Tìm thấy khoáng chất lớp phủ Trái đất trong một viên kim cương

Oliver Tschauner, nhà địa hóa học tại Đại học Nevada, Las Vegas, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu, đặt tên cho khoáng chất là davemaoite, theo tên của Ho-kwang ‘Dave’ Mao, nhà khoa học đã có nhiều khám phá tiên phong trong lĩnh vực địa hóa và địa vật lý áp suất cao.

Davemaoite chủ yếu là canxi silicat (CaSiO3), nhưng nó có thể hấp thu các đồng vị phóng xạ của uranium, thorium và kali. Các đồng vị này tạo ra rất nhiều nhiệt ở lớp phủ dưới của Trái đất - lớp nằm giữa vỏ và lõi của hành tinh. Nhờ đặc tính hấp thu nhiệt, davemaoite vận chuyển nhiệt sâu trong Trái đất, giúp tạo thành chu trình nhiệt giữa lớp phủ dưới và lớp vỏ, thúc đẩy các quá trình như kiến ​​tạo mảng.

Khoáng chất này không thể tồn tại trên bề mặt Trái đất mà chỉ tồn tại ở độ sâu 660–2.700 km dưới bề mặt Trái đất, nơi có áp suất và nhiệt độ cao. Nhưng những đốm davemaoite mới tìm thấy có thể tồn tại trên bề mặt vì nó đã được bao phủ trong một viên kim cương. Tschauner nói: “Đó là sức mạnh giữ áp suất cao của kim cương."

Viên kim cương hình bát diện màu xanh lục được khai quật cách đây nhiều thập kỷ tại mỏ Orapa, mỏ kim cương lộ thiên lớn nhất thế giới ở Botswana. Năm 1987, một đại lý khoáng sản đã bán viên kim cương cho George Rossman, nhà khoáng vật học tại Viện Công nghệ California, Pasadena. Tschauner, Rossman và các đồng nghiệp đã bắt đầu nghiên cứu nó cách đây vài năm để tìm hiểu về các khoáng chất bị mắc kẹt trong kim cương dưới lòng đất.

Các nhà khoa học đã chụp viên kim cương bằng tia X, cho thấy các chất chứa bên trong rất giàu canxi. Nghiên cứu sâu hơn đã xác nhận đó là canxi silicat, có thể tạo thành các dạng tinh thể khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Tschauner cho biết canxi silicat trong viên kim cương này có cấu trúc tinh thể perovskite chỉ xuất hiện ở nhiệt độ và áp suất của độ sâu ​​660 đến 900 km, tạo thành davemaoite. Các nhà khoa học đã tạo ra perovskite canxi silicat áp suất cao trong phòng thí nghiệm và đưa ra giả thuyết rằng nó tồn tại ở lớp phủ dưới của Trái đất, nhưng chưa bao giờ xác định được nó trong các mẫu địa chất trước đây.

Theo Tschauner, davemaoite là một trong ba khoáng chất chính trong lớp phủ dưới của Trái đất, chiếm khoảng 5–7% vật chất ở đó. Và nó là một trong ba khoáng chất chứa uranium và thorium. Cấu trúc tinh thể của davemaoite cho phép nó dễ dàng hoán đổi canxi cho các nguyên tố này, tạo ra nhiệt do phân rã phóng xạ.

Những viên kim cương khác cũng có thể chứa dấu vết của davemaoite. Yingwei Fei, nhà địa hóa học tại Viện Khoa học Carnegie ở Washington DC, cho biết viên kim cương lần này tìm thấy tại Orapa rất giàu kali - vì vậy để tìm thấy nhiều davemaoite hơn, có thể tìm kiếm những viên kim cương nằm sâu dưới mặt đất ở những khu vực giàu kali.

“Tôi chắc chắn sẽ tiếp tục tìm kiếm," Tschauner nói.

Nghiên cứu của ông và cộng sự đã được công bố trên tạp chí Science vào tuần trước.