Hé lộ manh mối bất ngờ về sự hình thành Trái đất

Từ những vết lỗi trong mạng tinh thể gần như hoàn hảo của kim cương, các nhà khoa học vừa tìm ra cách để trích xuất những bí mật bị giấu kín từ lâu về quá khứ của hành tinh chúng ta.

“Chúng tôi thích những viên mà không ai khác thực sự muốn” - nhà địa hóa Yaakov Weiss từ Đại học Columbia, đề cập đến những viên kim cương chứa đầy tạp chất trông không lung linh và sáng bóng như những viên kim cương trang sức.

Những viên đá quý dạng sợi, trông bẩn thỉu lại là kho thông tin chứa đầy những thông điệp từ sâu bên trong Trái đất. Cấu trúc carbon của một viên kim cương hoàn hảo không chứa đủ đồng vị phóng xạ để giúp các nhà nghiên cứu xác định niên đại của nó, nhưng các vi thể được tìm thấy trong các vết rạn của nó thì có thể.

Những vết rạn này có thể tạo thành các túi nhỏ có thể bao bọc các chất hóa học mà từ đó những viên kim cương được sinh ra.

Weiss giải thích: “Chúng ta có thể coi kim cương như những con tàu thời gian, như những sứ giả từ một nơi mà chúng ta không có cách nào nhìn thấy".

Đôi khi những viên kim cương này chứa các chất rắn khác như các dạng băng kỳ lạ, thường là các khoáng chất không thể tiếp cận từ trong lòng Trái đất, hoặc thậm chí là một viên kim cương khác. Những thông điệp vững chắc này có thể khó giải thích, vì các thể vùi (inclusion) có thể đã hình thành vào những thời điểm khác nhau từ viên kim cương mà chúng đang nằm yên bên trong.

Tuy nhiên, các hốc khác trong cấu trúc của viên kim cương đã chứa các chất lỏng từng xâm nhập vào lớp phủ thạch quyển lục địa. Thạch quyển Trái đất là phần trên cùng của lớp phủ - nằm giữa vỏ Trái đất và lõi bên ngoài - dưới bề mặt 150 đến 200 km và là nơi kim cương được "sinh ra".

Tại đây, nhiệt độ và áp suất cực cao từ tất cả đá ở trên có thể ép các nguyên tử cacbon vào cấu trúc có trật tự gọn gàng của một viên kim cương. Trên thực tế, chất lỏng thấm từ bên trên cung cấp carbon mà từ đó những viên kim cương được hình thành.

Giờ đây, một kỹ thuật mới đã cho phép các nhà nghiên cứu xác định niên đại của những chất lỏng đó bên trong những viên kim cương được tìm thấy ở miền nam Châu Phi.

Weiss cho biết: “Đây là lần đầu tiên chúng tôi có thể có được độ tuổi đáng tin cậy cho những chất lỏng này".

Cấu trúc của một viên kim cương dường như ngăn không cho heli rò rỉ ra ngoài, cho phép Weiss và các đồng nghiệp làm già những tảng đá này bằng cách sử dụng đồng vị heli-4. Sử dụng phương pháp mới này, nhóm nghiên cứu đã xác định được ba giai đoạn hình thành kim cương riêng biệt trong các khối đá dưới lòng đất, cuối cùng chúng sẽ kết tụ lại với nhau để tạo thành lớp phủ của Châu Phi. Các chất lỏng hình thành kim cương đã thay đổi qua các thời kỳ, từ giàu cacbonat sang silicone và cuối cùng là muối.

Giai đoạn đầu tiên của quá trình hình thành kim cương diễn ra trong Đại Nguyên sinh, cách đây 2,6 tỉ đến 750 triệu năm, khi những tảng đá này va chạm vào nhau tạo thành những dãy núi lớn. Các nhà nghiên cứu nghi ngờ những vụ va chạm này đã cho phép các chất lỏng giàu cacbonat chìm sâu trong Trái đất, nhưng chính xác như thế nào thì vẫn chưa được biết.

Giai đoạn tiếp theo cũng trùng với giai đoạn hình thành núi, cách đây 540 đến 300 triệu năm trong Đại Cổ sinh, tạo ra kim cương với thể vùi giàu silicone.

Sau đó, 130 đến 85 triệu năm trước trong kỷ Phấn trắng, chất lỏng trở nên mặn hơn - cho thấy những viên kim cương này được hình thành từ nơi từng là đáy đại dương.

Sau đó, tất cả các viên đá này đều được đưa đến gần bề mặt Trái đất hơn thông qua hoạt động núi lửa sâu, chẳng hạn như vụ phun trào Kimberlite cách đây 85 triệu năm, nơi mà những người thợ mỏ gần đây đã tìm thấy chúng.

"Nam Phi là một trong những nơi được nghiên cứu tốt nhất trên thế giới, nhưng chúng tôi rất hiếm khi có thể nhìn thấy ngoài những dấu hiệu gián tiếp về những gì đã xảy ra ở đó trong quá khứ" - nhà địa hóa học Đại học Columbia Cornelia Class cho biết, giải thích rằng những giọt chất lỏng này là một cách hiếm hoi để liên kết các sự kiện từ sâu bên trong Trái đất với các sự kiện trên bề mặt.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications.