Giải mã tại sao kim cương có nhiều màu sắc - Cách kim cương được hình thành.

Kim cương thực ra có nhiều màu hơn bạn nghĩ, là một trong những loại đá quý đắt giá nhất thế giới. Kim cương có cấu tạo chỉ từ carbon nhưng cần được tuôn luyện trong áp lực cực kỳ khủng khiếp mới có thể tạo ra những viên kim cương lấp lánh mà chúng ta thấy ngày nay. Vậy tại sao một thứ đơn giản như carbon lại có thể biến thành thứ lấp lánh, trong suốt và có nhiều màu sắc khác nhau? Nghe qua thì thấy có vẻ chỉ là sự ngẫu nhiên trong quá trình hình thành của kim cương nhưng đằng sau đó là cả một câu chuyện về hóa học, vật lý và lịch sử hình thành của trái đất. Đầu tiên, hãy nhớ rằng kim cương được sinh ra từ áp lực. Chúng được hình thành sâu dưới lòng đất, hơn 160 km dưới bề mặt trái đất nơi nhiệt độ có thể vượt quá 1.000 độ C và áp suất gấp hàng trăm nghìn lần so với trên bề mặt. Ở đó, các nguyên tử carbon xếp chặt vào nhau tạo thành một mạng tinh thể hoàn hảo khiến kim cương trở thành vật chất tự nhiên cứng nhất mà con người từng biết. Nhưng hành trình của nó chưa kết thúc ở đó. Để đến được tay chúng ta, viên kim cương phải được bắn lên mặt đất trong những vụ phun trào núi lửa khổng lồ hàng trăm triệu năm trước. Nếu không được phun trào kỳ thời, nó sẽ bị phá hủy, hoặc tệ hơn là biến thành than trì. Chính vì vậy, như các nhà nghiên cứu nói, để mỗi viên kim cương tồn tại được đến hôm nay, điều đó đã là một phép màu. Nhưng cái khiến người ta tò mò nhất là tại sao có viên lại trong suốt, có viên lại màu xanh và có viên màu đỏ rực? Câu trả lời nằm ở những khiếm khuyết cực kỳ nhỏ trong cấu trúc tinh thể, những lỗi mà tự nhiên vô tình tạo ra. Kim cương tinh khiết 100% chỉ là carbon, nên thường trong suốt. Như nếu trong quá trình hình thành, có những nguyên tử lạ xâm nhập vào mạng tinh thể, thì màu sắc bắt đầu xuất hiện. Ví dụ, nếu một chút nitrogen len vào giữa các nguyên tử carbon, viên kim cương sẽ ngả vàng hoặc cam. Nếu là boron, một nguyên tố rất hiếm, thì màu sắc sẽ chuyển sang màu xanh lam. Chính boron đã tạo nên viên hốp Diamond huyền thoại, viên kim cương xanh nổi tiếng nhất thế giới, từng thuộc sở hữu của vua Louis thứ 14. Còn màu xanh lục thì sao? Đó là khi viên kim cương bị phơi nhiễm phóng xạ trong lòng đất. Khi các nguyên tử uranium trong đá xung quanh phát gia tia phóng xạ, chúng bắn đi một vài nguyên tử trong mạng tinh thể của kim cương, tạo ra những lỗ chống cực nhỏ gọi là vacancies. Những lỗ này làm ánh sáng phản xã khác đi, và thế là viên đá ngả sang màu xanh lục. Nhưng có lẽ bí ẩn và hiếm nhất là những viên kim cương hồng và đỏ. Màu của chúng hình thành không phải do tạp chất, mà là do biến dạng cấu trúc. Trong quá trình bị nén ở độ sâu cực lớn, cấu trúc tinh thể của kim cương bị bóp méo nhẹ. Chính sự méo mò ấy làm ánh sáng đi qua bị thay đổi, và mắt ta nhìn thấy nó thành hồng, hoặc nếu điều kiện cực kỳ hiếm, ta sẽ nhìn thấy màu đỏ. Nghe thì đơn giản, nhưng để một viên kim cương đặt đến độ biến dạng vừa đủ để tạo ra màu đỏ, sát xuất chỉ khoảng 1 trên 10.000 viên. Kể cả như thế cũng vẫn chưa đủ. Áp lực tác động lên những viên kim cương này còn phải đạt được mức độ vừa đủ hoàn hảo. Nếu áp lực quá mạnh, kim cương sẽ chuyển sang nâu, còn nếu nhẹ hơn một chút, nó lại trở về màu trắng. Đó là lý do vì sao những viên kim cương đỏ như Winston Diamond hiếm đến mức gần như vô giá. Hiện nó đang được trưng bày ở Bảo tàng lịch sử tự nhiên Smithsonian tại Washington DC và là một trong những viên lớn nhất từng được tìm thấy. Những viên hồng nổi tiếng như ở mò Argyle, Úc cũng kể cho ta nghe một câu chuyện khác về chính lịch sử trái đất. Khi nhà địa chất L.U.C. Doucette và đồng nghiệp phân tích cấu trúc của chúng, họ phát hiện ra rằng những viên kim cương đỏ hình thành cách đây khoảng 1,3 tỷ năm khi siêu lục địa đầu tiên của trái đất bắt đầu tách rời. Nói cách khác, mỗi viên kim cương hồng Argyle là một mảnh ký ức còn sót lại từ thời trái đất trẻ tuổi. Và không chỉ đẹp, chúng còn là dữ liệu khoa học quý giá. Bằng cách nghiên cứu cấu trúc và tạp chất trong kim cương, các nhà khoa học có thể hiểu được môi trường sâu trong lòng đất ra sao, nhiệt độ và áp suất thế nào và chu trình carbon của hành tinh đã thay đổi như thế nào qua hàng tỷ năm. Kim cương màu, theo một cách nào đó, là hộp đen ghi lại lịch sử trái đất. Chúng không chỉ là món trang sức mà còn là những mảnh thời gian bị nén lại lấp lánh dưới ánh đèn phòng thí nghiệm. Và điều kỳ diệu nhất là trái đất đã tạo ra chúng trong những điều kiện cực đoan đến mức hầu như không thể tái tạo được. Thế nên, mỗi viên kim cương màu mà ta thấy, từ vàng, xanh, hồng đến đỏ đều là sản phẩm của hàng tỷ năm thử nghiệm tự nhiên. Một sai lệch cực nhỏ trong cấu trúc tinh thể, một nguyên tử tạp chất lạc chỗ hay một tia phóng xạ tình cờ cũng đủ để tạo nên vẻ đẹp độc nhất vô nhị. Từ sự hoàn hảo của carbon tinh khiết và những lỗi trong quá trình hình thành mới tạo ra những điều kỳ diệu lấp lánh ngày nay. Có lẽ, đó cũng chính là điều khiến con người mê mẩn chúng trong suốt hàng nghìn năm qua. Vì đôi khi, cái đẹp không nằm ở sự hoàn hảo, mà ở những khiếm khuyết được tạo ra đúng cách. Bạn đang xem Nghe Khoa Học, nơi mỗi chi tiết nhỏ đều mở ra một câu chuyện lớn về thế giới quanh ta. Đừng quên đăng ký kênh để không bỏ lỡ những bí mật thú vị khác ẩn dấu trong khoa học, công nghệ và cả những viên đá tưởng chừng chỉ biết lấp lánh nhé!