Shopping Bag
No products in the cart.
Quá trình hình thành kim cương: Góc nhìn từ nhà khoa học uy tín tại GIA
Đây là lịch sử của một trong những báu vật vĩ đại nhất (và cổ xưa nhất) của Trái Đất — viên kim cương.
Bên cạnh vị thế được tôn kính, kim cương còn sở hữu một câu chuyện địa chất phi thường, khác biệt hoàn toàn so với bất kỳ vật liệu nào khác trên Trái Đất. Một trong những quan niệm sai lầm phổ biến là kim cương được hình thành từ than đá bị chôn vùi và chịu áp suất cao, tuy nhiên điều này hoàn toàn không chính xác. Câu chuyện thực tế còn hấp dẫn hơn nhiều. Các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục khám phá những chi tiết về quá trình hình thành kim cương, cũng như những gì chúng có thể tiết lộ về cấu trúc bên trong của hành tinh chúng ta.
Kim cương được coi là độc đáo vì chúng có nguồn gốc sâu bên trong lòng đất. Những viên kim cương mà chúng ta khai thác được vận chuyển lên gần bề mặt Trái Đất thông qua các vụ phun trào magma đặc biệt, tạo nên các loại đá gọi là kimberlite, và đôi khi là lamproite. Dòng magma này di chuyển nhanh chóng từ lớp manti lên bề mặt, đôi khi mang theo kim cương như những “hành khách bất đắc dĩ” trong hành trình này.
Tiến sĩ Evan Smith tại phòng thí nghiệm GIA. Ảnh: GIA
Quá trình hình thành kim cương tại các vùng sâu thẳm dưới bề mặt Trái Đất
Hầu hết kim cương tự nhiên — khoảng 98% — được hình thành ở độ sâu từ 150 đến 200 km, tại tầng nền của những vùng lục địa dày và cổ nhất trên Trái Đất. Một số loại kim cương tự nhiên hiếm có còn được tạo ra ở độ sâu lớn hơn nhiều, ước tính lên đến 800 km hoặc thậm chí sâu hơn. Thông tin này góp phần phân biệt rõ ràng kim cương với hầu hết các khoáng vật khác — bao gồm cả đa số các loại đá quý — vốn được hình thành trong lớp vỏ Trái Đất, tại các độ sâu tương đối nông, dưới 30 đến 50 km, nơi chúng ta có thể tiếp cận hoặc khai thác trực tiếp trên bề mặt.
Phương pháp xác định vị trí hình thành của kim cương
Thông tin này được tổng hợp qua việc nghiên cứu các mảnh nhỏ của khoáng vật khác, chẳng hạn như tinh thể kyanite, đôi khi bị mắc kẹt bên trong kim cương khi chúng kết tinh. Những vật chất bị mắc kẹt này, gọi là tạp chất (inclusions), là một bức ảnh vật lý ghi lại “nơi sinh” của kim cương tự nhiên và có thể được sử dụng để giải mã các điều kiện địa chất trong quá trình kim cương hình thành. Dựa trên nghiên cứu về kim cương và các tạp chất bên trong, chúng ta biết rằng hầu hết kim cương phát triển từ các dung dịch chứa cacbon trong lớp manti, khi các dung dịch này di chuyển và chảy qua các khe nứt trong đá. Khi dung dịch thẩm thấu, sự thay đổi về áp suất, nhiệt độ hoặc thành phần có thể khiến cacbon kết tinh từ dung dịch thành dạng rắn là kim cương. Ngoài việc cung cấp hiểu biết về quá trình hình thành kim cương, các tạp chất còn cho phép chúng ta xác định niên đại của viên kim cương.
Những vật chất bị mắc kẹt bên trong, hay còn gọi là tạp chất (inclusions), chính là bức ảnh vật lý ghi lại “nơi sinh” của kim cương tự nhiên và có thể được sử dụng để giải mã các điều kiện địa chất trong quá trình phát triển của kim cương.
Tạp chất kyanite. Ảnh: GIA
Khả năng xác định niên đại của kim cương
Vậy liệu có thể xác định được thời điểm viên kim cương tự nhiên cụ thể được hình thành hay không? Câu trả lời là có! Việc định tuổi có thể thực hiện được nhờ các đồng vị phóng xạ tự nhiên tồn tại trong một số tạp chất, hoạt động như một “chiếc đồng hồ nội bộ”. Phương pháp phân tích này mang tính hủy hoại và chỉ áp dụng được với những loại tạp chất nhất định. Tuy nhiên, các nghiên cứu về quá trình hình thành kim cương từ nhiều mỏ trên thế giới đã tiết lộ một kết quả đáng kinh ngạc: nhiều viên kim cương có niên đại trên 1 tỷ năm tuổi. Các độ tuổi đo được dao động từ 3,5 tỷ năm đến chỉ 90 triệu năm (!). Để dễ hình dung, Trái Đất có tuổi khoảng 4,56 tỷ năm, và sự kiện tuyệt chủng hàng loạt đã khiến khủng long biến mất cách đây 65 triệu năm. Điều này cho thấy kim cương tự nhiên được hình thành trong một phạm vi thời gian địa chất rất rộng lớn.
Bên cạnh nguồn gốc sâu trong lớp manti và tuổi đời hàng triệu đến hàng tỷ năm, các nhà khoa học nhận thấy quá trình hình thành kim cương tự nhiên không phải là một hiện tượng đơn lẻ, ngẫu nhiên. Thay vào đó, sự hình thành kim cương tự nhiên dường như liên quan mật thiết đến các hiện tượng địa chất quy mô lớn hơn. Ví dụ, bề mặt Trái Đất được chia thành những mảng kiến tạo khổng lồ, và khi một trong những mảng này bị uốn cong và trượt xuống lớp manti trong quá trình gọi là “hạ lưu kiến tạo” (subduction), nó có thể cung cấp các điều kiện cần thiết để kích hoạt sự phát triển của kim cương.
Ngay cả ở độ sâu vượt quá 660 kilômét, đánh dấu giới hạn trên của lớp manti dưới, một số viên kim cương vẫn chứa các thành phần được kéo xuống sâu trong lớp manti bởi các mảng kiến tạo đang bị hạ lưu. Kim cương loại IIb mang boron màu xanh được cho là chứa boron và dấu vết của nước có nguồn gốc từ các mảng kiến tạo bị hạ lưu sâu, như minh họa dưới đây. Các nghiên cứu đang tiếp tục về những viên kim cương như vậy đang giúp làm sáng tỏ các quá trình quy mô lớn, chẳng hạn như sự vận hành sâu nhất của chu trình nước và cacbon, cũng như cách chúng thay đổi trong hàng tỷ năm.
Amy Rowell
Nam at lectus urna duis convallis. Nullam eget felis eget nunc lobortis mattis aliquam. In nibh mauris cursus mattis molestie a iaculis at. Duis at tellus at urna condimentum mattis pellentesque id nibh.