200.000 viên kim cương mới có một viên màu xanh: Tại sao chúng được coi là báu vật của khoa học?

Nếu bạn đến thăm Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Quốc gia Hoa Kỳ ở Washington DC, đừng quên ghé qua một bộ sưu tập đá quý và khoáng sản của họ. Nổi bật nhất trong số những mẫu vật được trưng này ở đây là một viên kim cương màu xanh lam độc nhất vô nhị trên thế giới.

Nó được gọi là Hope, hay viên kim cương Hi vọng. Trên thế giới hiện không có bất kể một viên kim cương tự nhiên nào lớn cỡ 45 karat và có màu xanh đậm như Hope. Trị giá của nó có thể lên tới 320 triệu USD.

Nhưng trái với cái tên Hi vọng, Hope từng bị coi là một viên kim cương dính lời nguyền. Kể từ khi được tìm thấy và chế tác ở Ấn Độ vào năm 1653, Hope đã qua tay khoảng 20 chủ nhân. Trong đó, có tới 14 người được cho là gặp xui xẻo liên quan đến nó, người thì bị sát hại, người thì bị mắc bệnh bí ẩn.

Có thể kể đến cái chết của Tavernier, thương nhân người Ấn Độ đầu tiên sở hữu viên kim cương này, ông ta đã bị một đàn chó hoang tấn công và tử vong tại chỗ. Kế đó là cái chết của vua Pháp Louis XVI và hoàng hậu, hai người từng sở viên kim cương đều bị hành quyết bằng máy chém.

Ivan Kanitovsky một hoàng tử Nga từng sở hữu viên kim cương xanh. Khi ông tặng nó cho người tình của mình, nàng ta đã bị bắn chết ngay trong đêm đầu tiên đeo nó. Hai ngày sau, chính hoàng tử Kanitovsky cũng bị sát hại.

Đó là những lời đồn đại mà người ta vẫn nói về viên kim cương Hope. Nhưng Steven Shirey, một nhà địa chất học tại Viện Khoa học Carnegie không quan tâm đến tất cả những điều này.

Thứ mà ông thấy trong viên kim cương xanh này và mọi viên kim cương xanh khác chỉ là boron, một hợp chất làm nên màu xanh quyến rũ của nó.

Cứ 200.000 viên kim cương trên thế giới thì mới có một viên kim cương có màu xanh vì nhiễm boron. Chúng đã được hình thành từ hàng tỷ năm trước, trong lớp mantle sâu hàng trăm km bên dưới bề mặt Trái Đất.

Kim cương xanh nhiễm boron được tôi luyện ở một áp lực và độ sâu hơn bất kể các loại kim cương có màu nào khác. Do đó, "chúng thực sự là những cỗ máy thời gian đặc biệt", Shirey nói.

Theo ông, những viên kim cương xanh đang chứa nhiều bí ẩn khoa học hơn là những câu chuyện thần bí. Chúng thực sự là những sứ giả của ngành địa chất học.

Kim cương được hình thành như thế nào?

Chúng ta đã đều nghe kim cương được hình thành khi carbon được tôi luyện dưới áp lực. Nhưng áp lực đó chính xác là gì?

Trong tự nhiên, hầu hết kim cương đều được hình thành bên dưới áp suất và nhiệt độ cực lớn ở lớp mantle của Trái Đất. Là lớp phủ nằm dưới vỏ và phía trên lõi của hành tinh, mantle chứa các khoáng chất silicat, cung cấp carbon và độ nhớt thủy nhiệt cho quá trình hình thành kim cương.

Hầu hết kim cương được tôi luyện ở độ sâu từ 150 -250 km bên dưới bề mặt đất. Nhưng cá biệt, những viên kim cương xanh được hình thành ở độ sâu lớn nhất, lên tới gần 700 km là nơi có boron tạo nên màu xanh cho nó.

Sau quá trình hình thành kéo dài từ vài triệu tới hàng tỷ năm, kim cương được đẩy từ lớp mantle lên gần bề mặt đất thông qua hoạt động của núi lửa. Các vụ phun trào này đã diễn ra từ rất lâu trong lịch sử Trái Đất và đặc biệt dữ dội.

Bởi kim cương cần được đưa rất nhanh từ lớp mantle lên bề mặt để nguội đi, nếu không, trên đường đi chúng có thể biến thành than chì theo nghĩa đen. Những vụ phun trào núi lửa dữ dội dạng này chỉ được thấy trong lịch sử khi quá trình địa chất của Trái Đất hoạt động mạnh.

Ngày nay, chúng ta không chứng kiến bất cứ vụ phun trào nào mạnh đến mức này. Do đó, về lý thuyết lượng kim cương được đẩy lên gần bề mặt đất lúc này là hữu hạn. Con người cũng không có cách nào để khoan sâu được xuống lớp mantle để khai thác kim cương. 

Tất cả những điều này làm tăng thêm giá trị cho kim cương, cả về mặt vật chất lẫn khoa học.

Kim cương như một sứ giả địa chất học

Bởi đã từng nằm sâu bên dưới bề mặt của Trái Đất trong suốt hàng tỷ năm, kim cương thường được các nhà địa chất học ví như sứ giả của thời gian. Phân tích các khoáng chất lẫn trong kim cương, ví dụ như boron trong trường hợp của những viên kim cương xanh, có thể cho các nhà địa chất học một lăng kính nhìn lại quá trình lớp mantle hoạt động trong quá khứ.

Trong một nghiên cứu công bố trên tạp chí Science Advances vào năm ngoái, Shirey và các đồng nghiệp đã phát hiện những viên kim cương xanh này chứa những bằng chứng cho thấy các mảng kiến tạo đáy biển trong quá khứ đã chìm xuống lớp mantle.

Có thể tưởng tượng đó là một giai đoạn mà Trái Đất tự nung chảy bề mặt của mình, nhằm tái chế các vật chất trên bề mặt vào bên trong lõi của nó. Trong khi các vật chất này chìm xuống, kim cương lại đang được đẩy lên và ngậm vào bên trong những bằng chứng của quá trình đó.

"Nghiên cứu các mẫu khoáng chất nhỏ được hình thành trong quá trình kết tinh sâu của kim cương có thể dạy chúng ta rất nhiều về thành phần và động lực của lớp mantle, bởi vì kim cương bảo vệ các khoáng chất khỏi những thay đổi bổ sung trên đường đi của chúng lên bề mặt đất", Shirey nói.

Trong một nghiên cứu mới được trình bày tại Hội nghị thường niên của Hiệp hội địa chấn học Hoa Kỳ năm này, Shirey và nhóm nghiên cứu của mình đã có thêm một phát hiện từ những viên kim cương xanh.

Bởi chúng là những viên kim cương duy nhất hình thành ở độ sâu gần 700 km, những viên kim cương này là bằng chứng cho thấy trong quá khứ, hành tinh của chúng ta đã chứng kiến những trận động đất rất mạnh ở dưới lớp Mantle.

Hầu hết các trận động đất ngày nay xảy ra gần bề mặt Trái Đất với độ sâu chỉ khoảng 70km. Động đất loại này xảy ra do sức ép tích tụ tại một vết đứt gãy giữa hai khối đá, khiến các khối này đột ngột trượt qua nhau.

Nhưng trong quá khứ, những trận động đất đã diễn ra dưới tận độ sâu 700 km. Chúng hình thành do nước lỏng từ lớp vỏ Trái Đất bị nhấn chìm vào mantle, trong quá trình tái chế vỏ Trái Đất đã nói ở trên.

Kim cương hình thành trong chất lỏng do đó, nếu kim cương ở đó, chất lỏng cũng phải ở dưới đó, Shirey nói. "Chúng tôi biết chất lỏng đang ở dưới đó, chúng tôi biết chúng đang chuyển động và cấu trúc thạch học của kim cương cho bạn biết điều đó, bởi vì những viên kim cương này luôn hình thành trong các vùng của lớp mantle nơi chất lỏng đang chuyển động".

Vì vậy, không chỉ có vẻ đẹp, những viên kim cương xanh đang ẩn chứa nhiều dữ liệu khoa học hơn cả những câu chuyện thần bí xung quanh chúng. Những viên kim cương này xứng đáng là báu vật có một không hai của ngành địa chất và địa chấn học.

Tham khảo Scitechdaily, Phys, Smithsonianmag