| Một giếng khoan để khai thác kim cương ở vùng Siberia, thuộc Nga. (Nguồn: New Scientist) |
Nhà địa chất người Mỹ Evan Smith là một nghiên cứu sinh tại Viện Nghiên cứu Đá quý ở thành phố New York. Tại đây, ông nghiên cứu một loại kim cương quý hiếm có kích cỡ cực lớn, đặc biệt nguyên chất và vô cùng đắt giá.
Những viên kim cương đặc biệt này - bao gồm viên kim cương nặng tới 3.106 carat được đặt tên là Cullinan - được cho là đã được hình thành trong những hoàn cảnh khác nhau so với hầu hết các viên kim cương khác trên hành tinh của chúng ta.
Trong một bài báo xuất bản trên tạp chí Khoa học (Mỹ), ông Smith xác nhận giả thuyết này và đưa ra bằng chứng vật lý đầu tiên cho thấy lớp lõi manti bên trong lòng Trái Đất chứa đầy kim loại và những vật chất hình thành nên kim cương.
“Chúng ta thường cho rằng lớp lõi manti này chỉ là một lớp vật chất chứa toàn đá, nhưng những viên kim cương này lại cho chúng ta biết rằng không chỉ có đá ở trong đó,” ông nói.
Hiểu biết của các nhà khoa học về phần lõi bên trong Trái Đất hãy còn hạn chế, một phần là do họ chưa bao giờ có thể tận mắt nhìn thấy phần nằm sâu bên trong Trái Đất.
“Chúng ta có thể khoan xuống đất để thăm dò nhưng chỉ sâu được khoảng vài kilomet là cùng,” Smith nói.“Thật sự không thể lấy được các mảnh đá từ lõi sâu bên trong Trái Đất.”
| Khu mỏ kim cương Mir ở vùng Đông Siberia (Nga) nay đã bị bỏ hoang. (Nguồn: Amusing Planet) |
Phần lớn các viên kim cương thông thường đều nằm ở độ sâu từ 144 đến 193km bên dưới bề mặt Trái Đất, ông Smith cho biết. Theo Smith, lý do duy nhất mà chúng ta có thể tiếp cận và khai thác được chúng là vì chúng đã được những đợt phun trào núi lửa hiếm và cực mạnh từ cách đây hàng triệu năm đẩy lên những tầng địa chất nằm gần bề mặt Trái Đất.
Truy tìm xuất xứ
Các manh mối hóa học được tìm ra từ viên kim cương Cullinan và các viên kim cương khác tương tự mà ông Smith đang nghiên cứu cho thấy chúng đã được tạo nên ở những độ sâu lớn hơn hẳn so với các viên kim cương thông thường khác - khoảng 360 đến 718km sâu trong lõi Trái Đất.
Bản thân các viên kim cương không hé lộ nhiều về xuất xứ của chúng, ông Smith nói. Do đó, để tìm hiểu về môi trường hóa học bên trong Trái Đất, ông đã phải tìm kiếm các mảnh vật liệu "phi kim cương" cực nhỏ ẩn sâu trong các viên kim cương đặc biệt này. Các nhà khoa học gọi đó là các thể vùi. Những thể vùi này xuất hiện ngay khi kim cương được hình thành từ nhiều triệu năm trước.
Phần lớn những người mua bán kim cương đều coi các thể vùi này là những khiếm khuyết trong những viên kim cương, nhưng với ông Smith thì chúng lại là phần giá trị nhất của loại đá quý này.
“Việc nghiên cứu các thể vùi của một viên kim cương cho chúng ta biết xuất xứ và thành phần hóa học của nó như thế nào,” ông nói.
| Một khối kim cương thô, còn chứa nhiều tạp chất bên trong. (Nguồn: Live Science) |
Tuy nhiên, việc tìm ra các thể vùi trong những viên kim cương như viên Cullinan không dễ dàng.
Trở ngại đầu tiên là hầu hết các nhà khoa học đều khó có thể có được các viên kim cương có kích thước rất to lớn này. Bởi vì chúng quá hiếm và trị giá quá lớn nên chúng thường rơi vào sở hữu của các hoàng gia hoặc giới siêu giàu, chứ không phải các nhà địa chất.
Smith đã khắc phục trở ngại này bằng cách cộng tác với Viện Nghiên cứu Đá quý Mỹ, một tổ chức phi lợi nhuận có mục tiêu bảo vệ niềm tin của công chúng vào đá quý và đồ trang sức và phòng tránh hàng giả bằng cách xét nghiệm và phân loại kim cương.
“Viện này là một nơi hoàn hảo để nghiên cứu những viên kim cương hiếm vì ở đây thường xuyên có số lượng lớn kim cương được gửi đến để nhờ kiểm tra, phân loại,” ông Smith nói. “Phần lớn công việc nghiên cứu của chúng tôi là theo dõi những viên kim cương được gửi đến đây, và mượn chúng trong vài giờ để quan sát chúng qua kính hiển vi.”
Một thách thức nữa là trong các viên kim cương này không có nhiều thể vùi. Điều này có nghĩa là các nhà nghiên cứu phải quan sát rất nhiều viên kim cương loại này để tìm ra những viên ẩn chứa những thông tin hóa học hữu ích.
Bằng sự kiên trì và bền bỉ, cuối cùng Smith đã phân tích được 53 thể vùi trong những viên kim cương hiếm.
Nghiên cứu của Smith đã kết luận: Những viên kim cương cực lớn này được hình thành từ một chất lỏng chứa sắt, niken, carbon và lưu huỳnh cũng như các vi lượng vật chất khác. Bởi vì một số trong những vật chất này chỉ xuất hiện ở những nơi có áp suất cực cao nên Smith kết luận rằng những viên kim cương này đã được hình thành ở các độ sâu cực lớn trong lớp lõi manti của Trái Đất.
| Những viên kim cương lớn được lấy lên từ lòng đất. (Nguồn: Los Angeles Times) |
Nghiên cứu của ông cũng cho thấy trong lớp manti này có chứa nhiều thành phần kim loại.
“Điều này đã được dự đoán từ lâu dựa vào các học thuyết, nhưng giờ thì chúng ta đã có bằng chứng khẳng định lõi sâu của Trái Đất chứa rất nhiều thành phần kim loại hiếm,” Smith nói.
Dầu vậy, công việc nghiên cứu của Smith với những viên kim cương khổng lồ vẫn chưa kết thúc.
Trong tương lai, ông muốn xác định xem liệu các thành phần khác có được tìm thấy trong lớp kim loại hình thành nên những viên kim cương hay không, đồng thời muốn tìm hiểu xem việc phân tích dấu vết hóa học của carbon hay lưu huỳnh lưu lại trong các viên kim cương có thể cho ông biết xuất xứ của các vật chất này không.
“Đối với chúng tôi, mọi việc chỉ mới bắt đầu,” ông nói.