1. Mở đầu

Di sản thiên nhiên thế giới Phong Nha - Kẻ Bàng là một trong những khu vực có giá trị địa chất, địa mạo và cảnh quan karst tiêu biểu của khu vực Đông Nam Á cũng như trên thế giới. Giá trị đặc biệt của khu vực không chỉ được thể hiện qua hệ thống hang động đồ sộ, các dòng sông ngầm và địa hình karst kỳ vĩ, mà còn nằm ở việc lưu giữ đầy đủ các minh chứng về lịch sử tiến hóa lâu dài của vỏ Trái đất. Những thành tạo địa chất được bảo tồn tại đây phản ánh gần như liên tục các quá trình kiến tạo, trầm tích, nâng tạo núi và karst hóa diễn ra trong hàng trăm triệu năm, tạo nên một "bảo tàng địa chất ngoài trời" có giá trị khoa học đặc biệt.

Lịch sử địa chất của khu vực Phong Nha – Kẻ Bàng kéo dài từ Ordovic muộn, khoảng 450 triệu năm trước đến nay, trải qua nhiều giai đoạn kiến tạo lớn. Trong quá trình đó đã hình thành 15 hệ tầng trầm tích cùng một phức hệ magma xâm nhập có tuổi và nguồn gốc khác nhau. Các hoạt động địa chất này là nền tảng tạo nên sự đa dạng về cấu trúc địa chất, địa hình, mạng lưới thủy văn và đặc biệt là hệ thống hang động karst được đánh giá là cổ nhất Đông Nam Á.

2. Lịch sử tiến hóa địa chất hơn 450 triệu năm

Điểm nổi bật nhất của Phong Nha – Kẻ Bàng là khả năng phản ánh gần như đầy đủ lịch sử phát triển của vỏ Trái đất thông qua các thành tạo địa chất còn được bảo tồn. Theo tài liệu, khu vực đã trải qua 5 giai đoạn phát triển lớn, bao gồm:

Giai đoạn Ordovic muộn – Silur (450–410 triệu năm trước);

Giai đoạn Devon (410–355 triệu năm trước);

Giai đoạn Carbon – Permi (355–250 triệu năm trước);

Giai đoạn Mesozoi (250–65 triệu năm trước);

Giai đoạn Kainozoi (65 triệu năm trước đến nay).

Chuỗi tiến hóa này phản ánh liên tục sự thay đổi của môi trường địa chất từ biển nông, biển sâu, bồn trũng trầm tích, hoạt động magma, cho đến quá trình nâng tạo núi và karst hóa trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm.

2.1. Giai đoạn Ordovic muộn – Silur (450–410 triệu năm)

Đây là giai đoạn đầu tiên đánh dấu sự hình thành nền móng địa chất của khu vực. Trong thời kỳ này, vỏ Trái đất bắt đầu bị phá vỡ và sụt lún theo cơ chế tạo bồn trũng. Quá trình sụt lún diễn ra nhiều lần đã tạo nên các trầm tích lục nguyên gồm cuội kết, cát kết, đá phiến sét và các lớp trầm tích biển sâu chứa bitum.

Các thành tạo này ngày nay phân bố chủ yếu ở khu vực Đông Nam và Tây Bắc vùng nghiên cứu, tạo nên nền móng cho các quá trình địa chất diễn ra ở các giai đoạn sau. Đặc điểm nổi bật của giai đoạn này là sự luân phiên giữa các pha biển tiến, biển thoái cùng các hoạt động nâng – hạ kiến tạo, hình thành những bồn trũng kéo dài theo phương Tây Bắc – Đông Nam.

2.2. Giai đoạn Devon (410–355 triệu năm)

Sang kỷ Devon, khu vực tiếp tục chịu tác động mạnh của các quá trình kiến tạo. Đây là giai đoạn chuyển từ kiểu bồn trũng Ordovic – Silur sang bồn rift lục địa, với trục bồn có dạng cánh cung chạy theo hướng Tây Bắc – Đông Nam.

Trong thời kỳ này hình thành hàng loạt hệ tầng địa chất quan trọng như Rào Chan, Bản Giàng, Mục Bãi, Động Thờ và Cát Đằng. Thành phần trầm tích biến đổi từ cát kết, bột kết, đá phiến sét đến các lớp đá vôi biển nông và biển sâu, phản ánh quá trình biển nhiều lần tiến vào và rút khỏi khu vực.

Đặc biệt, sự xuất hiện phong phú của hóa thạch san hô, tay cuộn, huệ biển và răng nón cho thấy khu vực từng là môi trường biển nhiệt đới phát triển mạnh. Đây cũng là cơ sở khoa học quan trọng để nghiên cứu lịch sử cổ sinh và điều kiện cổ môi trường của miền Trung Việt Nam.

2.3. Giai đoạn Carbon – Permi (355–250 triệu năm)

Đây là giai đoạn có ý nghĩa quyết định đối với sự hình thành giá trị nổi bật của Phong Nha – Kẻ Bàng ngày nay.

Đầu kỷ Carbon, khu vực xuất hiện hoạt động magma xâm nhập, hình thành khối granit Đồng Hới. Tiếp theo, các chuyển động kiến tạo tạo nên những bồn trũng nông, nơi lắng đọng các lớp đá vôi rất dày.

Các lớp đá vôi thuộc hệ tầng Bắc Sơn chiếm phần lớn diện tích khối núi đá vôi hiện nay. Đá có thành phần CaCO₃ trên 95%, cấu tạo khối, độ tinh khiết cao và chiều dày trên 1.000 m, tạo điều kiện lý tưởng cho quá trình karst hóa sau này. Tài liệu cho biết đây là khối đá vôi lớn nhất Việt Nam; nếu tính cả khu vực Hin Namno (Lào), đây có thể là một trong những vùng đá vôi liên tục lớn nhất thế giới.

Cuối kỷ Permi, các hoạt động nâng trồi diễn ra mạnh mẽ, kết hợp với ba hệ thống đứt gãy lớn đã hình thành địa hình núi đá vôi dạng khối tảng. Đây là tiền đề quan trọng để phát triển địa hình karst và hệ thống hang động đồ sộ trong giai đoạn tiếp theo.

2.4. Giai đoạn Mesozoi (250–65 triệu năm)

Trong đại Mesozoi, khu vực chuyển sang chế độ lục địa. Các hoạt động nâng tạo núi diễn ra mạnh làm biến đổi đáng kể cấu trúc địa hình. Đầu kỷ Trias, đới Trường Sơn được nâng lên, trong khi khu vực phía Bắc tiếp tục sụt lún tạo nên các bồn trũng trầm tích và phun trào axit.

Đến kỷ Creta, nhiều bồn trũng trước núi và nội lục tiếp tục hình thành, được lấp đầy bởi các trầm tích lục nguyên màu đỏ và xám loang lổ. Các quá trình này góp phần hoàn thiện cấu trúc địa chất và tạo nên sự đa dạng về thành phần thạch học của khu vực.

2.5. Giai đoạn Kainozoi (65 triệu năm đến nay)

Đây là giai đoạn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với việc hình thành cảnh quan Phong Nha – Kẻ Bàng hiện đại.

Các hoạt động tân kiến tạo liên quan đến sự mở rộng Biển Đông đã làm tái hoạt động các hệ thống đứt gãy cổ, chia cắt khối đá vôi thành nhiều khối tảng và tạo điều kiện để nước thấm sâu vào các khe nứt. Đồng thời, khu vực trải qua nhiều chu kỳ nâng kiến tạo xen kẽ với các pha sụt lún, hình thành các bề mặt san bằng ở nhiều cao trình khác nhau và thúc đẩy quá trình karst hóa phát triển mạnh mẽ.

Toàn bộ diện mạo "hoang mạc đá vôi" cùng mạng lưới hang động đồ sộ ngày nay được định hình chủ yếu trong giai đoạn Paleogen – Neogen và tiếp tục phát triển cho đến hiện tại. Chính sự kết hợp giữa hoạt động kiến tạo trẻ và khí hậu nhiệt đới ẩm đã tạo nên một trong những khu karst phát triển hoàn chỉnh và tiêu biểu nhất trên thế giới.

3. Địa hình và địa mạo – kết quả của hơn 65 triệu năm tiến hóa địa chất

Địa hình hiện nay của Phong Nha – Kẻ Bàng là kết quả tổng hợp của các hoạt động kiến tạo tân sinh kết hợp với quá trình bóc mòn, phong hóa và karst hóa diễn ra liên tục trong khoảng 65 triệu năm trở lại đây. Trong khoảng thời gian này, các chu kỳ nâng kiến tạo xen kẽ với quá trình xâm thực của nước đã tạo nên hệ thống địa hình phân bậc rất rõ rệt, đồng thời hình thành mạng lưới hang động và cảnh quan karst đặc sắc hiếm có trên thế giới.

Các nghiên cứu địa mạo cho thấy khu vực Phong Nha – Kẻ Bàng còn bảo tồn được nhiều bề mặt san bằng ở các cao trình khác nhau. Đây là những "dấu tích" phản ánh lịch sử nâng lên của vỏ Trái đất qua từng giai đoạn.

Bậc địa hình cao nhất nằm ở độ cao 1.400–1.600 m, được xác định có tuổi Paleogen (35–26 triệu năm trước) và được xem là bề mặt san bằng cổ nhất của khu vực. Tiếp theo là các bậc địa hình 1.000–800 m ở phía Tây và 700–600 m ở phía Đông, tương ứng với giai đoạn Miocen (23–5 triệu năm trước). Các bậc địa hình 600–400 m và 300–200 m được hình thành trong Pliocen (5–1,8 triệu năm trước), còn các bề mặt thấp hơn 100 m thuộc thời kỳ Đệ Tứ, phản ánh những đợt nâng kiến tạo trẻ nhất.

Sự tồn tại đồng thời của nhiều bậc địa hình là bằng chứng quan trọng chứng minh khu vực đã trải qua nhiều chu kỳ nâng khác nhau của vỏ Trái đất. Đây cũng là cơ sở để xác định tuổi tương đối của các thế hệ hang động và nghiên cứu quá trình tiến hóa địa hình trong điều kiện karst nhiệt đới.

4. Sự đa dạng địa hình Karst và phi Karst

4.1. Địa hình phi Karst

Bao quanh khối núi đá vôi là các dãy núi magma và núi đá lục nguyên có độ cao từ 1.200–1.600 m. Các dãy núi này đóng vai trò như những lưu vực thu nước tự nhiên, cung cấp lượng nước rất lớn cho khối karst. Nước mưa sau khi chảy qua các vùng núi phi karst mang theo vật liệu phong hóa như cuội, sỏi, cát và bùn sét lắng đọng trong các thung lũng sông Son, sông Chày cũng như trong nhiều hang động. Chính cơ chế này không chỉ góp phần tạo nên sự đa dạng về địa hình mà còn quyết định điều kiện thủy văn và môi trường sống của nhiều loài sinh vật trong khu vực.

4.2. Địa hình Karst

Địa hình karst là dạng địa hình đặc trưng và chiếm khoảng hai phần ba diện tích vùng di sản. Đây đồng thời là khối đá vôi nguyên vẹn lớn nhất Việt Nam, kéo dài sang khu vực Hin Namno của Lào, tạo thành một quần thể karst liên tục quy mô rất lớn. Địa hình karst của Phong Nha – Kẻ Bàng có thể chia thành hai kiểu chính.

Thứ nhất là địa hình đá vôi dạng nón kiểu hoang mạc, đặc trưng bởi các đỉnh núi hình nón liên kết thành từng khối lớn, bên trong phát triển nhiều địa hình âm khép kín như hố sụt, thung lũng kín và hang động.

Thứ hai là địa hình núi sót dạng nón, phát triển chủ yếu dọc theo sông Son và sông Chày. Các khối núi có sườn rất dốc, nhiều nơi gần như dựng đứng, xen giữa là các thung lũng rộng và hệ thống sông suối phát triển.

Sự kết hợp của hai kiểu địa hình này đã tạo nên cảnh quan đặc trưng của Phong Nha - Kẻ Bàng, vừa hùng vĩ vừa có giá trị khoa học cao trong nghiên cứu tiến hóa karst nhiệt đới.

5. Một số đặc điểm trị địa chất, địa mạo nổi bật của Phong Nha – Kẻ Bàng

- Tuổi địa chất của khối đá vôi rất cổ: Các thành tạo đá vôi chủ yếu được hình thành từ kỷ Carbon – Permi (khoảng 340-250 triệu năm trước), trong khi quá trình phát triển địa hình karst tiếp tục diễn ra trong suốt đại Kainozoi. Điều này tạo nên một chuỗi tiến hóa địa chất kéo dài hơn 400 triệu năm, phản ánh đầy đủ các giai đoạn phát triển của vỏ Trái đất.

- Quá trình karst hóa diễn ra liên tục và hoàn chỉnh: Không giống nhiều khu karst ôn đới chịu ảnh hưởng mạnh của các thời kỳ băng hà, Phong Nha - Kẻ Bàng phát triển trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, nơi quá trình hòa tan đá vôi diễn ra với cường độ cao và liên tục trong thời gian dài. Chính điều kiện này đã tạo nên mạng lưới hang động nhiều tầng, sông ngầm, hố sụt, thung lũng kín và các dạng địa hình karst rất đa dạng.

- Quy mô và mức độ bảo tồn của khối karst: Khối đá vôi Phong Nha – Kẻ Bàng kết nối với khu vực Hin Namno (Lào) tạo thành một quần thể đá vôi liên tục rộng lớn, được xem là một trong những khối karst nguyên vẹn nhất khu vực Đông Nam Á.

- Hệ thống hang động tại Phong Nha - Kẻ Bàng có sự phân hóa rõ theo độ cao và tuổi hình thành. Đây là một minh chứng sinh động cho mối liên hệ giữa các chu kỳ nâng kiến tạo với sự phát triển của hang động - đặc điểm mà không nhiều khu di sản karst trên thế giới còn bảo tồn được đầy đủ.

Trần Xuân Mùi