Kim cương loại IIb là một loại kim cương quý hiến được phân biệt bởi boron trong cấu trúc tinh thể, nguyên tố có thể tạo ra màu xanh lam hấp dẫn. Viên kim cương Hope nổi tiếng là một ví dụ hoàn hảo cho loại kim cương xanh này.

Hình 1: Các bao thể tối màu ferropericlase trong kim cương xanh lam chứa boron là một phần của nghiên cứu. Viên kim cương nặng 0,03 carat. Ảnh Evan M. Smith.

Kim cương loại IIb từ lâu vẫn là một bí ẩn địa chất, nhưng theo nghiên cứu mới đây được công bố trên tạp chí Nature năm 2018 cho thấy chúng kim cương “Siêu Sâu”, tức là chúng kết tinh sâu hơn nhiều so với hầu hết các viên kim cương khác. Đáng chú ý, các nguyên tử boron chứa trong những viên kim cương màu xanh lam này có thể có nguồn gốc từ các đại dương cổ đại.

Boron là một nguyên tố tập trung mạnh ở bề mặt Trái Đất, nhưng trong manti, nơi kim cương phát triển, nồng độ boron cực kì thấp. Do đó, hàm lượng boron của kim cương loại IIb là bất ngờ và khó giải thích. Kim cương xanh lam đã thu hút các nhà khoa học trong nhiều thập kỷ, nhưng giá trị cao và hiếm của nó và việc thiếu các bao thể khoáng vật gần như là những trở ngại lớn cho nghiên cứu.

Trước đây, không có bao thể khoáng vật nào được xác định trong một viên kim cương loại IIb. Tuy nhiên, trong những viên kim cương loại IIb có bao thể được gửi cho GIA trong hơn 2 năm. Bằng cách nghiên cứu các bao thể, các nhà nghiên cứu đã có thể suy luận ra đá chủ và độ sâu nơi kim cương phát triển. Các khoáng chất được xác định trong các bao thể này chỉ được tìm thấy cùng nhau ở áp suất cực cao, rất sâu trong lòng đất, dẫ đến kết luận rằng kim cương loại IIb hình thành ít nhất ở độ sâu như vùng chuyển tiếp (410-660km), chạm tới lớp manti dưới (>660km). Nó sâu hơn khoảng 4 lần so với các loại kim cương khác, hình thành gần đáy của các lục địa cổ với độ sâu khoảng 150-200km.

Hình 2: Bao thể canxi silicat trong viên kim cương màu xanh lam 0,21 carat, bằng chứng cho thấy viên kim cương đã phát triển ở độ sâu cực lớn trong manti. Ảnh Evan M. Smith

Các bao thể cũng cho thấy rằng, ở độ sâu lớn này, những viên kim cương đã phát triển với sự hiện diện của lớp vỏ đại dương được đưa xuống manti dưới bởi quá trình hút chìm. Mối quan hệ với thạch quyển đại dương bị hút chìm cho thấy boron tạo màu xanh lam trong kim cương loại IIb có thể được mang xuống từ bề mặt Trái Đất.

Khi nước biển xâm nhập vào đáy đại dương, nó gây ra các phản ứng hóa học lắng đọng boron vào thạch quyển đại dương. Một mô hình đưa ra, trong số các boron này được hút chìm với khoáng vật chứa nước xuống lớp manti dưới. Ở độ sâu lớn này, nhiệt độ và áp suất tăng sẽ phá vỡ các khoáng vật chứa nước, sau đó giải phóng một chất lỏng làm giàu boron kích hoạt sự phát triển của kim cương. Nhiều bao thể trong những viên kim cương màu xanh lam có cùng tồn tại khí metan và hydro như một lớp mỏng bao quanh khoáng vật rắn, cung cấp bằng chứng về sự phát triển của kim cương từ chất lỏng giàu boron.

Nghiên cứu mới này cho thấy không chỉ kim cương loại IIb là một trong những viên kim cương sâu nhất từng được tìm thấy, mà cả boron và thậm chí nước có thể được mang từ đại dương vào sâu trong lớp manti bởi quá trình hút chìm. Đây là một trong những phát hiện quan trọng cho sự hiểu biết về địa hóa lớp manti và các quá trình kiến tạo mảng.

Không chỉ những viên kim cương xanh lam chứa boron là kim cương “Siêu Sâu” mà những viên kim cương tương đối lớn và tinh khiết (CLIPPIR) cũng là loại kim cương “Siêu Sâu”. Do đó, những viên kim cương đắt tiền và rực rỡ nhất Thế Giới là những viên kim cương “Siêu Sâu”, khiến chúng trở thành những mẫu vật lý vô giá từ lớp manti đối lưu, sâu hàng trăm km.