Một nghiên cứu mới cho thấy những viên kim cương lớn nhất, có giá trị nhất thế giới có thể được sinh ra trong các túi kim loại lỏng nằm sâu trong lòng Trái đất.
Các nhà nghiên cứu cho biết, phát hiện này cho thấy các túi kim loại lỏng được tiêu trên khắp lớp phủ của Trái đất, giữa lớp vỏ và lõi của hành tinh, có thể đóng vai trò chính trong việc carbon và các nguyên tố khác quan trọng như thế nào đối với vòng đời giữa bề mặt Trái đất và bề mặt hành tinh.
Nói chung, kim cương hình thành sâu trong đá nóng của lớp phủ Trái đất, nổi lên trên bề mặt với các vụ phun trào núi lửa. Viên kim cương chất lượng đá quý lớn nhất được tìm thấy cho đến nay là viên kim cương Cullinan, được khai quật ở Nam Phi vào năm 1905. Viên kim cương 3.1106,75 carat, sau đó được cắt thành nhiều mảnh đánh bóng, ban đầu nặng 1,37 lbs. (621,35 gram) và dài khoảng 3,86 inch (9,8 cm).
Nghiên cứu trước đây phát hiện ra rằng những viên kim cương chất lượng đá quý lớn nhất thế giới nổi bật so với những viên ngọc nhỏ hơn không chỉ về kích thước, mà cả về cấu tạo và cấu trúc.
Evan Smith, nhà địa chất học tại Viện Đá quý Hoa Kỳ ở New York cho biết: "Chúng có rất ít các vùi bị mắc kẹt bên trong chúng - đó là vật liệu không phải là kim cương". "Chúng cũng tương đối tinh khiết, điều đó có nghĩa là hầu hết những viên kim cương này chỉ được làm từ các nguyên tử carbon, không giống như nhiều viên kim cương khác, có chứa các nguyên tử nitơ ở đây và thay thế cho các nguyên tử carbon của chúng."
Ngoài ra, khi những viên kim cương lớn nhất ở trạng thái thô ráp, chưa được đánh bóng, "chúng có hình dạng bất thường, giống như một cây kẹo mút đã ở trong miệng một lúc, thay vì những viên pha lê đẹp, đối xứng mà người ta thường nghĩ đến với kim cương". Smith nói với Live Science.
Những khác biệt này khiến các nhà khoa học suy đoán rằng những viên kim cương lớn có thể hình thành theo những cách khác nhau từ những viên kim cương nhỏ hơn, phổ biến hơn. Tuy nhiên, những viên kim cương chất lượng đá quý lớn nhất thế giới "đáng giá rất nhiều tiền đến nỗi rất khó để tiếp cận với chúng để nghiên cứu", Smith nói. Điều này đã cản trở các nghiên cứu có thể giải quyết bí ẩn về nguồn gốc của những viên đá quý lớn này, ông giải thích.
Bây giờ, Smith và các đồng nghiệp của ông đã phân tích 42 mẫu vật đã hoàn thành của những viên ngọc như vậy mà mỗi chiếc được cho các nhà nghiên cứu mượn trong vài giờ một lần. Ngoài ra, các nhà khoa học đã kiểm tra hai mẫu chưa hoàn thành và chín mẫu được gọi là "đường tắt", các mảnh còn sót lại sau khi các mặt của viên ngọc được cắt và đánh bóng để có độ lấp lánh tối đa.
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện các hạt kim loại nhỏ bị mắc kẹt bên trong các mẫu này. Các tác giả bao gồm hỗn hợp sắt, niken, carbon và lưu huỳnh, một sự kết hợp chưa từng thấy trong kim cương thông thường, đồng tác giả nghiên cứu Steven Shirey, nhà hóa học tại Viện khoa học Carnegie ở Washington, DC Các nhà khoa học cũng phát hiện ra dấu vết của mêtan và hydro trong không gian mỏng giữa các vùi và kim cương bao quanh.
Các hạt kim loại là bằng chứng cho thấy những viên kim cương khổng lồ có khả năng có nguồn gốc bất thường, các nhà nghiên cứu cho biết. Hóa học của các vùi kim loại này cho thấy rằng những viên kim cương lớn kết tinh từ các túi chất lỏng kim loại. Ngược lại, những viên kim cương khác có khả năng phát triển từ một loại súp hóa học chứa đầy carbon, oxy và hydro, Smith nói.
Một số mẫu mà các nhà nghiên cứu đã kiểm tra cũng sở hữu các vùi khoáng chất chứa silicon hình thành ở áp suất cao được tìm thấy ở độ sâu cực độ, các nhà khoa học cho biết. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng kim cương lớn là "superdeep" đá quý mà hình thức có khả năng ở độ sâu khoảng 254-410 dặm (410-660 km). Trong khi đó, nghiên cứu trước đây gợi ý rằng hầu hết kim cương đá quý khác hình thành ở độ sâu chỉ 93-124 dặm (150 đến 200 km).
Những phát hiện này cung cấp bằng chứng trực tiếp về các phản ứng hóa học bị nghi ngờ, được dự đoán từ lâu trong lớp phủ của Trái đất tạo ra các túi hợp kim sắt-niken, Smith nói. Ngược lại, hầu hết sắt và niken trong lớp phủ của Trái đất thường liên kết với oxy hoặc hóa chất khác, ông giải thích.
Mặc dù kim cương lớn và kim cương phổ biến hơn đôi khi được tìm thấy cùng nhau, điều đó không có nghĩa là chúng được hình thành cùng nhau, Shirey nói với Live Science. Thay vào đó, magma tương tự chảy lên trên để mang những viên kim cương lớn lên bề mặt cũng có thể kéo lên những viên kim cương nhỏ hơn hình thành ở độ sâu nông hơn, ông nói.
Những phát hiện này không nên được đưa ra để gợi ý rằng "có một đại dương kim loại lỏng nằm sâu trong lớp phủ của Trái đất", Smith nói. Kim loại lỏng có khả năng chỉ xuất hiện trong các túi "giới hạn ở kích cỡ có thể bằng nắm tay, nếu tôi đoán, đó là hạt tiêu trong lớp phủ", ông nói thêm.
"Không có nhiều sắt kim loại này - chỉ khoảng 1% hoặc hơn lớp phủ", Smith nói. "Tuy nhiên, nó thay đổi cách chúng ta phải suy nghĩ về Trái đất sâu hơn, bởi vì các nguyên tố như carbon hòa tan tốt trong sắt kim loại. Điều này có nghĩa là sự hiện diện của kim loại này có thể tác động đến chu trình của carbon, nitơ và hydro từ Trái đất sâu lên bề mặt , từ lớp phủ của Trái đất đến nơi chúng ta sống. "
Nghiên cứu trong tương lai có thể điều tra những yếu tố khác trong những viên kim cương lớn này hoặc các đường cắt của chúng và những đồng vị được bao gồm, Smith nói.
"Điều đó có thể giúp làm sáng tỏ nguồn gốc của kim loại này. Nó đến từ đâu, hình thành như thế nào, nó có tuổi thọ như thế nào, nó tham gia vào quá trình nào", ông nói.
Các nhà khoa học đã trình bày chi tiết phát hiện của họ trực tuyến hôm nay (15/12) trên tạp chí Science.
