Kim Cương được hình thành như thế nào?

Trái với điều mà nhiều người vẫn tin, hầu hết các viên kim cương không hình thành từ than đá.

Sự hình thành của kim cương: Kim cương được tìm thấy ở hoặc gần bề mặt trái đất đã hình thành qua bốn quá trình khác nhau. Các hoạt động kiến ​​tạo tầng trên trình bày bốn phương pháp tạo thành kim cương này.

Các phương pháp hình thành kim cương

Nhiều người tin rằng kim cương được hình thành từ sự biến chất của than đá. Ý tưởng đó tiếp tục là câu chuyện “làm thế nào để kim cương hình thành” trong nhiều lớp học khoa học.

Than  hiếm khi đóng một vai trò trong việc hình thành kim cương. Trên thực tế, hầu hết các viên kim cương nhiều tuổi hơn so với các loại cây cối đầu tiên của trái đất – nguồn nguyên liệu tạo than! Điều đó đủ chứng minh ý tưởng rằng các mỏ kim cương của Trái Đất không phải được hình thành từ than đá.

Một vấn đề khác nữa với ý tưởng là các đường nối bằng than đá là các lớp trầm tích thường xuất hiện dưới dạng các đơn vị đá ngang hoặc gần ngang. Tuy nhiên, nguồn đá của kim cương là các ống thẳng đứng chứa đầy đá lửa.

Bốn quy trình được cho là có mặt trong hầu như tất cả các viên kim cương tự nhiên đã được tìm thấy ở hoặc gần bề mặt trái đất. Một trong những quy trình này chiếm gần 100% lượng kim cương đã từng khai thác. Còn lại là ba nguồn không nhỏ của thương mại kim cương.

Những quá trình này hiếm khi liên quan đến than.

1) Sự hình thành kim cương trong lòng đất

Các nhà địa chất tin rằng các viên kim cương trong tất cả các mỏ kim cương trên trái đất được hình thành trong lớp phủ và được chuyển tới bề mặt bởi các vụ phun trào núi lửa nguồn sâu. Những vụ phun trào này tạo ra các ống kimberlite và lamproite được tìm kiếm bởi các nhà khai thác kim cương. Những viên kim cương bị phong hoá và bị xói mòn từ những trầm tích phun trào hiện nay đang nằm trong các trầm tích ở các dòng suối và bờ biển.

Sự hình thành các viên kim cương tự nhiên đòi hỏi nhiệt độ và áp suất rất cao. Những điều kiện này xảy ra trong khu hạn chế về lớp vỏ  Trái Đất  khoảng 90 dặm (150 km) bên dưới bề mặt nơi có nhiệt độ ít nhất là 2000 độ F (1050 độ C) [1]. Môi trường áp suất nhiệt độ quan trọng này đối với sự hình thành và sự ổn định của kim cương không có mặt trên toàn cầu. Thay vào đó, nó được cho là có mặt chủ yếu ở lớp phủ bên dưới các tấm lát lục địa ổn định [2].

Những viên kim cương được hình thành và lưu trữ trong những “vùng ổn định kim cương” này được chuyển tới bề mặt trái đất trong quá trình phun trào núi lửa nguồn sâu. Những vụ phun trào này làm hỏng các lớp manti và mang chúng nhanh chóng đến bề mặt [3]. Xem địa điểm 1 trong sơ đồ ở đầu trang. Loại phun trào núi lửa này cực kỳ hiếm và đã không xảy ra vì các nhà khoa học đã có thể nhận ra chúng.

Than có liên quan chăng? Than là một loại đá trầm tích, được hình thành từ các mảnh vụn của nhà máy lắng đọng trên bề mặt trái đất. Nó hiếm khi được chôn sâu lớn hơn hai dặm (3,2 km). Rất khó khi than đã được di chuyển từ lớp vỏ xuống độ sâu dưới đáy của đĩa lục địa. Nguồn carbon cho các viên kim cương lớp vỏ này có thể là carbon bị mắc kẹt trong nội thất trái đất vào thời điểm sự hình thành của hành tinh này.

2) Sự hình thành kim cương trong các vùng trũng

Những viên kim cương nhỏ đã được tìm thấy trong những tảng đá được cho là đã bị chìm sâu vào lớp vỏ bằng các quá trình kiến ​​tạo mảng – sau đó quay trở lại bề mặt [4]. (Xem Vị trí 2 trong sơ đồ ở đầu trang.) Sự hình thành kim cương trong một tấm niêm yết có thể xảy ra dưới 50 độ (80 ki lô mét) dưới bề mặt và ở nhiệt độ thấp nhất là 390 độ Fahrenheit (200 độ Celsius) 1]. Trong một nghiên cứu khác, kim cương từ Braxin đã được tìm thấy có chứa các khoáng chất nhỏ phù hợp với khoáng vật của vỏ đại dương [8]. Những viên kim cương có thể vùi cho thấy rằng nước biển đã tham gia vào quá trình hình thành chúng [9].

Than có tham gia ở đây chăng? Than là nguồn carbon có thể cho quy trình tạo kim cương này. Tuy nhiên, các tấm biển đại dương có nhiều khả năng là ứng viên cho sự lấn sụt hơn các tấm lục địa vì mật độ của chúng cao hơn. Các nguồn cacbon có thể xảy ra nhất từ ​​sự khuếch tán của một tấm biển đại dương là các đá cacbonat như đá vôi, đá cẩm thạch, và dolomite, và có thể là các hạt mảnh vụn của thực vật trong trầm tích ngoài khơi.

3) Hình thành kim cương tại các điểm ảnh hưởng

Trong suốt lịch sử của nó, trái đất đã bị các tiểu hành tinh lớn va chạm nhiều lần . Khi những tiểu hành tinh này tấn công trái đất, nhiệt độ và áp lực cực kỳ sẽ được tạo ra. Ví dụ: khi sáu dặm (10 km) rộng tiểu hành tinh tấn công trái đất, nó có thể được đi du lịch với tốc độ lên đến 9-12 dặm mỗi giây (từ 15 đến 20 km mỗi giây). Khi va chạm, đối tượng cường độ cao này sẽ tạo ra một vụ nổ năng lượng tương đương với hàng triệu vũ khí hạt nhân và nhiệt độ nóng hơn mặt trời [5].

Các điều kiện nhiệt độ và áp suất cao của tác động như vậy là quá đủ để tạo ra kim cương. Lý thuyết về sự hình thành kim cương này được hỗ trợ bởi sự khám phá ra những viên kim cương nhỏ xung quanh một vài địa điểm tác động của tiểu hành tinh.

Những viên kim cương nhỏ, nhỏ xíu một milimet đã được tìm thấy tại Meteor Crater ở Arizona. Các kim cương công nghiệp đa tinh thể có kích thước lên đến 13 mm đã được khai thác tại miệng núi lửa Popigai ở miền bắc Siberia, Nga. [7]

Than có tham gia trong sự hình thành này chăng? Than có thể có mặt trong khu vực mục tiêu của những tác động này và có thể phục vụ như nguồn carbon các viên kim cương. Các đá vôi, đá cẩm thạch, dolomite, và các loại đá chứa carbon khác cũng là các nguồn carbon tiềm năng.

4) Sự hình thành trong vũ trụ

Các nhà nghiên cứu NASA đã phát hiện ra một số lượng lớn kim cương nhỏ trong một số thiên thạch. (Kim cương là có diện tích vài nanomet – một phần tỉ của đường kính). Khoảng ba phần trăm carbon trong những thiên thạch này được chứa dưới dạng các kim cương nhỏ. Chúng quá nhỏ để sử dụng làm đá quý hoặc mài mòn công nghiệp; tuy nhiên, chúng là nguồn nguyên liệu kim cương [6].

Các nhà nghiên cứu Smithsonian cũng tìm thấy một lượng lớn các viên kim cương nhỏ khi cắt một mẫu từ thiên thạch Allen Hills [7]. Những viên kim cương này trong thiên thạch được cho là đã hình thành trong không gian thông qua những vụ va chạm tốc độ cao tương tự như việc các viên kim cương hình thành trên trái đất ở các vị trí tác động.

Than tham gia? Than không tham gia vào việc tạo ra những viên kim cương này. Nguồn carbon là từ một cơ thể khác Trái Đất.

Bằng chứng thuyết phục nhất

Bằng chứng thuyết phục nhất cho thấy than đá không đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành hầu hết các viên kim cương là sự so sánh giữa tuổi kim cương của trái đất và tuổi cây sớm nhất.

Hầu hết các viên kim cương đã được hình thành trong thời kỳ Precambrian Eon – khoảng thời gian giữa sự hình thành của Trái Đất (khoảng 4.600.000 năm trước) và thời kỳ Cambri (khoảng 542 triệu năm trước). Ngược lại, những cây thực vật sớm nhất đã không xuất hiện trên trái đất cho đến khoảng 450 triệu năm trước – gần 100 triệu năm sau khi hình thành hầu hết các viên kim cương thiên nhiên của trái đất.

Vì than đá được hình thành từ các mảnh vụn trên đất liền, và các cây trồng lâu đời nhất là trẻ hơn hầu hết các viên kim cương đã từng được ghi ngày tháng, thật dễ dàng kết luận rằng than không đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành các viên kim cương trên trái đất.

– Phạm Thị Hòa