Giả thuyết Darwin về sụt lún

Trong tác phẩm The Structure and Distribution of Coral Reefs, Darwin giải thích về sự hình thành các rạn san hô vòng trong vùng Nam Thái Bình Dương dựa vào các quan sát mà ông đã thực hiện trong chuyến đi kéo dài năm năm (từ 1831 đến 1836) trên tàu HMS Beagle.[11] Theo ông, tiến trình hình thành và phát triển của ba loại rạn san hô là rạn san hô viền bờ, rạn san hô chắn bờ và rạn san hô vòng gắn liền với sự sụt lún của một núi lửa đại dương. Trước tiên, san hô phát triển bao quanh đảo núi lửa tạo thành rạn san hô viền bờ. Khi đảo núi lửa từ từ lún xuống biển, san hô tiếp tục phát triển nhưng bị ngăn cách với đảo núi lửa bởi một vụng biển, tạo thành rạn san hô chắn bờ. Ở giai đoạn cuối, đảo núi lửa nay đã chìm hoàn toàn, bỏ lại vành san hô và vụng biển. Đó chính là rạn san hô vòng.

Năm 1951, người ta đã chứng minh giả thuyết của Darwin bằng cách khoan hai lỗ sâu lần lượt là 1.267 m và 1.405 m vào lớp đá núi lửa bên dưới rạn san hô vòng Enewetak (quần đảo Marshall).[12] Người ta nhận thấy rằng phần đá vôi thu được có nguồn gốc hình thành tại vùng nước nông, từ đó chứng tỏ có sự sụt lún của rạn vòng và sự phát triển hướng lên của san hô ở vùng nước nông từ Eocen.[13]

Điểm Darwin

"Điểm Darwin" là một ngưỡng mà ở đó "tốc độ bồi tụ canxin cácbônát tạo thành từ san hô tạo rạn về hướng mặt biển không còn theo kịp mực nước biển tương đối".[14] Nếu sự phát triển hướng lên của san hô tạo rạn không theo kịp tốc độ sụt lún của đảo núi lửa, tốc độ xâm thực sinh học hay tốc độ dâng lên của nước biển[14] thì rạn san hô bị chìm và đảo núi lửa khi đó trở thành núi ngầm chóp phẳng (guyot).[15] Nếu sự phát triển của san hô tạo rạn bắt kịp tốc độ diễn tiến của các hiện tượng trên thì rạn san hô vòng sẽ tồn tại.[15]

Theo Grigg (1982), có một điểm Darwin nằm tại vĩ tuyến 29°B đánh dấu giới hạn phía bắc của quần đảo Hawaii (phía bắc rạn san hô vòng Kure).[16] Vượt qua rạn vòng Kure về phía tây bắc thì không còn rạn san hô vòng nào mà chỉ còn một chuỗi núi ngầm gọi là chuỗi núi ngầm Thiên Hoàng. Grigg (1982) cho rằng trên thế giới có thể còn có những điểm Darwin khác nhưng "hầu như chắc chắn" là không cùng vĩ độ với điểm Darwin ở Hawaii do có sự khác biệt về điều kiện sinh thái, thành phần chủng loài san hô, diện tích đảo, tốc độ xói mòn và lịch sử kiến tạo địa chất.[13]

Giả thuyết Daly về khống chế sông băng

Lý thuyết "khống chế sông băng" được đúc rút từ các nghiên cứu và bài giảng của Reginald Aldworth Daly trong giai đoạn 1910 - 1948 kể từ sau chuyến thăm Hawaii của ông vào năm 1909.[17] Theo đó thì trong thời kì băng hà ở thế Pleistocen, mực nước biển và nhiệt độ nước mặt giảm kết hợp với tác động của sóng đã giết chết phần lớn san hô tạo rạn.[17] Khi này bờ đảo núi lửa chẳng những không còn được rạn san hô che chắn mà còn phải chịu tác động mạnh của hiện tượng xói mòn và phong hóa khiến đảo núi lửa và nền đá vôi cổ hơn bị bào phẳng và biến thành những nền có gờ nghiêng ở rìa.[18] Trong giai đoạn sau, nhiệt độ gia tăng làm sông băng tan chảy khiến mực nước biển dâng cao. San hô khi này phát triển trở lại chủ yếu trên các rìa nền - nơi có điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của san hô - dẫn đến sự hình thành vành san hô biểu hiện qua hình thái rạn chắn bờ và rạn vòng.[17]