Phát hiện vật chất cứng hơn kim cương trong các thiên thạch từng rơi xuống Trái đất

Khi các nhà nghiên cứu dùng kim cương để đánh bóng một khối thiên thạch họ phát hiện trong đó có tồn tại các tinh thể carbon còn cứng hơn cả kim cương. Loại vật chất này có thể sẽ không được dùng làm đồ trang sức, nhưng nó giúp các nhà khoa học tạo ra những vật chất cứng rắn hơn kim cương trong phòng thí nghiệm.

Các nhà khoa học đã phát hiện ra tinh thể carbon siêu cứng trong một thiên thạch Havero rơi ở Phần Lan vào năm 1971. Các nhà nghiên cứu đã đánh bóng một lát mỏng của thiên thạch bằng kim cương, kết quả họ rất ngạc nhiên khi phát hiện ra có những tinh thể carbon không thể bị mài mòn bởi kim cương, điều đó có nghĩa là độ cứng của tinh thể này còn cao hơn kim cương. 

Các nhà khoa học đã sử dụng một loạt các dụng cụ để quan sát kỹ lưỡng các tinh thể bên trong thiên thạch và phát hiện ra hai cấu trúc tinh thể carbon tự nhiên hoàn toàn mới. Tinh thể carbon này so với kim cương hình thành bên trong Trái đất thì cứng hơn.

Kim cương được cấu tạo từ cacbon là một tinh thể tự nhiên có cấu trúc hình khối. Nó là loại đá quý cứng nhất trên thế giới và có thành phần đơn giản nhất, nhưng thành phần hóa học của nó về cơ bản giống với than đá và than chì thông thường của chúng ta. 

Các chất này chủ yếu là do nguyên tố cacbon cấu thành, nhưng tại sao lại có sự khác biệt lớn như vậy? Như chúng ta đã biết, nguyên tố cacbon kết tinh tạo thành than chì (màu đen) ở nhiệt độ và áp suất tương đối cao. Ở nhiệt độ, áp suất cao và trong môi trường khử (thường là môi trường thiếu oxy) kết tinh thành những viên kim cương quý.

Nói một cách đơn giản, kim cương được hình thành trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cao ở sâu trong lòng đất. Điều kiện hình thành kim cương trên Trái đất nói chung là ở áp suất 4,5-6,0 Gpa (tương đương độ sâu 150-200km) và nhiệt độ 1100-1500 độ C. 

Trong các mỏ hiện đang khai thác, hầu hết kim cương chủ yếu được hình thành vào 2 thời kỳ cách đây 3,3 tỷ năm và 1,2-1,7 tỷ năm. Ví dụ, một số viên kim cương ở Nam Phi có tuổi khoảng 4,5 tỷ năm, cho thấy những viên kim cương này đã bắt đầu kết tinh ở phần sâu của Trái đất không lâu sau khi Trái đất được hình thành, và chúng là những viên đá quý lâu đời nhất trên thế giới. 

Việc hình thành kim cương đòi hỏi một quá trình lịch sử lâu dài, điều này có thể khẳng định từ thực tế là kim cương chủ yếu xuất hiện ở các khu vực lục địa ổn định cổ đại trên Trái đất.

Ngoài ra, các nhà khoa học suy đoán rằng tác động của các thiên thể ngoài Trái đất lên Trái đất tạo ra nhiệt độ cao và áp suất cao tức thời, cũng có thể tạo thành kim cương. 

Trên thực tế, trước khi các nhà khoa học phát hiện ra vật chất cứng hơn cả kim cương trong thiên thạch ở Phần Lan này thì ngay từ năm 1988, Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô đã báo cáo rằng kim cương đã được tìm thấy trong thiên thạch.

Giáo sư Tristan Ferrol đến từ Đại học Lyon, Pháp cho biết: “Phát hiện này hoàn toàn là bất ngờ, nhưng chúng tôi chắc chắn rằng việc nghiên cứu thiên thạch này có thể tạo ra những khám phá mới về kim cương”.

Trần Trường Phong, một nhà nghiên cứu kim cương tại Đại học Nevada, Hoa Kỳ cho biết, lớp than chì của thiên thạch này chịu được tác động rất lớn cùng sự nung nóng ở nhiệt độ cao, đủ để khiến các tầng khác dính vào nhau – đây cũng là cách con người tạo ra kim cương. 

Các nhà nghiên cứu dự định sử dụng các dụng cụ có độ chính xác cao để quan sát cấu trúc của tinh thể và tìm hiểu sự sắp xếp nguyên tử của nó để cuối cùng tìm ra nguồn gốc hình thành nó.

Gia Hưng (Theo Secretchina)