Một đôi kim cương hình thành sâu hàng trăm km trong lớp manti mềm dẻo của Trái đất được phát hiện chứa các hạt vật liệu hình thành trong môi trường hóa học hoàn toàn đối lập. Đó là một sự kết hợp bất thường đến mức các nhà nghiên cứu nghĩ rằng sự cùng tồn tại của chúng là "hầu như không thể." Sự hiện diện của các chất này cung cấp một cái nhìn sâu sắc về các diễn biến hóa học của lớp manti và các phản ứng hình thành nên kim cương. Ảnh: Yael Kempe and Yakov Weiss.
Hai mẫu kim cương trên được tìm thấy trong một mỏ ở Nam Phi. Giống như nhiều loại đá quý khác, chúng chứa thứ gọi là bao thể (inclusions) - những mảnh đá nhỏ xíu xung quanh bị giữ lại khi kim cương hình thành. Hầu hết các thợ kim hoàn ghét những bao thể này nhưng chúng lại cung cấp thông tin thú vị cho các nhà khoa học. Ảnh: Shutterstock.
Điều này đặc biệt đúng khi kim cương hình thành sâu trong lớp manti không thể tiếp cận. Vì chúng mang các bao thể này lên bề mặt mà hầu như không bị xáo trộn - cách duy nhất để các khoáng chất đó có thể trồi lên hàng trăm km mà không bị thay đổi so với trạng thái ban đầu ở lớp manti sâu. Ảnh: Suzette Timmerman.
Hai viên kim cương đặc biệt mới phát hiện đều chứa các bao thể của các khoáng vật cacbonat giàu nguyên tử oxy (một trạng thái được gọi là bị oxy hóa) và hợp kim niken nghèo oxy (một trạng thái được gọi là bị khử, theo thuật ngữ hóa học). Giống như cách axit và bazơ ngay lập tức phản ứng để tạo thành nước và muối, các khoáng vật cacbonat bị oxy hóa và các kim loại bị khử không cùng tồn tại lâu. Ảnh: Suzette Timmerman.
Thông thường, các bao thể kim cương chỉ cho thấy một trong hai. Vì vậy, sự hiện diện của cả hai trong mẫu vật kim cương đã làm Yaakov Weiss - giảng viên cao cấp về khoa học Trái Đất tại Đại học Hebrew Jerusalem và các đồng nghiệp của ông "bối rối". Ảnh: Graham Pearson.
Sau khi phân tích kỹ 2 viên kim cương, các nhà nghiên cứu nhận ra rằng các bao thể đã ghi lại một "khoảnh khắc" của phản ứng tạo ra những viên đá lấp lánh và lần đầu tiên xác nhận rằng kim cương có thể hình thành khi các khoáng vật cacbonat và kim loại bị khử trong lớp manti phản ứng. Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học nhìn thấy điểm giữa của phản ứng đó được ghi lại trong một viên kim cương tự nhiên. Ảnh: TomekD76/iStock.
Phát hiện này có ý nghĩa quan trọng đối với những gì nằm ở tầng giữa bí ẩn của lớp manti. Khi đi sâu hơn vào Trái đất, xa bề mặt, đá và khoáng chất ngày càng trở nên ít đi, với số lượng phân tử oxy ngày càng ít nhưng có rất ít bằng chứng trực tiếp về sự dịch chuyển này trong lớp manti. Ảnh: Graham Pearson.
Hai mẫu vật kim cương mới tìm thấy ở độ sâu từ 280 - 470 km bên dưới bề mặt Trái đất, cung cấp bằng chứng thực tế đầu tiên về thành phần hóa học lý thuyết của lớp manti. Giảng viên Weiss cho biết các chuyên gia phát hiện vật liệu nóng chảy bị oxy hóa tồn tại sâu hơn dự kiến. Đá kimberlite, loại đá phun trào mang kim cương lên bề mặt, bị oxy hóa nên các nhà nghiên cứu đã nghĩ rằng chúng không thể hình thành ở độ sâu dưới 300 km. Ảnh: Wenjia Fan, W. Design Studio.
Tuy nhiên, phát hiện này mới đây cho thấy đá bị oxy hóa tồn tại ở độ sâu hơn thế và do đó, đá kimberlite cũng có thể như vậy. Phản ứng tạo kim cương có khả năng xảy ra khi các chất lỏng cacbonat bị kéo xuống bởi các mảng kiến tạo hút chìm, mang các khoáng chất giàu oxy tiếp xúc với các hợp kim kim loại của lớp manti. Ảnh: Gem Diamonds Ltd.
Các bao thể giàu niken cũng có thể giúp giải thích một hiện tượng kỳ lạ trong một số kim cương: thỉnh thoảng các nguyên tử niken dường như thay thế carbon trong mạng lưới tinh thể của những viên kim cương này. Ảnh: Shutterstock.
