Kim cương trên bề mặt Trái đất hiện nay có thể đến từ những vụ phun trào kimberlite cổ đại sau khi mảng kiến tạo tách rời nhau.
Những vụ phun trào núi lửa cực mạnh thổi bay kim cương lên bầu trời và phân tán loại đá quý này trên khắp bề mặt Trái đất từ lâu vẫn làm giới nghiên cứu bối rối. Hiện nay, các nhà khoa học đã tìm ra cơ chế ở độ sâu hơn 160km dưới mặt nước đẩy tinh thể kim cương lên cao với lực mạnh đến vậy. Nghiên cứu mới hé lộ quá trình bí ẩn gây ra vụ phun trào hiếm gặp và nơi nhiều khả năng tìm thấy quặng giàu kim cương nhất.
Kim cương thường nằm trong đá kimberlite. (Ảnh: Interesting Engineering).
"Kim cương hình thành ở một vị trí trong lòng lục địa. Câu hỏi là tại sao chúng lại bắn lên cao từ lòng đất sâu sau khi trải qua hàng tỷ năm ở đó", giáo sư Tom Gernon, nhà địa chất học ở Đại học Southampton, nói.
Để giải quyết bí ẩn, trong nghiên cứu công bố cuối tháng 7 trên tạp chí Nature, Gernon và cộng sự phân tích dữ liệu lịch sử và mảng lục địa, những mảng vỏ Trái đất khổng lồ di chuyển chậm và kimberlite, loại đá chứa kim cương bắn ra do phun trào. Họ nhận thấy qua hàng tỷ năm, phần lớn vụ phun trào kimberlite xảy ra khoảng 25 triệu năm sau khi mảng lục địa tách ra.
Khi kiểm tra kỹ hơn, các nhà nghiên cứu nhận thấy vụ phun trào kimberlite đầu tiên xảy ra sau khi mảng lục địa vỡ tới gần rìa. Những vụ phun trào sau đó ngày càng xê dịch về giữa mảng. Mảng lục địa tách ra và hợp lại theo thang thời gian cực rộng. Cách đây khoảng 300 triệu năm, Bắc Mỹ và Nam Mỹ nối liền với châu Phi và châu Âu, cùng thuộc siêu lục địa mang tên Pangea, nhưng khối đất liền này bắt đầu tách ra khoảng 175 triệu năm trước.
Dựa trên mô hình máy tính của đá và magma, các nhà khoa học xâu chuỗi trình tự sự kiện thúc đẩy vụ phun trào kim cương. Quá trình bắt đầu khi mảng kiến tạo lục địa bị kéo căng do bắt đầu phân tách. Sự kéo giãn này khiến lớp đá mỏng hơn và làm rối loạn dòng chảy thông thường của vật liệu trong lớp phủ Trái đất nằm trực tiếp bên dưới. Rối loạn ở lớp phủ đủ mạnh để khiến những khối đá tách khỏi chân mảng kiến tạo. Chúng đã ở dưới áp suất khổng lồ suốt hàng trăm triệu năm. Trầm tích carbon có thể thay đổi cấu trúc để hình thành kim cương.
Khi khối đá chìm vào lớp phủ, chúng thôi thúc ngày càng nhiều dòng chảy rối loạn lan rộng ra ngoài, làm trượt các lớp đá dày hàng chục kilomet khỏi chân mảng kiến tạo bên trên. Hiệu ứng lan truyền gom lại mọi nguyên liệu cần thiết để tạo ra magma kimberlite chứa kim cương. Khi đủ nóng chảy, nó dâng lên rất nhanh, phá tung lớp vỏ dưới dạng vụ phun trào xanh.
Vụ phun trào kimberlite gần nhất xảy ra cách đây 11.000 năm ở đồi Igwisi tại Tanzania, nhưng phần lớn diễn ra trong kỷ Phấn Trắng cách từ 146 đến 66 triệu năm. Khác với vụ phun trào núi lửa thông thường, phun trào kimberlite để lại hố hình ống thẳng đứng trên nền đất, cung cấp cơ sở cho nhiều mỏ kim cương.