Phát hiện ra một thứ băng chưa từng tồn tại trong tự nhiên nằm giữa một viên kim cương

Giữa lớp kim cương cứng được hình thành sâu trong vỏ Trái Đất, các nhà khoa học phát hiện ra thứ nước đá chưa từng xuất hiện trong tự nhiên. Khám phá khoa học này đã được đăng tải hôm thứ Năm trên tạp chí Science, đánh dấu mốc lần đầu tiên các nhà nghiên cứu tìm ra được vật chất băng-VII trên Trái Đất.

Và cũng như nhiều khám phá khoa học khác, họ ngẫu nghiên tìm được thứ băng chưa từng thấy này.

Băng-VII chỉ đặc bằng 1,5 lần loại đá ta thường dùng để pha nước, cấu trúc tinh thể của các nguyên tử bên trong băng-VII cũng rất khác lạ. Trong đá thường, hay còn gọi là đá-I, nguyên tử oxy nằm thành khối lục giác. Trong băng-VII, những nguyên tử này được xếp thành các khối lập phương.

Oliver Tschauner, giáo sư địa chất học tại Đại học Nevada, Las Vegas lý giải rằng có rất nhiều loại băng khác nhau được hình thành dưới những điều kiện áp suất và nhiệt độ khác nhau. Rõ ràng là đã có tới 7 loại băng khác nhau, khi mà loại băng mới này có số hiệu La Mã là VII.

Đây là điều bất thường.

Thông thường, khi ép một vật chất gì đó ở dạng cứng bằng cách tăng áp lực lên vật chất đó, khoảng cách giữa các liên kết hóa học sẽ giảm đi, các liên kết sẽ lại gần nhau hơn. Đây được gọi là tính nén.

Nhưng nước đá lại có tính nén rất thấp. Khi chúng chịu một lượng áp lực lớn, chúng không lại gần nhau mà lại tự biến thành một cấu trúc khác. Ví dụ, khi bạn đưa đủ áp lực vào băng-I, chúng sẽ biến thành băng-II, có cấu trúc khối hộp thoi. Tiếp tục tăng áp suất, chúng sẽ biến thành băng-II, IV, V, VI và mới đây nhất, ta phát hiện ra băng-VII trong tự nhiên.

Điểm đặc biệt của băng-VII này là chúng vẫn ổn định ngay cả khi tăng thêm áp suất vào.

Cấu trúc băng-VII.

Các nhà khoa học tin rằng băng-VII có rất nhiều trong Hệ Mặt Trời, chủ yếu là bên trong các mặt trăng băng như Enceladus và Europa, hay có thể tồn tại dưới đáy đại dương trên bề mặt Titan. Nhưng nó sẽ không xuất hiện một cách tự nhiên trên Trái Đất.

Trên trái đất có những nơi có đủ áp suất để tạo nên băng-VII, tuy nhiên, những điểm ấy nằm rất sâu trong vỏ Trái Đất, nơi có nhiệt độ cao do lõi Trái Đất tỏa nhiệt liên tục. Băng-VII hoàn toàn có thể được tạo ra trong phòng thí nghiệm, nhưng với khám phá mới – băng-VII bị kẹp giữa kim cương, thì ta đã có một cái nhìn khác.

Kim cương có thể được hình thành ở sâu trong lớp vỏ Trái Đất. Biến động địa chất sẽ đưa chúng lên bề mặt Trái Đất.

Chính đây là lý do khiến cho kim cương là nguồn cung cấp mẫu vật chất quan trọng cho khoa học. "Thông thường những khoáng chất nằm bên dưới lớp vỏ Trái Đất sẽ trở nên bất ổn khi chúng tiếp xúc với một môi trường có áp suất thấp", nhà khoáng vật học George Rossman tham gia nghiên cứu trên nói.

Kim cương được tạo nên từ bên trong lớp vỏ Trái Đất thường không chứa được băng-VII. Như đã nói ở trên, lớp vỏ này quá ấm để băng-VII có thể tồn tại.

Tuy nhiên, như trong nghiên cứu lần này đã chỉ ra, thì kim cương có thể bắt được những bong bóng nhỏ, cực đặc gồm cấu thành bởi nước có áp lực lớn. Khi kim cương trồi dần lên, nước bên trong kim cương tiếp xúc với nhiệt độ lạnh hơn mà vẫn đang nằm dưới áp lực cực lớn (giữa hai viên kim cương). Vì thế, băng-VII hình thành.

Đội ngũ nghiên cứu thừa nhận rằng họ không chủ đích đi tìm thứ băng này. Nhưng khi quét kim cương để tìm dấu vết của carbon dioxide, họ tìm thấy băng-VII, lần đầu tiên trên bề mặt Trái Đất.

Nhờ khám phá này, băng-VII đã được xác nhận là khoáng chất.

Nhà khoa học Rossman hồ hởi nói: "Nước nằm bên trong kim cương thì chẳng lạ, nhưng tìm được nước đá bên trong áp suất cực lớn của kim cương thì hoàn toàn là ngẫu nhiên. Thế người ta mới gọi là khám phá chứ!".