiên cứu.

Môi trường khiến gỗ hóa thạch cũng là một trong những điều kiện rất tốt để bảo tồn các dạng hóa thạch khác- đó là lý do tại sao rừng gỗ hóa đá là môi trường chính để tìm kiếm các hóa thạch khác. Chẳng hạn, vào năm 2020, các nhà địa chất nghiên cứu một khu vực rừng hóa thạch ở phía đông Arizona đã phát hiện ra một loại bò sát mới. Loài bò sát Skybalonyx skapter đã 220 triệu năm tuổi.

Hóa thạch từ các khu rừng hóa thạch khác đã giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về đa dạng sinh học và khí hậu của những khu vực này. Các nhà nghiên cứu có thể tìm kiếm các dấu hiệu của lượng mưa dồi dào hoặc hạn hán được phản ánh trong gỗ hóa đá và thậm chí họ có thể tìm thấy manh mối liên quan đến các loài gây hại hoặc cháy rừng tiềm ẩn.

Trên thực tế, các nhà nghiên cứu thậm chí còn muốn sử dụng gỗ hóa đá để nghiên cứu Doggerland, vùng đất hiện đang bị ngập nước nối liền nước Anh với lục địa châu Âu.

Có thể mất hàng triệu năm để gỗ hóa thạch hình thành, nhưng các nhà khoa học cũng đang ngày càng hiểu biết sâu hơn trong việc tái tạo quá trình này trong phòng thí nghiệm, điều này có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về loại hóa thạch tuyệt vời này.