Buzz
Một cặp kim cương mới được phát hiện mang trong mình sự tồn tại "hầu như không thể có".
Một đôi kim cương hình thành sâu hàng trăm km trong lớp manti mềm dẻo của Trái Đất vừa được phát hiện chứa những đốm vật liệu xuất hiện trong các môi trường hóa học hoàn toàn trái ngược nhau — sự kết hợp bất thường đến mức các nhà nghiên cứu tin rằng sự cùng tồn tại của chúng là "gần như không thể." Sự hiện diện của những chất này mang lại cái nhìn sâu sắc về các quá trình hóa học trong manti và những phản ứng tạo ra kim cương.
Sự tồn tại "không thể thực hiện"
Hai viên kim cương này được phát hiện tại một mỏ ở Nam Phi. Tương tự nhiều loại đá quý khác, chúng chứa thứ gọi là bao thể (inclusions) — những mảnh đá nhỏ xíu bị giữ lại khi kim cương hình thành. Dù các thợ kim hoàn thường không ưa chuộng bao thể, chúng lại là nguồn thông tin quý giá đối với các nhà khoa học. Điều này đặc biệt đúng khi kim cương hình thành sâu trong manti, nơi không thể tiếp cận, vì chúng mang theo bao thể lên bề mặt gần như không thay đổi — đây là cách duy nhất để các khoáng chất này có thể nổi lên từ sâu dưới lòng đất mà không bị biến dạng.
Trong hai viên kim cương đặc biệt này, mỗi viên đều chứa bao thể của các khoáng vật cacbonat giàu oxy (một trạng thái gọi là bị oxy hóa) và hợp kim niken thiếu oxy (một trạng thái gọi là bị khử, theo thuật ngữ hóa học). Giống như phản ứng nhanh chóng giữa axit và bazơ tạo ra nước và muối, cacbonat bị oxy hóa và kim loại bị khử không thể tồn tại song song lâu dài. Thông thường, các bao thể kim cương chỉ có một trong hai loại này, vì vậy sự hiện diện đồng thời của cả hai khiến Yaakov Weiss, giảng viên cao cấp về khoa học Trái Đất tại Đại học Hebrew Jerusalem, cùng các đồng nghiệp của ông cảm thấy bối rối — đến mức họ đã để các mẫu này sang một bên trong suốt một năm vì khó hiểu.
Khi phân tích lại các viên kim cương, các nhà nghiên cứu nhận ra rằng bao thể đã ghi lại một "khoảnh khắc" trong quá trình hình thành những viên đá quý này, xác nhận lần đầu tiên rằng kim cương có thể hình thành khi các khoáng vật cacbonat và kim loại bị khử trong manti phản ứng. Các mẫu này là lần đầu tiên các nhà khoa học chứng kiến điểm giữa của phản ứng đó được ghi lại trong một viên kim cương tự nhiên.
Weiss, tác giả chính của nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Geoscience , chia sẻ: "Cơ bản, đó là hai cực đối lập trong phổ [oxy hóa]."
Ý nghĩa của nghiên cứu
Phát hiện này mang ý nghĩa quan trọng đối với những gì ẩn giấu trong tầng giữa bí ẩn của manti. Khi ta đào sâu hơn vào lòng Trái Đất, xa bề mặt, đá và khoáng chất càng bị khử, lượng phân tử oxy giảm dần, nhưng lại thiếu các bằng chứng trực tiếp về quá trình này trong manti.
Các tính toán lý thuyết đã cung cấp cho các nhà nghiên cứu cái nhìn tổng quan về cách hành tinh chuyển từ trạng thái oxy hóa sang bị khử theo độ sâu. Maya Kopylova, giáo sư khoa học Trái Đất, đại dương và khí quyển tại Đại học British Columbia, người không tham gia vào nghiên cứu nhưng đã viết một bài xã luận kèm theo bài báo, cho biết: "Chúng tôi đã biết về sự khử này qua một số dữ liệu thực nghiệm, với các mẫu thực tế có thể xuống sâu tới 200 km." Bà chia sẻ thêm: "Những gì xảy ra dưới 200 km [chỉ là] giả thuyết của chúng tôi, mô hình của chúng tôi, vì rất khó để lấy mẫu từ độ sâu này."
Những mẫu mới này, được lấy từ độ sâu từ 280 đến 470 km dưới bề mặt Trái Đất, cung cấp lần kiểm chứng thực tế đầu tiên về hóa học manti lý thuyết. Weiss cho biết một phát hiện quan trọng là vật liệu nóng chảy bị oxy hóa tồn tại sâu hơn dự đoán. Đá kimberlite, loại đá phun trào mang kim cương lên bề mặt, bị oxy hóa, và các nhà nghiên cứu từng nghĩ rằng chúng không thể xuất phát từ độ sâu quá 300 km. Tuy nhiên, phát hiện này cho thấy đá bị oxy hóa xuất hiện sâu hơn thế — điều này cũng có thể áp dụng cho đá kimberlite.
Weiss cho biết các phản ứng tạo kim cương có thể xảy ra khi các chất lỏng cacbonat bị kéo xuống bởi các mảng kiến tạo hút chìm, mang theo khoáng chất giàu oxy tiếp xúc với hợp kim kim loại trong manti. (Một khả năng khác mà các nhà hóa học đưa ra là kim cương có thể hình thành khi các chất lỏng giàu carbon nguội đi khi chúng nổi lên trong manti, tương tự như cách đường kết tinh từ si-rô. Bài báo mới không loại trừ khả năng này cũng đang xảy ra.)
Các bao thể giàu niken cũng có thể lý giải hiện tượng kỳ lạ trong một số viên kim cương: đôi khi các nguyên tử niken thay thế carbon trong cấu trúc tinh thể của chúng. Kopylova cho biết đây là một bí ẩn, vì niken nặng hơn carbon rất nhiều, nên việc thay thế vào cấu trúc tinh thể là điều không dễ dàng. Bà nói: "Giờ đây, nhìn vào các dữ liệu này, tôi nghĩ đó có thể chỉ là dấu hiệu của sự hình thành kim cương ở độ sâu nhất định. Điều này sẽ rất thú vị để nghiên cứu thêm."
Nguồn: Live Science
