Núi lửa phun... kim cương

Khi dòng dung nham nguội đi, các nhà địa chất phát hiện trong lớp đá mắc ma mới có lẫn những tinh thể kim cương nhỏ li ti, đường kính tối đa 0,76mm.

700 viên kim cương

Tolbachik là một trong 29 núi lửa đang hoạt động ở Kamchatkan, từng phun trào dữ dội vào năm 1975. Ngày 27/11/2012, tại Tolbachik xuất hiện tiếng nổ và 2 khe nứt. Dòng dung nham đỏ rực trào ra, chảy liên tục 10 tháng theo 3 hướng Đông, Tây, Nam.

Thỉnh thoảng, trên 2 khe nứt lại nổ tia lửa, phun cột tro khói cao hàng trăm mét. Bất chấp mùa đông nước Nga đóng băng vạn vật, dòng dung nham đốt cháy mọi thứ trên đường đi, bốc khói và hơi nước mù mịt. Khi sự phun trào tắt hẳn và mặt đất an toàn trở lại, Tiến sĩ Erik Galimov (Nga) cùng nhóm đồng nghiệp tới lấy mẫu đá núi lửa mới mang về nghiên cứu. Họ kinh ngạc phát hiện trong đá có lẫn các tinh thể kim cương quý giá sáng lấp lánh.

Đá kimberlite có chứa kim cương.

Sau khi tiến hành tìm kiếm và đo đạc cẩn thận, Galimov nhận thấy, các viên kim cương này chỉ có kích thước dưới 0,76mm. Chúng nằm ngay trên các tảng đá núi lửa mới được tạo ra sau vụ phun trào. Ông lọc ra được tổng cộng khoảng 700 viên kim cương. Dưới kính hiển vi, Galimov nhìn rõ chúng mang hình khối bát diện (8 mặt) hơi tròn hoặc bầu dục, màu sắc khá tối nhưng vẫn đích thực là những viên đá quý.

Tự tạo bằng khí?

Theo lý thuyết địa chất, núi lửa có khả năng phun ra kim cương. Loại đá quý này ẩn trong các khối đá dưới độ sâu từ 150km trở lên. Địa cầu có cấu tạo 3 lớp: Lớp vỏ (vỏ đại dương, vỏ lục địa), lớp phủ (manti) và lớp lõi (nhân). Trong độ sâu từ 150 - 450m của lớp phủ có chứa một loại đá đôi khi lẫn kim cương là kimberlite.

Tại độ sâu này ở một số vị trí, sức nóng và áp lực đủ mạnh để biến đổi carbon (C) thành kim cương, đính trên bề mặt đá kimberlite. Nếu nguồn mắc ma của một ngọn núi lửa đến từ độ sâu đủ lớn và lực phun trào đủ mạnh, nó sẽ bắn ra kimberlite chứa kim cương.

Một số tinh thể kim cương siêu nhỏ được tìm thấy trong đá núi lửa mới nguội của Tolbachik.

Lần phun trào kimberlite gần đây nhất là vào khoảng 10.000 - 20.000 năm, tại Tanzania (quốc gia ở Đông Phi). Khoảng 30 triệu năm về trước tại Cộng hòa Dân chủ Congo (quốc gia ở Trung Phi), cũng có một vụ phun trào kimberlite. Mật độ quá sức thưa này chứng minh, khả năng xảy ra hiện tượng núi lửa phun kim cương là cực kỳ hiếm.

Vụ phun trào núi lửa Tolbachik năm 2012 - 2013 tuy dai dẳng nhưng không hề mạnh. Theo lý thuyết, chúng không thể “moi” nổi kimberlite (nếu có) dưới lòng đất sâu hàng trăm km lên làm dung nham. Ngay cả các ngọn núi lửa dữ dội hơn của Kamchatkan như Sheveluch, Klyuchevskoi, Bezymianny… cũng ngoài khả năng. Vậy những tinh thể kim cương siêu tí hon lẫn trong đá dung nham Tolbachik đến từ đâu?

Phân tích chất liệu các viên nano kim cương Tolbachik cho thấy, chúng được cấu thành từ nitơ (N), flo (F), clo (Cl) và silicon (Si). Cả 4 nguyên tố này đều là những vật liệu chính hình thành nên kim cương bên cạnh C. So sánh chúng với kim cương tổng hợp, Galimov thấy có sự tương đồng. Ông suy đoán các tinh thể kim cương Tolbachik được hình thành theo cách tương tự như chế tạo kim cương tổng hợp.

Kim cương tổng hợp (còn gọi kim cương nhân tạo) được hình thành như sau: Đưa hạt carbon và các chất khí cần thiết vào trong buồng nén áp suất khoảng 1,5 triệu pound/inch vuông, duy trì nhiệt độ 1.500oC cho đến khi các vật chất tự liên kết với nhau, tạo thành tinh thể kim cương.

Khi núi lửa Tolbachik phun trào dung nham, nó cũng giải phóng carbon. Trước khi bị trào ra ngoài, một số hạt C đã kịp kết hợp với các nguyên tố khác cũng có trong dung nham là N, F, Cl, Si và tạo nên tinh thể kim cương tổng hợp. Nói cách khác, núi lửa Tolbachik tự làm ra kim cương từ các chất khí ẩn trong nguồn mắc ma của nó.

Với kim cương nhân tạo, con người phải dùng lực nén tương đương với áp lực dưới lòng đất sâu trên 100m.

Kim cươngTolbachik được tạo ra ngay trong quá trình phun trào mắc ma, tức là không hề cần đến áp suất. Nếu suy đoán của Galimov chính xác, ngọn núi lửa này đúng là một nhà giả kim tài tình tột bậc. Nó không chỉ biến không khí thành vật chất siêu giá trị, mà còn mở ra một nguyên lý mới: Tạo kim cương không cần lực nén.

Ngoài N, F, Cl, Si, trong dung nham Tolbachik còn nhiều chất khác như natri (Na), hydro (H), nhôm (Al), canxi (Ca)… Kim cương do nó tạo ra cũng bị lẫn tạp chất, không trong, đẹp hoàn hảo.

Trên lớp đá núi lửa mới của Tolbachik bây giờ, tất nhiên vẫn có kim cương. Nhưng nó không có giá trị! Giá trị của một viên kim cương nằm ở kích thước của nó. Những nano kim cương Tolbachik còn chưa tới 1mm chỉ là vụn đá quý bỏ đi mà thôi.