Phát hiện mới mở ra những suy luận chưa từng có về cấu trúc ḷng đất cũng như cách nó thao túng các mảng lục địa.
Một viên kim cương h́nh thành sâu trong lớp manti của Trái Đất mang trong ḿnh một khoáng chất chưa được khoa học biết đến. Phát hiện mới vừa hé lộ cho ta biết chút ít về cấu trúc lớp đất ở độ sâu hơn 660 kilomet, đồng thời giúp các nhà địa chất hiểu hữu về cách lớp manti thao túng các mảng lục địa.
Khoáng chất thuộc dạng canxi silicat perovskit chỉ h́nh thành ở nơi có áp suất cực lớn nằm sâu trong ḷng đất. Nhiều khả năng, mẫu vật được phân tích h́nh thành ở lớp đất sâu khoảng 660 cho tới 900 km dưới bề mặt Trái Đất. Dù rằng các nhà khoa học đă từng tạo được nó trong môi trường pḥng thí nghiệm với áp suất 20 gigapascal (gấp gần 200.000 áp suất không khí trong bầu khí quyển), nhưng canxi silicat perovskit nhân tạo lại chuyển trạng thái khi không c̣n ở trong môi trường áp suất lớn.
Giới khoa học giả định rằng sẽ không bao giờ thu thập được canxi silicat perovskit trong tự nhiên. “Chúng tôi nghĩ tỷ lệ lấy được mẫu thấp tới nỗi chưa bao giờ để mắt t́m”, nhà khoáng vật học Oliver Tschauner công tác tại Đại học Nevada nhận định.
Viên kim cương chứa khoáng chất mới được phát hiện.
Việc phát hiện ra mẫu canxi silicat perovskit khiến cả ông Tschauner và cộng sự sửng sốt. Khi phân tích những vết lỗi có trong một mẫu kim cương khai thác được từ Orapa, Botswana, nhóm nghiên cứu t́m thấy ba mẩu canxi silicat perovskit tí hon, với cấu trúc không giống bất cứ mẫu vật tương tự nào từng được t́m thấy trước đây.
Nhóm nghiên cứu đặt tên cho khoáng vật mới là “davemaoite” theo tên nhà địa chất học Ho-Kwang “Dave” Mao, người tiên phong trong ứng dụng kim cương để tạo ra áp suất lớn. Khám phá của Tschauner và cộng sự đă được đăng tải trên tạp chí Science.
Bởi lẽ đá trong lớp manti và lớp vỏ Trái Đất liên kết chặt chẽ với nhau, các nhà địa chất học có thể đoán được phần lớn thành tố tạo nên lớp manti chỉ nhờ quan sát cấu trúc lớp vỏ. Các hoạt động địa chất vẫn đẩy đá và khoáng chất sâu bên dưới Trái Đất lên gần bề mặt, và quá tŕnh kéo dài hàng triệu năm này có thể làm lộ thiên những “kho báu” vô giá.
Khoáng vật dưới sâu sẽ biến đổi khi chúng rời khỏi môi trường áp suất và nhiệt độ cao của lớp manti, duy chỉ có kim cương bất biến. Đó là lư do kim cương trở thành “cánh cửa sổ” cho phép các nhà nghiên cứu nh́n sâu vào bên trong ḷng đất. Kim cương h́nh thành ở độ sâu ít nhất 150 km dưới bề mặt, và có những viên kim cương được h́nh thành ở độ sâu lên tới 1.000 km.
Cấu trúc tinh thể của kim cương được cấu tạo từ carbon nguyên chất, nhưng thỉnh thoảng, sẽ có những tạp chất lẫn bên trong khối khoáng vật cứng cáp này. Và v́ kim cương rắn chắc vô cùng, những tạp chất hiển vi lẫn trong cấu trúc kim cương luôn chịu một áp suất vô cùng lớn, ngay cả khi viên kim cương lộ thiên.
“Kim cương không để thứ ǵ chui vào hay thoát ra khỏi nó. Kim cương là một chiếc hộp kín hoàn hảo”, nhà địa chất Oded Navon, người không tham gia vào nghiên cứu mới, nhận định.
Lượng chất davemaoite có trong viên kim cương Botswana cực nhỏ, những mẩu tạp chất chỉ có chiều ngang từ 5-10 micromet. Giáo sư Tschauner và cộng sự đă sử dụng tia x để phân tích tạp chất có trong viên kim cương, sau đó dùng tia laser chiếu vào 2 trong ba mẩu vật chất nhỏ, làm nó bốc hơi và đưa thành phẩm vào một thiết bị có tên quang phổ kế khối lượng để t́m hiểu thành phần cấu tạo của chúng.
Nhóm phát hiện ra khoáng chất davemaoite chứa một lượng lớn kali; theo lời giáo sư Tschauner, rất có thể kali đă góp phần ổn định khoáng vật đă bị lộ thiên. Theo lời nhà địa chất Yingwei Fei, lượng kali lớn c̣n mở ra khả năng tồn tại một “băng chuyền” vận chuyển nguyên tố giữa lớp vỏ và lớp manti. Ông Fei không tham gia nghiên cứu, nhưng hiện đang viết một báo cáo khoa học bổ nghĩa cho phát hiện mới của nhóm giáo sư Tschauner.
Kali không xuất hiện nhiều ở lớp manti, nhưng rất có thể nó đă di chuyển xuống độ sâu này từ lớp vỏ.
Kali có thể có tính phóng xạ, và khoáng chất mới được phát hiện davemaoite cũng chứa một lượng nhỏ những nguyên tố phóng xạ như thorium và uranium, hai chất vốn không “ḥa thuận” với nhiều những khoáng chất khác tồn tại ở lớp manti dưới. Đây là phát hiện quan trọng, bởi lẽ hiện tượng phân ră của những nguyên tố phóng xạ này góp phần tạo nên khoảng ⅓ nhiệt lượng sinh ra trong ḷng đất.
Suy luận từ mật độ khoáng chất có trong bề mặt Trái Đất, các nhà nghiên cứu ước tính davemaoite chiếm khoảng 5-7% thành phần lớp manti dưới. Tuy nhiên, ông Tschauner cho rằng davemaoite không được phân bổ đều. V́ thế, rất có thể những vựa uranium hay davemaoite giàu thorium chính là lư do khiến nhiều vị trí trong lớp manti có nhiệt độ cao hơn những điểm khác.
Những “điểm nóng” này có thể chính là yếu tố khiến khoáng vật tuần hoàn trong vỏ Trái Đất, đồng thời khiến các mảng địa chất dịch chuyển; từng ảnh hưởng nhỏ của những điểm nóng này có thể gây ra hiệu ứng dây chuyền, làm biến đổi cấu trúc bề mặt Trái Đất.
Khác biệt trong mật độ khoáng chất và các chất phóng xạ có thể mở ra những kiến thức mới về mối liên hệ giữa vỏ Trái Đất và các lớp manti dưới sâu, thậm chí có thể giải thích cách các nguyên tố di chuyển trong ḷng đất. Đây là một lĩnh vực nghiên cứu h́nh thành cách đây không lâu, và những phát hiện mới hứa hẹn sẽ mở rộng thư viện kiến thức địa chất của nhân loại.
Games
