Xuất bản thông tin

Xuất bản thông tin

SỰ XUẤT HIỆN CỦA KIM CƯƠNG

Địa chất của kim cương: từ Carbon trở thành kim cương thô.

Điều kiện cần thiết để tạo nên những viên đá quý khác nhau là dựa vào loại khoáng vật tạo nên viên đá. Đó như là một điều kiện đầu tiên tuyệt đối, tuy nhiên, vật chất riêng biệt trong vỏ trái đất cần phải kết hợp theo một tỷ lệ nào đó khi ở nhiệt độ và áp suất rất cao, và sau đó chúng được làm nguội lạnh hẳn trong một khoảng thời gian nào đó thì sẽ hình thành nên những tinh thể. Khả năng mà tất cả những điều kiện này đạt mức độ yêu cầu hiện nay là rất nhỏ, do đó mà nó làm cho những viên đá quý trở nên tương đối hiếm.

 

Như tất cả các trường hợp của các khoáng vật, kim cương được tạo ra từ đá xâm nhập trong vỏ trái đất ở nhiều nơi khác nhau trên thế giới. Nó được tạo thành từ một nguyên tử duy nhất đó là Carbon. Nhưng ngoài kim cương ra, graphite (than chì) cũng được hình thành từ những carbon tinh thể nguyên chất. Cái làm cho kim cương có độ cứng cao nhất đó là mạng lưới nguyên tử chặt khít của kim cương. Mỗi nguyên tử Carbon liên kết với bốn nguyên tử tạo ra một tinh thể cấu trúc bền vứng. Cấu trúc tinh thể kim cương thuộc hệ lập phương. Kim cương thường có tinh thể dạng bát diện (8 mặt) và ít hơn thường là dạng lập phương (6 mặt) hoặc khối mười hai mặt thoi (12 mặt). Còn Carbon trong graphite liên kết với nhau dưới dạng tấm nên cấu trúc của nó không chặt chẽ bằng kim cương, và đó là lý do tại sao graphite mềm hơn kim cương và có tính chất vật lý khác kim cương.

                                                               
Cấu trúc nguyên tử của kim cương và graphite

 

                                                                           
   
Tinh thể dạng bát diện của kim cương

  

                                                                           
 
Tinh thể dạng lập phương của kim cương

 

                                                                           
   
Tinh thể khối mười hai mặt của kim cương

 

Một số giả thuyết hiện nay có liên quan tới quá trình kết tinh chính xác của kim cương. Tất cả những giả thuyết này đều dựa trên các thí nghiệm tạo ra kim cương tổng hợp trong phòng thí nghiệm. Thuyết nổi tiếng nhất được biết đến là thuyết sau. Kim cương tạo thành một tinh thể trong một khối nóng chảy, đó là magma lỏng được làm lạnh. Nhiệt độ ban đầu cho quá trình này vào khoảng 1300 độ bách phân, và áp suất vào khoảng 70.000 atm. Điều kiện xung quanh của loại này chỉ xảy ra ở độ sâu khoảng 130 – 200 km bên dưới bề mặt trái đất trong những núi lửa còn hoạt động. Phương trình hóa học cho quá trình này hình thành như sau:

 

2FeS   CO2 = 2FeO   S2   C

 

Những thuyết khác dùng những trị số khác nhau cho nhiệt độ và áp suất đến mức độ nào đó, kết quả là để tạo độ sâu. Phương trình hóa học cũng có thể giống một phần hoặc khác nhau hoàn toàn theo các thuyết khác nhau.

 

Do thành phần hóa học của khối nóng chảy không giống nhau ở mọi nơi và từ đó nó cũng có thể có những thay đổi trong suốt quá trình kết tinh rất chậm, những thay đổi nhỏ thường xảy ra trong thành phần hóa học tạo nên kim cương, ví dụ như kim cương màu. Những viên kim cương màu vàng được hình thành khi Nitrogen được kết hợp trong mạng nguyên tử. Cường độ màu sắc tỷ lệ thuận với những lượng nguyên tử vết hiện diện trong mạng tinh thể. Ngoài ra, nếu những điều kiện được kể đến ở trên dễ thay đổi trong suốt quá trình hình thành tinh thể thì những điều này có thể ảnh hưởng đến kim cương, dẫn đến những hình dạng tăng trưởng bị biến dạng, không đồng đều, tạo nên những song tinh hoặc sự tăng trưởng kết thúc đột ngột. Sự không đồng đều bên trong như là những lỗi cấu trúc trong các hình dạng tăng trưởng, những lớp song tinh và những lớp tăng trưởng là những dấu hiệu của quá trình kết tinh không đồng đều. Ở một số trường hợp rất hiếm, chúng ta tìm thấy những viên kim cương đã tăng trưởng xung quanh những viên xưa hơn và nhỏ hơn chúng.

 

Tương phản với những thuyết thành tạo của kim cương, thực tế là, những tảng đá ở độ sâu 130 đến 200 km chỉ ở gần bề mặt trái đất khi chúng được đưa ra ngoài bởi những đọt phun trào núi lửa (đá phun trào). Điều này có nghĩa là những viên kim cương được đưa đến bề mặt trái đất qua những đợt phun trào.

 

Do thực tế là kim cương từ từ phân hủy thành graphite ở 12000C khi không tiếp xúc với không khí, nó cũng có nghĩa là kim cương được đưa lên bề mặt rất nhanh, vì thế mà kết quả là nó được làm lạnh nhanh chóng và giảm áp lực, không có thời gian để phân hủy thành graphite.

 

Như vậy kim cương đến bề mặt trái đất là kết quả của những đợt phun trào núi lửa mạnh mẽ. Những đợt phun trào đã xảy ra định kỳ trong suốt quá trình lịch sử của trái đất. Những miệng núi lửa trẻ nhất mà chúng ta biết cho đến nay đã được hình thành trong suốt nửa kỉ Creta và có tuổi đại chất vào khoảng 100 triệu năm. Những thợ mỏ gọi những miệng núi lửa này là “ống núi lửa”. Đường kính của miệng núi lửa ở bề mặt trái đất thay đổi từ vài chục mét  đến hai kilomet. Nó thu hẹp xuống vài mét khi độ sâu tăng dần. Tuổi địa chất của những ống núi lửa khác nhau rất nhiều. Những miệng núi lửa khác già nhất được hình thành vào thời kì tiền Cambri. Chúng được tới 1,2 tỷ năm tuổi.

 

Kim cương thật sự được tìm thấy từ đá tuff núi lửa được gọi là “kimberlite”, được lấy từ tên của thành phố Kimberley ở Nam Phi. Vì kimberlite mang kim cương chỉ đóng vai trò như “băng chuyền” cho kim cương và magma, nó được đánh giá là kimberlite không phải là đá mẹ của kim cương như vẫn thường nhắc tới. Thay vào đó kimberlite chỉ là đá chứa kim cương. Cuối cùng, chúng ta biết rằng các điều kiện cần thiết để hình thành kim cương không còn tồn tại đến ngày nay.

 

                                                               
Kim cương thô hình dạng bát diện trong đá chứa kimberlite

 

Dịch giả                             

Nguyễn Thị Mai Sinh

(Theo  Verena Pagle – Theisen G.G.,F.G.A, trong Diamond Grading ABC The Manual, 9th edition, 2001)