Giải mã nguồn gốc những viên kim cương lớn nhất thế giới

Viên kim cương Lesedi La Rona nặng 1.111 carat được phát hiện tại mỏ Karowe ở Botswana vào năm 2015 và được bán với giá 53 triệu USD vào năm 2017. (Ảnh: Getty Images)

Nghiên cứu mới cho thấy những viên kim cương khổng lồ này hình thành từ vật chất của đáy đại dương cổ đại bị hút sâu vào lòng đất hàng trăm triệu năm trước, đồng thời mở ra hướng tiếp cận mới giúp xác định các khu vực có tiềm năng chứa những viên kim cương quý hiếm.

Kết quả nghiên cứu do nhóm nhà khoa học thuộc Đại học Cape Town (Nam Phi) thực hiện đã được công bố trên tạp chí The Conversation và được nhiều cơ quan truyền thông quốc tế đăng tải. Theo các nhà nghiên cứu, những phát hiện mới không chỉ góp phần lý giải hành trình địa chất kéo dài hàng trăm triệu năm của các viên kim cương khổng lồ, mà còn cung cấp thêm hiểu biết về các quá trình vận động sâu trong lòng Trái Đất.

Nhóm kim cương hiếm nhất thế giới

Đối tượng nghiên cứu là nhóm kim cương đặc biệt mang tên CLIPPIR - viết tắt của các đặc điểm như giống kim cương Cullinan, kích thước lớn, ít tạp chất, tinh khiết, hình dạng không đều và từng chịu quá trình hòa tan tự nhiên.

Nhóm kim cương này chỉ chiếm chưa tới 1% tổng số kim cương trên Trái Đất nhưng lại bao gồm nhiều viên nổi tiếng nhất từng được khai thác. Trong đó có viên Cullinan nặng 3.106 carat được phát hiện tại mỏ Premier ở Nam Phi; viên Lesedi La Rona nặng 1.111 carat được tìm thấy tại mỏ Karowe (Botswana) năm 2015 và được bán với giá 53 triệu USD vào năm 2017; hay viên Motswedi nặng 2.492 carat được khai thác tại cùng mỏ này năm 2024.

Không giống phần lớn kim cương chất lượng đá quý hình thành ở độ sâu khoảng 150-200 km dưới các lục địa cổ, kim cương CLIPPIR được xếp vào nhóm "kim cương siêu sâu", hình thành ở độ sâu trên 400 km, trong vùng chuyển tiếp của lớp phủ Trái Đất.

Lớp phủ là tầng đá nóng dày nằm giữa lõi Trái Đất và lớp vỏ ngoài. Do con người chưa thể tiếp cận trực tiếp khu vực này, những viên kim cương siêu sâu được ví như "sứ giả" mang thông tin quý giá về cấu trúc và quá trình vận động trong lòng hành tinh.

Dấu vết của đáy đại dương cổ đại

Theo Giáo sư Geoffrey Howarth, chuyên gia địa chất thuộc Đại học Cape Town và là tác giả nghiên cứu, mục tiêu của nhóm là tìm hiểu loại đá nào từng chứa các viên kim cương khổng lồ trước khi chúng được đưa lên bề mặt thông qua các vụ phun trào núi lửa. Để giải đáp câu hỏi này, các nhà khoa học tập trung nghiên cứu olivin - loại khoáng vật phổ biến nhất trong lớp phủ Trái Đất và cũng là thành phần chính trong đá kimberlite.

Kimberlite là loại đá magma hiếm hình thành rất sâu dưới lòng đất và di chuyển cực nhanh lên bề mặt, giống như một "chiếc thang máy tự nhiên" đưa kim cương cùng nhiều khoáng vật khác từ lớp phủ lên mặt đất. Khi magma kimberlite dịch chuyển, nó cuốn theo các tinh thể olivin từ những lớp đá đi qua. Thành phần hóa học của olivin lưu giữ "dấu vân tay" của các lớp đá sâu, phản ánh hàm lượng sắt cũng như đặc điểm đồng vị oxy của môi trường nơi chúng hình thành.

Thông qua phân tích hóa học của olivin, nhóm nghiên cứu phát hiện các đá kimberlite chứa kim cương CLIPPIR đều có mối liên hệ với những vùng vật chất đặc biệt giàu sắt trong lớp phủ. Đây được xem là bằng chứng mới cho thấy các viên kim cương khổng lồ có nguồn gốc từ lớp vỏ đại dương cổ đại giàu bazan. Trước khi bị hút sâu vào lòng đất, lớp vỏ này từng chịu tác động của các dòng nước nóng lưu thông dưới đáy biển, làm thay đổi thành phần hóa học. Khi các mảng kiến tạo dịch chuyển, phần đáy đại dương này bị kéo xuống sâu trong lớp phủ, nơi nhiệt độ và áp suất cực lớn đã biến carbon thành kim cương.

Theo các nhà nghiên cứu, phát hiện mới cũng giúp giải đáp một trong những câu hỏi còn bỏ ngỏ lâu nay: loại đá nào đã lưu giữ các viên kim cương siêu sâu trước khi chúng được magma đưa lên mặt đất.

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng đặt ra một vấn đề khác. Những khối đá giàu sắt này có mật độ rất lớn nên không thể tự nổi lên bề mặt như một số giả thuyết trước đây. Nhóm nghiên cứu cho rằng quá trình vận chuyển có thể diễn ra nhờ các cột vật chất siêu nóng trong lớp phủ, hay còn gọi là "plume lớp phủ". Các cột vật chất này có khả năng kéo theo những khối đá đặc chứa kim cương lên phía trên. Sau đó, vật chất mang kim cương được lưu giữ trong phần đáy của thạch quyển - lớp đá cứng nằm dưới các lục địa cổ - suốt hàng trăm triệu năm.

Chỉ đến khi các dòng magma kimberlite hình thành ở độ sâu lớn đi qua khu vực này, chúng mới cuốn theo các viên kim cương và nhanh chóng phun trào lên bề mặt, tạo thành các mỏ kimberlite ngày nay.

Theo các tác giả, điều đó đồng nghĩa những viên kim cương CLIPPIR không chỉ là đá quý có giá trị đặc biệt mà còn lưu giữ toàn bộ lịch sử địa chất kéo dài từ đáy đại dương cổ đại, xuống sâu trong lớp phủ, trở lại dưới chân các lục địa và cuối cùng xuất hiện trên bề mặt Trái Đất thông qua các vụ phun trào núi lửa hiếm gặp.