Một nhóm nghiên cứu quốc tế bao gồm Viện Công nghệMassachusetts (MIT), Đại học Harvard và Đại học California,Santa Barbara (Mỹ) ước tính khối lượng kim cương bên dưới bề mặt Trái đất khoảng 1 tỷ tấn sau khi phân tích sóng địa chấn truyền qua các lớp đất đá của hành tinh. Lượng kim cương này nhiều hơn 1.000 lần so với dự đoán trước đây. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Geochemistry, Geophysics, Geosystems, vào tháng 6/2018.
Điểm kỳ lạ trong dữ liệu sóng địa chấn
Các tổ chức như CụcKhảo sát Địa chất Hoa Kỳ(USGS) lưu giữ hồ sơ toàn cầu về dữ liệu địa chấn. Họ sử dụng một loạt công cụ nhạy cảm gọi là địa chấn kế, hay máy đo địa chấn, trên toàn thế giới để theo dõi những rung động của Trái đất khi xảy ra sóng thần, động đất, và các vụ nổkhác khiến mặt đất rung chuyển.
Độ cứng, nhiệt độ, mật độ và thành phần của đá đều ảnh hưởng đến đường truyền của sóng địa chấn xuyên qua chúng. Vì vậy bằng cách kiểm tra bộ dữ liệu sóng địa chấn, các nhà nghiên cứu có thể hiểu rõ hơn về động đất, đồng thời xây dựng được hình ảnh cấu trúc bên trong của Trái đất - nơi không thể tiếp cận bằng cách khoan thông thường.
Qua nhiều năm nghiên cứu, giới khoa học phát hiện một điều khá kỳ lạ. Tại độ sâu khoảng 160 km, sóng địa chấn di chuyển nhanh hơn nhiều so với dự kiến. “Khu vực này là phần gốc của lớp nền cổ (cratonic root), nằm ở dưới cùng mảng kiến tạo lục địa và gần như không bị xê dịch từ thời cổ đại. Nó đóng vai trò nâng đỡ các lục địa ở phía trên”, Joshua Garber, thành viên của nhóm nghiên cứu tại Đại học Penn State (Mỹ), cho biết.
Lớp nền cổ có hình dạng như dãy núi úp ngược chạy dọc theo lớp vỏ Trái đất và đâm vào lớp manti (lớp phủ) bên dưới.Nó có nhiệt độ lạnh hơn và mật độ thấp hơn các cấu trúc xung quanh.
Kim cương được hình thành từ carbon với nhiệt độ và áp suất cao trong lòng Trái đất. Nguồn: Live Science
Các loại đá ở lớp nền cổ đều có độ tuổi rất lớn, hình thành và ổn định trong 2 tỷ năm đầu tiên trong lịch sử 4,5 tỷ năm của Trái đất. Các nhà khoa học từng có một số nghiên cứu về chúng thông qua những đợt phun trào núi lửa hiếm hoi đã đẩy dòng magma ở dưới sâu lên trên mặt đất, mang theo những khối đá cổ. Tuy nhiên, thành phần chính xác của lớp nền cổ và lý do sóng âm thanh di chuyển nhanh qua chúng vẫn còn là điều bí ẩn. Ví dụ, các nhà khoa học gần đây đã tìm thấy một loại khoáng vật chưa được biết đến trong một viên kim cương ở độ sâu lớn.
Trữ lượng kim cương khổng lồ dưới lòng đất
Dựa vào dữ liệu địa chấn của USGS, nhóm nghiên cứu tạo ra mô hình ba chiều vận tốc của sóng địa chấn khi truyền qua lớp nền cổ dưới lòng đất. Sau đó, họ tạo ra những khối “đá ảo” từ sự kết hợp giữa nhiều khoáng vật khác nhau và tính toán tốc độ của sóng địa chấn khi truyền qua những loại đá này.
Họ phát hiện ra rằng, lời giải thích tốt nhất cho tốc độ di chuyển thực tế của sóng địa chấn dưới lòng đất so với mô hình đá ảo đó là khoảng 1 - 2% phần gốc của lớp nền cổ được tạo thành từ kim cương. Trữ lượng kim cương có thể lên tới 1 triệu tỷ tấn dưới độ sâu khoảng 145 - 240 km. Trong khi đó, phần còn lại của lớp nền cổ cấu tạo từ đá peridotit (loại đá chính trong lớp manti trên) và một ít đá eclogite từ lớp vỏ đại dương.
“Kết quả nghiên cứu cho thấy, kim cương không hẳn là khoáng vật quý hiếm. Trên quy mô địa chất, nó tương đối phổ biến”, Ulrich Faul, nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), cho biết.
Khi sóng địa chấn truyền qua Trái đất, kim cương sẽ truyền chúng đi nhanh hơn so với các loại đá và khoáng vật có độ cứng thấp hơn, Joshua Garber, tác giả chính của nghiên cứu tại Đại học California,Santa Barbara, nhận định. “Những gì chúng tôi tìm thấy trái ngược với các nghiên cứu trước đây. Bạn không thể sử dụng loại đá chính trong lớp manti, gọi là peridotite, để giải thích những vận tốc sóng đo được. Bạn cần một thứ gì đó cứng hơn một chút, và câu trả lời là kim cương”, Garber nói.
Câu hỏi đặt ra là con người có thể khai thác trữ lượng kim cương khổng lồ ở độ sâu quá lớn hay không. “Tôi không giám chắc về điều này. Cho đến nay, bằng cách sử dụng các công nghệ tiên tiến, con người chưa thể đào sâu hơn 12,2 km. Do đó, việc tạo ra một lỗ khoan sâu 160 km hoặc dài hơn chắc chắn sẽ là một thách thức không hề nhỏ”, Garber nói.
“Mặc dù chúng tôi nhận thấy phần lớn dữ liệu được giải thích bởi một lượng lớn kim cương trong lớp nền cổ, nhưng chúng tôi chưa thể dám chắc. Tuy nhiên, đây là lời giải thích tốt nhất hiện nay”, Garber nói. Theo Garber, rất khó để lấy mẫu tại những khu vực này, mặc dù đôi khi vật chất ở gốc của lớp nền cổ được dòng magma phun trào lên bề mặt.
Suzan van der Lee - nhà địa chấn học tại Đại học Northwestern - cho rằng, mặc dù nghiên cứu được thực hiện rất tỉ mỉ, nhưng có những mô hình khác chưa được kiểm chứng có thể dẫn đến kết quả khác.
Một số nhà nghiên cứu cũng đưa ra những lời giải thích thay thế. Họ cho rằng, có lẽ đá ở lớp nền cổ lạnh hơn so với dự đoán, do đó chúng sẽ cứng hơn và cho phép sóng địa chấn di chuyển qua nhanh hơn. Thậm chí tại lớp nền cổ không có kim cương hoặc đá eclogite. Nhưng căn cứ vào dữ liệu nghiên cứu, Garbercho rằng khả năng này ít xảy ra hơn.
“Sự hiểu biết của chúng ta về những khu vực sâu trong lòng Trái đất sẽ tiếp tục được cải thiện khi chúng ta tiến hành nhiều phép đo hơn, thực hiện nhiều thí nghiệm hơn và thu thập thêm các mẫu đá ở lớp nền cổ được dòng magma phun trào lên bề mặt. Tôi cho rằng, chúng ta sẽ tiếp tục phải ngạc nhiên về những gì phát hiện được», Garber nói.