Phát hiện viên kim cương quý hiếm ở độ sâu 660 km hé lộ bí mật khiến các nhà khoa học sửng sốt

(Tổ Quốc) - Sâu dưới lòng đất ẩn chứa những bí mật gì đang khiến giới khoa học ngạc nhiên?

Vì hạn chế của công nghệ và kỹ thuật, con người vẫn chưa thể hiểu hết về thế giới sâu bên dưới bề mặt hành tinh chúng ta.

Các nhà khoa học đã từng nghĩ rằng khi lớp vỏ trên chuyển sang lớp vỏ dưới nóng hơn, dày hơn, các khoáng chất có thể chứa ít nước hơn nhiều.

Tuy nhiên, việc phát hiện những 'sứ giả' ở độ sâu hàng trăm km dưới lòng đất đã giúp các nhà khoa học có cái nhìn hiếm hoi về thế giới bí ẩn này.

'Sứ giả' đó chính là một viên kim cương mới được khai quật ở độ sâu 660 km.

Cụ thể, một viên kim cương được khai quật gần đây tại một mỏ kim cương Karowe ở Botswana có nhiều lỗ hổng chứa dấu vết của ringwoodite, ferropericlase, enstatit và các khoáng chất khác, cho thấy kim cương hình thành từ bề mặt Trái Đất cách 660 km.

BÍ MẬT CỦA VIÊN KIM CƯƠNG Ở ĐỘ SÂU 660 KM

Đặc biệt hơn nữa, theo nhóm nhà nghiên cứu do nhà vật lý khoáng sản Tingting Gu của Viện Đá quý New York (Mỹ) dẫn đầu, môi trường mà viên kim cương này được hình thành - sự chia cắt giữa lớp phủ trên và dưới, được gọi là vùng chuyển đổi dài 660 km (hoặc đơn giản là vùng chuyển tiếp) - RẤT NHIỀU NƯỚC.

'Sự xuất hiện của ringwoodite và các pha chứa nước cho thấy môi trường ẩm ướt rất mạnh mẽ ở ranh giới này. Điều này là một phát hiện đáng kinh ngạc' - nhóm nhà khoa học viết trên tạp chí Nature Geoscience.

Kết quả chỉ ra rằng có thể có nước ở sâu trong Trái Đất nhiều hơn những gì mà các nhà khoa học từng nghĩ, điều này có thể ảnh hưởng đến kiến thức của chúng ta về chu trình nước sâu và quá trình tạo mảng trên hành tinh.

Giới khoa học phân tích: Phần lớn bề mặt Trái Đất được phủ bởi đại dương. Tuy nhiên, xét đến hàng nghìn km giữa bề mặt và lõi hành tinh, chúng hầu như chỉ là một vũng nước nhỏ. Ngay cả ở điểm sâu nhất, đại dương chỉ dày 11 km.

Tuy vậy, vỏ Trái Đất lại là một hệ thống rạn nứt và phân mảnh, với các mảng kiến tạo riêng biệt va chạm và trượt qua nhau. Tại các vùng hút chìm này, nước thấm sâu hơn vào hành tinh, đến tận lớp phủ sâu hơn.

Theo thời gian, nước trở lại bề mặt thông qua hoạt động núi lửa. Chu trình chảy xuống, phun ra này được gọi là chu trình nước sâu, phân biệt với chu trình nước hoạt động trên bề mặt.

Hiểu cách hoạt động và lượng nước ở dưới đất là rất quan trọng để hiểu sự địa chất học của hành tinh chúng ta. Ví dụ, nước có thể ảnh hưởng đến vụ phun trào núi lửa và hoạt động địa chấn.

Tuy nhiên, vì chúng ta không thể xuống đất, nên chúng ta cần chứng cứ về việc nước di chuyển đến chúng ta, như việc nó biến thành viên kim cương trong điều kiện nhiệt độ và áp suất rất cao.

Nhà khoa học đá quý Tingting Gu và đồng nghiệp gần đây đã nghiên cứu kỹ lưỡng về một loại đá quý như vậy, phát hiện 12 pha khoáng và một tập hợp của các vật liệu màu trắng đục.

Để nghiên cứu viên kim cương, họ đã sử dụng các phương pháp phân tích không phá hủy, bao gồm cả quang phổ vi mô Raman; sử dụng tia laser để tiết lộ một số đặc tính vật lý của vật liệu mà không xâm phạm; và tia X để xem cấu trúc bên trong của viên kim cương.

Trong các vật liệu này, họ tìm thấy một tập hợp của ringwoodite (magiê silicat ở nhiệt độ và áp suất cao) kết hợp với ferropericlase (magiê / oxit sắt) và enstatit (một magiê silicat khác).

Ringwoodite có cấu trúc hóa học gần giống với olivin - chất liệu chính của lớp phủ trên nhưng hình thành dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cực đại. Cho đến năm 2008, nó chỉ được phát hiện trong mẫu thiên thạch.

Ringwoodite thường được tìm thấy ở vùng chuyển tiếp giữa lớp phủ trên và dưới, nằm giữa độ sâu từ 410 đến 660 km dưới bề mặt Trái Đất và có khả năng chứa nhiều nước hơn so với các khoáng chất Bridgmanite và ferropericlase.

Dưới áp suất cao tại vùng chuyển tiếp, ringwoodite phân hủy thành ferropericlase, cũng như một khoáng chất khác gọi là Bridgmanite. Dưới áp suất thấp gần bề mặt, Bridgmanite biến thành enstatit. Sự hiện diện của chúng trong viên kim cương kể câu chuyện về một hành trình, cho thấy viên đá được hình thành ở độ sâu trước khi quay trở lại lớp vỏ.

Đó không phải là tất cả.

Ringwoodite đặc biệt có các đặc điểm cho thấy nó có khả năng hấp thụ nước - một loại khoáng chất hình thành khi có nước. Trong khi đó, các khoáng chất khác được tìm thấy trong viên kim cương, như brucite, cũng có tính hấp thụ nước. Những dấu vết này cho thấy môi trường mà viên kim cương hình thành khá ẩm ướt.

Dù có bằng chứng về nước tại khu vực chuyển tiếp đã được phát hiện trước đó, nhưng dữ liệu đó chưa đủ để ước lượng lượng nước tại đó.

Nhóm các nhà khoa học ghi trong bài báo: 'Mặc dù việc hình thành kim cương thường liên quan đến sự hiện diện của chất lỏng, nhưng việc quan sát viên kim cương siêu sâu với các tập hợp khoáng chất bị xâm thực tương tự là hiếm khi được ghi nhận, đặc biệt là khi kết hợp với các khoáng chất ngậm nước'.

Khám phá này cũng có thể ảnh hưởng đến các mô hình kiến tạo mảng. Tingting Gu hy vọng các nhà khoa học sẽ tích hợp các phát hiện này vào các mô hình về cách nước trong lớp phủ có thể tác động đến các quy trình như dòng chảy bên trong Trái Đất. Điều này có thể thúc đẩy quá trình kiến tạo mảng bằng cách tạo ra sự không đồng đều trong việc nung chảy lớp phủ Trái Đất, khiến các khu vực nóng hơn tăng lên và di chuyển các mảng của Trái Đất trong hàng triệu năm.

Nghiên cứu được công bố vào ngày 26/9/2022 trên tạp chí Nature Geoscience.

Bài viết được tham khảo từ: Sciencealert, Livescience