Lỗ hổng nhỏ trong kim cương giữ bí mật cho sự hình thành của các lục địa đầu tiên.
Trong một nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các vùi - sự không hoàn hảo bị chế giễu bởi các nhà kim hoàn nhưng có giá trị đối với các nhà khoa học - để theo dõi sự hình thành kim cương. Họ phát hiện ra rằng các khoáng chất sulfide bên trong các vùi tồn tại cuối cùng ở bề mặt hành tinh 2,5 tỷ năm trước, trước khi sự gia tăng của oxy trong khí quyển.
Các phát hiện tiết lộ lịch sử của các lục địa và lớp phủ nơi kim cương hình thành, nhà lãnh đạo nghiên cứu Karen Smit, một nhà khoa học nghiên cứu tại Viện Đá quý phi lợi nhuận của Mỹ cho biết. Những viên kim cương trong nghiên cứu, được tìm thấy ở Tây Phi, chỉ ra rằng các lục địa cổ đại trong khu vực đó được hình thành bởi sự hút chìm, một quá trình trong đó một phiến của lớp vỏ đẩy dưới lớp khác.
"Chúng ta có thể theo dõi suốt 2,5 tỷ năm lịch sử Trái đất chỉ bằng cách đưa vào sunfua này", Smit nói với Live Science.
Bên trong một viên kim cương
Kim cương hình thành sâu trong lớp phủ. Hầu hết, Smit nói, hình thành xung quanh 125 dặm (200 km) sâu, và một số hình thức thậm chí sâu hơn, khoảng 250-435 dặm xuống (400 đến 700 km). Các lỗ sâu nhất từng khoan, các Kola Superdeep giếng khoan ở Nga, chỉ thâm nhập 7,6 dặm (12 km). Kim cương sau đó được đưa lên bề mặt khá nhanh thông qua các vụ phun trào núi lửa sâu.
Smit và các đồng nghiệp của cô đang nghiên cứu nitơ trong kim cương từ vùng Zimmi của Sierra Leone khi họ nhận thấy rằng các hạt sunfua có kích thước lốm đốm trong các viên kim cương có dấu hiệu tồn tại trong lớp phủ trước khi kim cương hình thành, có nghĩa là chúng bị mắc kẹt trong quá trình kết tinh kim cương và mang lên bề mặt với chúng. Họ bắt đầu điều tra các đồng vị của lưu huỳnh trong các vùi. Đồng vị là biến thể của các nguyên tử có số nơtron khác nhau trong hạt nhân.
Những gì họ tìm thấy cho thấy rằng các vùi đã thực sự rất cũ. Oxy che chắn lưu huỳnh khỏi các phản ứng nhất định với tia cực tím, vì vậy các nhà nghiên cứu có thể biết liệu lưu huỳnh hình thành trong môi trường giàu oxy hay oxy thấp. Những đồng vị này hình thành trong khí quyển trước khi có nhiều oxy trong khí quyển, khoảng 2,5 tỷ năm trước, Smit nói. Bản thân những viên kim cương trẻ hơn rất nhiều và được hình thành vào khoảng 650 triệu năm trước.
Lịch sử của các châu lục
Sau đó, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra các vùi tương tự trong kim cương từ mỏ Ekati của Canada. Các vùi này có 3,5 tỷ năm tuổi và không có tín hiệu đồng vị giống như kim cương Tây Phi. Sự tương phản kể một câu chuyện về cách các lục địa hình thành, Smit nói. Ban đầu, các lục địa có lẽ được hình thành từ lớp phủ tan chảy chảy ra dưới dạng bazan, tương tự như cách Iceland hay Hawaii hình thành ngày nay. Các khoáng chất trong lớp vỏ này hình thành trong lớp phủ, không tiếp xúc với khí quyển.
Tuy nhiên, sau đó trong lịch sử Trái đất, việc hút chìm trở nên quan trọng để hình thành các lục địa ổn định. Một khối vỏ sẽ nghiền dưới lớp khác; vật chất đậm đặc hơn sẽ chìm xuống và vật liệu ít đậm đặc hơn sẽ hình thành lớp vỏ lục địa. Đây là cách lưu huỳnh trong kim cương Tây Phi sẽ có được sâu bên dưới bề mặt, Smit nói.
Lớp vỏ ổn định và lâu dài nhất được gắn vào các phần của lớp phủ gọi là "keels", được đặt tên như vậy vì chúng ổn định lớp vỏ giống như một chiếc keel ổn định một con tàu. Nhiều nghiên cứu về kim cương giàu bao gồm có thể giúp giải thích làm thế nào và tại sao những chiếc keels này hình thành, Smit nói. Cho đến nay, chỉ có bốn địa điểm trên khắp thế giới, bao gồm Tây Phi và Canada, với những viên kim cương chứa cả tạp chất sunfua và khoáng chất được sử dụng để xác định niên đại của kim cương. Nhiều địa điểm sẽ giúp theo dõi lịch sử Trái đất chi tiết hơn, Smit nói, nhưng những nghiên cứu này rất khó khăn vì kim cương bị phá hủy trong quá trình phân tích.
"Chúng tôi cần kim cương," Smit nói, "để phá hủy cho khoa học."
