thuha19051234
Pearl
Các nhà khảo cổ đã đào được một viên kim cương nằm sâu trong lòng đất ở khu vực Botswana, chứa một loại khoáng chất lạ chưa từng thấy trước đây trong tự nhiên. Khám phá này cũng tiết lộ những thông tin đáng ngạc nhiên về cấu trúc hành tinh ở độ sâu hơn 600 km, đồng thời cũng giúp các nhà địa chất học có cái nhìn chính xác hơn về cách các lớp phủ ảnh hưởng và kiểm soát đến việc kiến tạo vỏ Trái Đất.
Loại khoáng chất được tìm thấy được đặt tên là “davemaoite” theo tên nhà địa chất học Ho-Kwang “Dave” Mao - người tiên phong trong việc thực hiện các thí nghiệm sử dụng kim cương. Khoáng chất này trong viên kim cương là một dạng CaSiO3 (canxi silicat perovskite) chỉ tồn tại và hình thành dưới áp suất cực cao xảy ra sâu trong lòng đất. Theo nhà khoáng vật học Oliver Tschauner của Đại học Nevada, Las Vegas, viên kim cương này được xác định có thể hình thành trong khoảng từ 660 đến 900 km dưới bề mặt Trái Đất.
Loại khoáng chất này trước đây đã được tạo ra trong phòng thí nghiệm ở môi trường áp suất 20 gigapascal (gần 200.000 lần áp suất khí quyển) nhưng khi đưa ra khỏi môi trường áp suất nhân tạo, nó lập tức biến đổi thành dạng khác.
Vì thế, các nhà nghiên cứu cho rằng không thể lấy được Canxi silicat perovskite tự nhiên từ lớp phủ ngoài trái đất, "cơ hội tìm thấy nó thấp đến mức chúng tôi chưa bao giờ có ý định tìm nó".
Oliver Tschauner cùng các đồng nghiệp của mình tìm thấy 3 đốm nhỏ Canxi silicat perovskite trên viên kim cương, đồng thời sử dụng kỹ thuật được gọi là nhiễu xạ tia X synchron để chiếu tia X năng lượng cao vào một số điểm nhất định bên trong viên kim cương.
Cấu trúc tinh thể của kim cương là thuần carbon nhưng chúng có thể bám theo những loại tạp chất khác của môi trường trong quá trình hình thành. Vì kim cương rất cứng cho nên chúng sẽ tạo nên lớp bảo vệ cho những loại chất này dưới áp suất rất cao. Oded Navon, một nhà địa chất học nghiên cứu kim cương và lớp phủ sâu tại Đại học Hebrew ở Jerusalem, cho biết: “Viên kim cương không để lọt bất cứ thứ gì vào hoặc ra ngoài. Nó thực sự là một chiếc hộp đóng hoàn hảo.”
Số lượng khoáng chất davemaoite trong viên kim cương được tìm thấy ở Botswanan cực kỳ nhỏ, chỉ là 3 đốm với độ rộng khoảng 5 đến 10 micromet. Tschauner cùng các nhà nghiên cứu đã sử dụng chùm tia X để chiếu sâu vào bên trong các đốm này sau đó gửi nó qua một thiết bị gọi là khối phổ để xác định nguyên tố nào tạo nên các mẫu này. Họ phát hiện hàm lượng kali cao đáng kinh ngạc trong davemaoite và cho rằng chính điều này đã giúp ổn định lớp khoáng chất khi tồn tại ở bề mặt trái đất. Yingwei Fei, nhà địa hóa tại Viện Khoa học Carnegie đã viết trong một bài xã luận rằng "Kali không phải là chất hiện diện chính trong lớp phủ sâu của Trái Đất, nhưng nó có khả năng di chuyển đến các mảng kiến tạo khác nhau của Trái đất".
Tschauner cũng nói rằng chất phóng xạ là một dạng của kali và davemaoite cũng chứa một lượng nhỏ các nguyên tố phóng xạ như thorium và uranium. Những chất này khó bị hấp thụ bởi các khoáng chất khác, điều này cũng góp phần giải thích cho việc tạo ra nhiệt lượng trong lòng trái đất qua sự phân rã các nguyên tố. Ông cũng suy ra rằng davemaoite chiếm khoảng 5 đến 7% của các lớp phủ sâu trong Trái Đất qua việc phân tích nồng độ khoáng chất gần bề mặt Trái Đất, nhưng khoáng chất rõ ràng không được phân bố đồng đều. Và các phần davemaoite giàu uranium và thorium có thể có nhiều hơn ở những nơi có nhiệt độ cao hơn.
Những thay đổi về nồng độ khoảng chất cũng tạo ra những tác động đáng kể đến bề mặt hành tinh của chúng ta. Những phát hiện này sẽ tiếp tục mở ra những hướng đi mới cho lĩnh vực nghiên cứu địa chất học.
Nguồn Scientificamerican
Loại khoáng chất này trước đây đã được tạo ra trong phòng thí nghiệm ở môi trường áp suất 20 gigapascal (gần 200.000 lần áp suất khí quyển) nhưng khi đưa ra khỏi môi trường áp suất nhân tạo, nó lập tức biến đổi thành dạng khác.
Vì thế, các nhà nghiên cứu cho rằng không thể lấy được Canxi silicat perovskite tự nhiên từ lớp phủ ngoài trái đất, "cơ hội tìm thấy nó thấp đến mức chúng tôi chưa bao giờ có ý định tìm nó".
Oliver Tschauner cùng các đồng nghiệp của mình tìm thấy 3 đốm nhỏ Canxi silicat perovskite trên viên kim cương, đồng thời sử dụng kỹ thuật được gọi là nhiễu xạ tia X synchron để chiếu tia X năng lượng cao vào một số điểm nhất định bên trong viên kim cương.
Davemaoite đóng một vai trò địa hóa quan trọng trong lớp phủ của Trái đất
Từ phát hiện bất ngờ này, các nhà khoa học về địa chất đã có những lời giải thích hợp lý hơn khi phân tích về cấu tạo lớp bề mặt của trái đất. Những lớp khoáng chất sẽ thay đổi khi chúng ở trong những môi trường áp suất và nhiệt độ khác nhau, nhưng kim cương thì khác, chúng không hề thay đổi hình dạng ở những vùng này. Kim cương đã được nghiên cứu là hình thành dưới bề mặt ít nhất 150 km và một số loại còn được tìm thấy ở độ sâu 1.000 km tính từ bề mặt trái đất.Cấu trúc tinh thể của kim cương là thuần carbon nhưng chúng có thể bám theo những loại tạp chất khác của môi trường trong quá trình hình thành. Vì kim cương rất cứng cho nên chúng sẽ tạo nên lớp bảo vệ cho những loại chất này dưới áp suất rất cao. Oded Navon, một nhà địa chất học nghiên cứu kim cương và lớp phủ sâu tại Đại học Hebrew ở Jerusalem, cho biết: “Viên kim cương không để lọt bất cứ thứ gì vào hoặc ra ngoài. Nó thực sự là một chiếc hộp đóng hoàn hảo.”
Số lượng khoáng chất davemaoite trong viên kim cương được tìm thấy ở Botswanan cực kỳ nhỏ, chỉ là 3 đốm với độ rộng khoảng 5 đến 10 micromet. Tschauner cùng các nhà nghiên cứu đã sử dụng chùm tia X để chiếu sâu vào bên trong các đốm này sau đó gửi nó qua một thiết bị gọi là khối phổ để xác định nguyên tố nào tạo nên các mẫu này. Họ phát hiện hàm lượng kali cao đáng kinh ngạc trong davemaoite và cho rằng chính điều này đã giúp ổn định lớp khoáng chất khi tồn tại ở bề mặt trái đất. Yingwei Fei, nhà địa hóa tại Viện Khoa học Carnegie đã viết trong một bài xã luận rằng "Kali không phải là chất hiện diện chính trong lớp phủ sâu của Trái Đất, nhưng nó có khả năng di chuyển đến các mảng kiến tạo khác nhau của Trái đất".
Tschauner cũng nói rằng chất phóng xạ là một dạng của kali và davemaoite cũng chứa một lượng nhỏ các nguyên tố phóng xạ như thorium và uranium. Những chất này khó bị hấp thụ bởi các khoáng chất khác, điều này cũng góp phần giải thích cho việc tạo ra nhiệt lượng trong lòng trái đất qua sự phân rã các nguyên tố. Ông cũng suy ra rằng davemaoite chiếm khoảng 5 đến 7% của các lớp phủ sâu trong Trái Đất qua việc phân tích nồng độ khoáng chất gần bề mặt Trái Đất, nhưng khoáng chất rõ ràng không được phân bố đồng đều. Và các phần davemaoite giàu uranium và thorium có thể có nhiều hơn ở những nơi có nhiệt độ cao hơn.
Những thay đổi về nồng độ khoảng chất cũng tạo ra những tác động đáng kể đến bề mặt hành tinh của chúng ta. Những phát hiện này sẽ tiếp tục mở ra những hướng đi mới cho lĩnh vực nghiên cứu địa chất học.
Nguồn Scientificamerican
