Những hiểu biết mới về cấu trúc ban đầu của Earth Earth từ kim cương hình thành cách đây 3,5 tỷ năm. Một nhà khoa học gọi kim cương là viên nang thời gian nhỏ hoàn hảo.
Một bộ sưu tập kim cương của Witwatersrand. Những viên kim cương này gần đây đã giúp tiết lộ lớp vỏ đất Earth Trái đất đã trải qua bao lâu chuyển động của kiến tạo mảng. Hình ảnh qua Đại học Wits
Kiến tạo mảng, lý thuyết mô tả các chuyển động quy mô lớn giữa các phân đoạn khổng lồ của lớp vỏ Trái đất, là quá trình định hình các ngọn núi và rãnh giữa đại dương, và gây ra động đất và phun trào núi lửa. Nhưng khi nào thì kiến tạo mảng bắt đầu trên hành tinh của chúng ta? Một phân tích gần đây về các nguyên tử nitơ bị mắc kẹt bên trong kim cương cổ đại cho thấy kiến tạo mảng đang được tiến hành sớm nhất là 3,5 tỷ năm trước. Những phát hiện này, bởi các nhà khoa học từ Nam Phi và Canada, đã được công bố trong số tháng 1 năm 2016 của Khoa học tự nhiên.
Các tấm di chuyển chậm lớn dối trá lớp vỏ trái đất trên đỉnh vỏ, một lớp đá kéo dài từ khoảng 4 đến 1.750 dặm (từ 7 đến 2.800 km) bên dưới bề mặt. Chuyển động của tấm được điều khiển bởi sự tương tác giữa lớp vỏ và tế bào đối lưu trong lớp phủ nơi vật liệu nóng lên từ bên dưới và vật liệu lạnh chìm xuống dưới.
Dọc theo các mảng được gọi là các dải núi giữa đại dương, vật liệu lớp phủ được đẩy ra để tạo lớp vỏ mới. Tại các rìa mảng được gọi là vùng hút chìm, lớp vỏ cũ bao gồm trầm tích và vật liệu hữu cơ được kéo xuống lớp phủ.
Trái đất được cho là hình thành khoảng 4,5 tỷ năm trước, nhưng có một số điều không chắc chắn về thời điểm kiến tạo mảng bắt đầu. Phân tích địa hóa của các loại đá lâu đời nhất được biết đến có một vài manh mối, cho thấy một phạm vi cho hoạt động mảng kiến tạo được biết đến sớm nhất trong khoảng 3,8 đến 3 tỷ năm trước.
Tuy nhiên, dấu vết của quá khứ sâu thẳm được ẩn giấu bên trong những viên kim cương cổ đại. Tiến sĩ Katie Smart của Đại học Wits ở Johannesburg, nhà nghiên cứu chính của nghiên cứu mới, cho biết trong một tuyên bố:
Bởi vì kim cương là một trong những vật liệu cứng nhất, mạnh nhất trên Trái đất, chúng là những viên nang thời gian nhỏ hoàn hảo và có khả năng cho chúng ta biết quá trình nào đã xảy ra rất sớm trong lịch sử Trái đất.
Một minh họa về cấu trúc bên trong Trái đất. Hình ảnh qua Kelvinsong tại Wikipedia Commons.
Kim cương được hình thành trong lớp phủ Earth Earth. Họ đã đưa lên bề mặt bởi hoạt động núi lửa. Hầu hết kim cương đều trẻ hơn ba tỷ năm. Nhưng ba viên kim cương được phân tích bởi Tiến sĩ Smart và các đồng nghiệp của cô đến từ Siêu nhóm wwwatersrand, một hệ tầng đá trầm tích ba tỷ năm tuổi ở Johannesburg, Nam Phi.
Những viên kim cương của Witwatersrand có tuổi đời hơn ba tỷ năm; ban đầu chúng nổi lên ở nơi khác, đã bị xói mòn khỏi đá núi lửa ban đầu của chúng và được vận chuyển vào trầm tích mà cuối cùng biến thành hệ tầng đá của Witwatersrand.
Mặc dù bản thân kim cương không thể được xác định niên đại trực tiếp, nhưng các vùi đã bị nhốt trong kim cương trong khi chúng hình thành có thể cung cấp thông tin có giá trị về tuổi và nguồn gốc của nó.
Trong nghiên cứu này, Smart và nhóm của cô đã phân tích nitơ bị mắc kẹt trong những viên kim cương. Hầu hết các nguyên tử nitơ chứa bảy proton và 7 neutron, tạo cho nó số nguyên tử là 14. Một số nguyên tử nitơ có số nguyên tử là 15 do có thêm neutron trong hạt nhân. Tỷ lệ phong phú giữa hai đồng vị nitơ này có thể giúp các nhà địa chất hiểu rõ hơn về nguồn gốc của nitơ.
Nói thông minh:
Chúng ta có thể sử dụng các thành phần đồng vị carbon và nitơ của kim cương để cho chúng ta biết nguyên liệu gốc liên quan đến sự hình thành của kim cương Witwatersrand hơn 3 tỷ năm trước.
Thành phần đồng vị nitơ của kim cương Witwatersrand chỉ ra một nguồn trầm tích (nitơ có nguồn gốc từ bề mặt Trái đất) và điều này cho chúng ta biết rằng nitơ được kết hợp trong kim cương của Witwatersrand không đến từ bề mặt Trái đất, mà nó được vận chuyển từ bề mặt Trái đất vào, nhưng nó được vận chuyển từ bề mặt Trái đất vào lớp phủ trên thông qua kiến tạo mảng.
Điều này rất quan trọng vì nitơ bị giữ lại trong các viên kim cương của Witwatersrand chỉ ra rằng kiến tạo mảng, như chúng ta nhận ra ngày nay, đang hoạt động trên Trái đất Archaean cổ đại và tích cực vận chuyển vật liệu ở bề mặt Trái đất vào sâu trong lớp phủ.
Một trong những viên kim cương của Witwatersrand. Hình ảnh thông qua Đại học Wits.
Điểm mấu chốt: Nitơ trong kim cương của Witwatersrand có các đặc điểm cho thấy rằng nó có nguồn gốc từ trầm tích trên bề mặt Trái đất.Nó được kéo xuống lớp phủ Trái đất tại một khu vực hút chìm dọc theo một mảng kiến tạo nơi nó được nhúng vào những viên kim cương được hình thành trong lớp phủ. Hoạt động núi lửa đã mang những viên kim cương đó lên bề mặt Trái đất nơi nó có khả năng thực hiện hành trình 500 triệu năm: xói mòn từ đá núi lửa ban đầu của nó, và vận chuyển đến một địa điểm khác, nơi nó được lắng đọng trong trầm tích mà cuối cùng sẽ trở thành tảng đá Witwatersrand 3 tỷ năm tuổi sự hình thành. Câu chuyện kim cương này chỉ ra rằng hoạt động mảng kiến tạo đã có mặt trên Trái đất ít nhất 3,5 tỷ năm trước.