Viên kim cương siêu hiếm ở độ sâu 660 km hé lộ bí mật khiến các nhà khoa học bất ngờ

Do những hạn chế của công nghệ-kỹ thuật, con người vẫn chưa thể hiểu hết về thế giới sâu bên dưới bề mặt hành tinh của chúng ta.

Các nhà khoa học từ lâu đã nghĩ rằng khi lớp phủ trên chuyển sang lớp phủ dưới nóng hơn, dày đặc hơn, các khoáng chất có thể chứa ít nước hơn nhiều.

Tuy nhiên, việc phát hiện ra ‘sứ giả’ nằm ở độ sâu hàng trăm km của Trái đất, phần nào giúp các nhà khoa học có được cái nhìn hiếm có về thế giới bí ẩn này.

‘Người đưa tin’ đó là một viên kim cương vừa được tìm thấy ở độ sâu 660 km.

Cụ thể, một viên kim cương mới được khai quật gần đây tại mỏ kim cương Karowe ở Botswana (quốc gia miền nam châu Phi) có rất nhiều hốc chứa dấu vết của ringwoodit, ferropericlase, enstatit và các khoáng chất khác cho thấy kim cương hình thành cách bề mặt Trái đất 660 km.

BÍ MẬT CỦA KIM CƯƠNG Ở CÁCH CỤC 660 KM

Điều đặc biệt hơn, theo một nhóm các nhà nghiên cứu do nhà vật lý khoáng sản Tingting Gu thuộc Viện Đá quý New York (Mỹ) đứng đầu, môi trường mà viên kim cương này hình thành – sự phân chia giữa lớp phủ trên và lớp dưới được gọi là sự gián đoạn 660 km. (hay đơn giản hơn là vùng chuyển tiếp) – RẤT GIÀU NƯỚC.

Nhóm các nhà khoa học viết trên tạp chí: “Sự hiện diện của ringwoodit với các pha ngậm nước cho thấy môi trường rất ẩm ướt ở ranh giới này. Đây là một phát hiện đáng kinh ngạc” Khoa học địa chất tự nhiên.

Hình ảnh viên kim cương siêu hiếm ở độ sâu 660 km. Nguồn: Nathan D. Renfro và Tingting Gu / Journal of Nature Geoscience

Kết quả cho thấy có thể có nước sâu bên trong Trái đất hơn các nhà khoa học nghĩ, điều này có thể ảnh hưởng đến sự hiểu biết của chúng ta về chu trình nước sâu và kiến ​​tạo mảng trên hành tinh.

Các nhà khoa học phân tích: Phần lớn bề mặt Trái đất được bao phủ bởi các đại dương. Tuy nhiên, nếu xét đến hàng nghìn km giữa bề mặt và lõi của hành tinh, chúng hầu như chỉ là một vũng nước nhỏ. Ngay cả ở điểm sâu nhất, đại dương chỉ dày 11 km.

Nhưng vỏ Trái đất là một thứ nứt nẻ và phân mảnh, với các mảng kiến ​​tạo riêng biệt mài vào nhau và trượt dưới các cạnh của nhau. Tại các đới hút chìm này, nước thấm sâu hơn vào hành tinh, đến tận lớp phủ thấp hơn.

Theo thời gian, nó quay trở lại bề mặt thông qua hoạt động núi lửa. Chu trình dòng chảy xuống, dòng chảy ra này được gọi là chu trình nước sâu, tách biệt với chu trình nước hoạt động trên bề mặt.

Trái đất được tạo thành từ một số lớp: Lớp vỏ, Lớp áo và Lớp lõi. Ảnh gốc: NASA – Vietsub: Vosystemthienvan

Hiểu được cách thức hoạt động và lượng nước ở dưới đó cũng rất quan trọng để hiểu hoạt động địa chất của hành tinh chúng ta. Ví dụ, sự hiện diện của nước có thể ảnh hưởng đến sự bùng nổ của một vụ phun trào núi lửa và đóng một vai trò trong hoạt động địa chấn.

Tuy nhiên, vì chúng ta không thể đi xuống đó, nên chúng ta phải đợi bằng chứng về việc nước có thể chạm tới chúng ta, giống như nó ở dạng kim cương hình thành dưới sức nóng và áp suất cực lớn.

Nhà vật lý khoáng sản Tingting Gu và các đồng nghiệp của bà gần đây đã nghiên cứu chi tiết về một loại đá quý như vậy, tìm thấy 12 mỏ khoáng chất và một cụm vật chất màu trắng đục.

Để nghiên cứu viên kim cương, họ đã sử dụng các hình thức phân tích “không phá hủy”, bao gồm quang phổ hiển vi Raman; sử dụng tia laser để tiết lộ một cách không xâm phạm các đặc tính vật lý nhất định của vật liệu; và nhiễu xạ tia X để xem xét cấu trúc bên trong của viên kim cương, thăm dò các tạp chất này để xác định bản chất của chúng mà không cần cắt ra.

Trong số các tạp chất, họ tìm thấy một tập hợp của ringwoodit (magie silicat ở nhiệt độ và áp suất cao) tiếp xúc với ferropericlase (magie / oxit sắt) và enstatit (một magie silicat khác).

Ringwoodite có thành phần hóa học tương tự như olivin, vật liệu chính của lớp phủ trên, nhưng hình thành dưới áp suất và nhiệt mạnh đến mức cho đến năm 2008, các nhà khoa học mới chỉ tìm thấy nó trong một mẫu thiên thạch. .

Ringwoodite thường được tìm thấy ở vùng chuyển tiếp giữa lớp phủ trên và dưới, từ 410 đến 660 km dưới bề mặt Trái đất, và có thể chứa nhiều nước hơn nhiều so với các khoáng chất Bridgmanite và ferropericlase.

Một số tạp chất chính trong kim cương bao gồm enstatit, ringwoodit, coesit và có thể cả perovskite. Nguồn: Tingting Gu và cộng sự, Nature Geoscience, 2022.

Ở áp suất cao tại vùng chuyển tiếp, ringwoodit bị phân hủy thành ferropericlase, cũng như một khoáng chất khác được gọi là Bridgmanite. Ở áp suất thấp hơn gần bề mặt, Bridgmanite trở thành enstatit. Sự hiện diện của họ trong viên kim cương kể câu chuyện về một cuộc hành trình, cho thấy rằng viên đá được hình thành ở độ sâu trước khi quay trở lại lớp vỏ.

Đó không phải là tất cả.

Ringwoodite đặc biệt có các đặc điểm cho thấy nó được ngậm nước trong tự nhiên – một loại khoáng chất hình thành khi có nước. Trong khi đó, các khoáng chất khác được tìm thấy trong kim cương, chẳng hạn như brucite, cũng có tính ưa nước. Những manh mối này cho thấy rằng môi trường mà viên kim cương hình thành khá ẩm ướt.

Bằng chứng về nước trong khu vực chuyển tiếp đã được tìm thấy trước đây, nhưng bằng chứng đó không đủ để đánh giá lượng nước ở đó.

Nhóm các nhà khoa học viết trong bài báo: “Mặc dù sự hình thành của kim cương lớp phủ thường liên quan đến sự hiện diện của kim cương lỏng, cực sâu với các tập hợp khoáng chất tạo lỗ hổng tương tự”. hiếm khi quan sát thấy kết hợp với các khoáng chất ngậm nước “.

Phát hiện này cũng có thể ảnh hưởng đến các mô hình kiến ​​tạo mảng. Tingting Gu cho biết cô hy vọng các nhà khoa học sẽ có thể kết hợp những phát hiện của nghiên cứu này vào các mô hình về cách nước trong lớp phủ có thể ảnh hưởng đến các quá trình như dòng đối lưu bên trong Trái đất. Điều này đến lượt nó làm tăng tốc quá trình kiến ​​tạo mảng bằng cách đốt nóng lớp phủ của Trái đất một cách không đều, khiến các phần ấm hơn tăng lên và dịch chuyển các mảng của Trái đất trong hàng triệu năm.

Nghiên cứu được công bố ngày 26 tháng 9 năm 2022 trên tạp chí Khoa học địa chất tự nhiên.

Bài viết sử dụng nguồn: Sciencealert, Livescience