Stephen E. Haggerty
TÓM TẮT
Kim cương Carbonado chỉ được tìm thấy ở Brazil và Cộng hòa Trung Phi. Những khối kim cương bất thường này liên kết chặt chẽ và xốp, với lớp màng thủy tinh giống như chất nóng chảy, khác hẳn với bất kỳ loại kim cương thông thường nào từ kimberlite-lamproite, môi trường va chạm vỏ trái đất hoặc va chạm thiên thạch. Gần hai thế kỷ sau khi kim cương carbonado được phát hiện, một loại đá chủ tương thích với nguồn gốc của kim cương thông thường ở nhiệt độ và áp suất cao vẫn chưa được xác định. Các mô hình về nguồn gốc của nó rất đa dạng, từ sự hút chìm trên Trái đất đến các nguồn gốc vũ trụ.
GIỚI THIỆU
Được phát hiện vào năm 1841 tại Brazil, carbonado được những người tìm kiếm kim cương người Bồ Đào Nha đặt tên theo sự giống với than củi (Leonardos, 1937; Dominguez, 1996). Carbonado sau đó được tìm thấy ở Cộng hòa Trung Phi. Hai địa điểm này, hiện nay bị ngăn cách bởi Đại Tây Dương và nằm trên các nền lục địa São Francisco và Congo, trước đây từng có chung một cấu trúc địa chất trong hơn một tỷ năm (De Waele et al., 2008) trên siêu lục địa Rodinia (hình 1) và tiền thân của nó là Nuna, còn được gọi là Columbia.
Carbonado được người Pháp đánh giá cao như một vật liệu đánh bóng vượt trội. Nó được sử dụng để khoan trong quá trình xây dựng kênh đào Panama và là một phần của kho dự trữ khoáng sản chiến lược của Hoa Kỳ cho đến tận năm 1990. Vào thời kỳ đỉnh cao của khai thác vàng sa khoáng ở Brazil (1850–1870), khoảng 70.000 carat đã được sản xuất bởi khoảng 30.000 thợ mỏ thủ công (Svisero, 1995). Ước tính thận trọng về lượng kim cương thu hồi từ Brazil và Cộng hòa Trung Phi là khoảng 2 tấn (Haggerty, 2014). Bốn trong năm viên kim cương lớn nhất được báo cáo từ Brazil, có trọng lượng từ 726 đến 3.167 ct, là kim cương carbonado (Svisero, 1995). Viên lớn nhất trong năm viên, viên Sergio, được tìm thấy vào năm 1905, nặng hơn 61 ct so với viên kim cương đơn tinh thể lớn nhất từng được báo cáo (viên kim cương thô Cullinan 3.106 ct).
Trong khi các nghiên cứu trước đây về kim cương carbonado tập trung vào các tính chất vật lý và hóa học cũng như quá trình tổng hợp, các nghiên cứu gần đây đã giới thiệu các kỹ thuật xác định niên đại, kính hiển vi độ phân giải cao, quang phổ và nhấn mạnh vào nguồn gốc (xem Haggerty, 2014, để có cái nhìn toàn diện hơn). Nghiên cứu hiện tại cung cấp một phân tích chi tiết về khoảng 800 viên kim cương carbonado từ Brazil và Cộng hòa Trung Phi (hình 2), có trọng lượng từ <1 đến 730 ct. Các mẫu này không cho thấy sự khác biệt đáng kể về kết cấu, hình thức bề ngoài, cũng như các tính chất vật lý và hóa học (Haggerty, 2014). Bài báo này mô tả các đặc điểm kết cấu bất thường của carbonado, cụ thể là các lỗ rỗng và sự hiện diện của kim cương dạng thủy tinh như một lớp màng bề mặt, với mục đích đánh giá nguồn gốc của carbonado.
ĐẶC TÍNH CỦA CARBONADO
Carbonado thường được tìm thấy trong năm loại kích thước chính: >200 ct, 75–95 ct, 25–35 ct, 8–15 ct và 0,25–1,25 ct (xem hình 5 của Haggerty, 2014). Các hạt có kích thước bằng cát (<1 mm) cũng xuất hiện, và có báo cáo về các vật thể kích thước bằng quả dưa lớn hơn Sergio nhưng chưa được xác nhận (M. Ozwaldo, thông tin cá nhân, 1996). Carbonado thường có kích thước tương đương nhau (từ milimét đến centimet), mặc dù một số có hình dạng thuôn dài (hình 3); chúng hiếm khi có hình tròn.
Carbonado là loại kim cương mờ đục, được cấu tạo từ các tinh thể kim cương định hướng ngẫu nhiên, cản trở sự khúc xạ ánh sáng và tăng cường khả năng hấp thụ. Màu sắc của nó thay đổi từ đen và xám nhạt đến các sắc thái nâu (hình 3), tím đậm đến hồng, đỏ gỉ và đôi khi có màu xanh ô liu. Các lỗ rỗng (hình 4), lớp màng bóng bất thường (hình 5), bề mặt rất không đều (hình 6 và 7) và tính đa tinh thể (hình 8 và 9) là những đặc điểm phân biệt carbonado với kim cương thông thường.
Độ xốp. Khi độ xốp của một vật thể tăng lên, mật độ biểu kiến của nó giảm xuống, bởi vì các lỗ rỗng chiếm ngày càng nhiều thể tích. Trong carbonado, số lượng điểm cắt kim cương siêu nhỏ lộ ra tăng lên theo độ xốp. Đây là một đặc tính được ưa chuộng, khiến carbonado đắt hơn kim cương tính theo trọng lượng vào đầu thế kỷ XX (Haggerty, 2014). Mật độ thấp tới 2,8 g/cm³ và cao tới 3,45 g/cm³ , với hầu hết ở mức khoảng 3,05 g/cm³ ( Trueb và De Wys, 1969; Haggerty, 2014), trái ngược với kim cương quý có mật độ 3,52 g/cm³ . Nồng độ lỗ rỗng được tính toán dao động từ 5% đến 15% theo thể tích. Các lỗ rỗng tồn tại vào bên trong carbonado và có hình cầu hoặc hình dẹt. Một số được suy luận là có liên kết với nhau (Ketcham và Koeberl, 2013), nhưng độ thấm của vật liệu rất thấp vì các lỗ rỗng không bị thấm các kết tủa thủy nhiệt thường có nhiều trong các lỗ rỗng bề mặt (xem lại hình 4). Các lỗ rỗng hình cầu trong carbonado khác với các lỗ rỗng trong các loại kim cương đa tinh thể khác như framesite, nơi các khoảng trống nằm ở các mặt tinh thể liền kề và có hình dạng đa diện không đều. Trong các loại kim cương đa tinh thể khác, các khoảng trống có chiều rộng micromet và có thể hướng tâm (trong các viên kim cương không đạt chất lượng đá quý) hoặc song song (trong các khối lập phương dạng sợi).
Lớp gỉ.Trong carbonado, lớp gỉ trên bề mặt rất phổ biến (hình 5). Các lỗ rỗng tiếp xúc với lớp gỉ trên bề mặt bị thu nhỏ kích thước, và ở độ phóng đại 50×, chúng không còn phân biệt được nữa. Có vẻ ngoài giống thủy tinh và tương tự như thủy tinh carbon tổng hợp (de Heer et al., 2005), các lớp phủ này có thể bị lõm hoặc có rãnh, với các gờ và cấu trúc dòng chảy (hình 5 và 6). Những kết cấu này tương tự như những gì được thấy trong chất nóng chảy trong đá núi lửa hoặc trong xỉ từ quá trình chế biến kim loại. Nhưng trong carbonado, các lớp phủ là kim cương dường như được hình thành trực tiếp từ chất nền xốp bên dưới, mặc dù việc phủ kim cương vào thời điểm sau đó cũng có thể xảy ra. Ranh giới tiếp xúc giữa các bề mặt có lỗ rỗng và không có lỗ rỗng không được xác định rõ ràng, ngoại trừ trường hợp lớp vỏ gỉ bị vỡ ra ở những nơi tiếp xúc sắc nét, như được thấy trong hình ảnh phía dưới bên phải của hình 6 và trong hình 7. Các vết lõm thứ cấp và miệng núi lửa nhỏ rất phổ biến và, trong nhiều trường hợp, trẻ hơn lớp gỉ (hình 7). Trong khi các lỗ rỗng thường có đường viền sắc nét (hình 4), các miệng hố lại tròn với bề mặt sủi bọt hoặc được bao quanh bởi các gờ nhẵn (xem lại hình 6 và 7). Bằng chứng về dòng chảy trong cả hai loại lỗ rỗng cho thấy sự khác biệt về nguồn gốc. Các viên đá cẩm thạch nóng chảy rắn là điển hình. Các miệng hố nhỏ, không có hoa văn, chuyển dần thành các bức tường dẻo có kết cấu mềm (hình 5 và 6). Các vết trượt, bề mặt có vân được biết là hình thành trên đá bị ép trượt dọc theo bề mặt vết nứt ở áp suất cao như trong một đứt gãy (hình 7), rất đáng quan tâm vì chúng chỉ có thể phát triển khi tiếp xúc ma sát với một vật thể có độ cứng tương đương với một viên kim cương khác. Mặt khác, chính lớp gỉ có thể đại diện cho sự nóng chảy do ma sát (ví dụ: de Heer et al., 2005; Mitchell et al., 2016; Shumilova et al., 2016a,b; Shiell et al., 2016). Các thiết bị đo độ dẫn nhiệt kim cương tiêu chuẩn cho phản hồi nhanh nhạy với bề mặt kim cương dạng thủy tinh, nhưng kém nhạy hơn với các gờ và mấp mô. Bề mặt giàu lỗ rỗng cho phản hồi chậm chạp và thất thường rõ rệt, có thể do sự gián đoạn tinh thể của ranh giới hạt kim cương siêu nhỏ.
TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ HÓA HỌC
Các hình bát diện, mười hai mặt, tứ diện lục diện và các khối lập phương dạng sợi, tất cả đều là đặc trưng của kim cương thông thường (ví dụ: Orlov, 1977), không được quan sát thấy trong carbonado. Các khối lập phương đa tinh thể có kích thước từ 5 đến khoảng 20 µm là phổ biến. Được bao bọc trong kim cương rất mịn (<1–5 µm), ma trận được kết dính chặt chẽ với các khe hở góc cạnh và các lỗ rỗng tròn (hình 8). Hình ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) minh họa sự phân bố của các bề mặt phân cắt kim cương, tinh thể hình phễu, tinh thể dạng khung, các cấu trúc xen kẽ lõm vào và các lớp trong các tinh thể đơn trong các lỗ rỗng không gian mở của carbonado (hình 8 và 9). Trueb và De Wys (1969) và Petrovsky et al. (2010) cho rằng sự tương đồng gần nhất với cấu trúc carbonado là trong các tập hợp nano kim cương được nén tổng hợp. Bởi vì các cấu trúc này được tìm thấy trong các lỗ rỗng, một sự so sánh hợp lý hơn là với sự lắng đọng hơi của kim cương. Dạng tinh thể ưa thích của những viên kim cương này là hình lập phương, hoặc là các khối lập phương đặc nguyên khối hoặc là các cặp song sinh xuyên thấu trên [111] tuân theo quy luật song sinh fluorit (hình 8). Các khối lập phương đặc không màu và, mặc dù có kích thước hạt mịn, nhưng có vẻ trong suốt. Kim cương hình lập phương và hình lập phương bát diện thường được tổng hợp trong chất xúc tác kim loại ở áp suất và nhiệt độ cao (Burns và Davies, 1992) hoặc bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD) dưới chân không cao và ở nhiệt độ plasma (Sato và Kamo, 1992).
Dữ liệu nhiễu xạ tia X (XRD) trên các hạt carbonado nghiền nát tương tự như kim cương thông thường. Độ cứng cũng tương tự, nhưng có dữ liệu cho thấy carbonado cứng hơn một chút (Haggerty, 2014). Độ bền và độ dẻo dai của nó, bắt nguồn từ sự định hướng ngẫu nhiên của các vi kim cương, rõ ràng vượt trội so với kim cương đá quý đơn tinh thể, đến mức carbonado chỉ có thể được cắt bằng laser.
Một đặc điểm khác thường nữa của đá carbonado là sự hiện diện của một loạt các kim loại (Fe, Ni, Cr và Ti), hợp kim kim loại (Fe-Ni, Fe-Cr, Ni-Cr và W-Fe-Cr-V) và các khoáng chất rất hiếm gặp, cụ thể là moissanite (SiC) và osbornite (TiN). Các pha này xuất hiện dưới dạng các bao thể liên hạt sơ cấp hoặc dưới dạng các cấu trúc xen kẽ định hướng được kiểm soát bởi tinh thể. Chúng chỉ ổn định ở trạng thái oxy hóa rất thấp (Gorshkov et al., 1996; De et al., 1998; Makeev et al., 2002; Jones et al., 2003) mà sẽ xuất hiện sâu bên trong lớp phủ của Trái đất hoặc các môi trường khử khác như không gian vũ trụ. Ngược lại, các lỗ rỗng và vết nứt trên bề mặt được lấp đầy bởi các khoáng chất thứ cấp, nhiệt độ thấp như thạch anh và magnetit, goethit, florencite và goyazite bị oxy hóa cao (Trueb và Butterman, 1969), điển hình cho môi trường phát triển bề mặt trên Trái đất bị oxy hóa nhiều hơn.
So với kim cương có nguồn gốc từ lớp phủ, carbonado có thành phần đồng vị nhẹ hơn, với δ 13 C = –24 đến –31‰ (Ozima et al., 1991; Shelkov et al., 1997; De et al., 2001). Nồng độ nitơ thấp (~20 đến 500 ppmw), và δ 15Giá trị N dao động từ –3,6 đến 12,8‰ với giá trị trung bình là 3,7‰ (Shelkov et al., 1997; Vicenzi và Heaney, 2001; Yokochi et al., 2008). Phân bố đồng vị kết hợp của C và N cho thấy trường thành phần của carbonado khác biệt rõ rệt so với kim cương thông thường (hình 10).
Hình 11 cho thấy phổ quang phát quang (PL) của carbonado, tương tự như phổ của kim cương CVD được chiếu xạ và nung nóng (Clark et al., 1992). Các đỉnh đặc trưng ở 1,945 eV và 2,156 eV được cho là do khuyết tật lỗ trống nitơ (NV) trong kim cương loại Ib. Wang et al. (2009) báo cáo một lượng đáng kể N không kết tụ trong kim cương loại Ib với các khuyết tật H2 và H3. Các khuyết tật chứa hydro (H1) và khuyết tật NV cũng được Nadolinny et al. (2003) báo cáo.
Hiện tượng phát quang catốt của các tinh thể đơn kim cương lớn (khoảng 200 µm) trong carbonado thể hiện các tông màu cam và xanh lục (Magee và Taylor, 1999; De et al., 2001; Yokochi et al., 2008). Tuy nhiên, hiện tượng phát quang màu xanh lam trong các viên kim cương lớn, được nhúng trong ma trận phát quang màu cam của kim cương kích thước dưới micromet, cũng đã được báo cáo (Rondeau et al., 2008). Phạm vi màu sắc được cho là do các khuyết tật NV (khuyết tật nitơ-khoảng trống) khác nhau.
Các phép đo hồng ngoại synchrotron của carbonado đã cho thấy sự hiện diện của sự thay thế nitơ đơn (loại Ib) và hydro (Garai et al., 2006), trái ngược với N kết tụ điển hình của kim cương loại Ia thông thường đã trải qua quá trình ủ nhiệt độ cao kéo dài trong lớp phủ.
Carbonado đã được xác định niên đại bởi Ozima và Tatsumoto (1997) và Sano et al. (2002), trên các mẫu lấy từ các khối đá kết tụ (xem lại hình 2) đã được tái tạo trong khoảng thời gian từ ít nhất 1,7 tỷ năm đến khoảng 3,8 tỷ năm (Pedreira và De Waele, 2008). Điều đáng lưu ý là, không giống như việc xác định niên đại của kim cương thông thường, dựa trên các khoáng chất bị mắc kẹt (garnet, pyroxene và sulfide), tuổi của carbonado được thảo luận trong bài đánh giá này được xác định trực tiếp trên kim cương. Sau một quy trình hóa học mạnh mẽ gồm hòa tan bằng axit để loại bỏ tất cả các vật liệu không phải kim cương, carbonado đã được làm sạch được phân tích bằng hai phương pháp phân tích khác nhau. Ozima và Tatsumoto (1997) đã sử dụng phương pháp đo phổ khối lượng độ phân giải cao trên các mẫu có kích thước carat từ Cộng hòa Trung Phi, trong khi Sano et al. (2002) đã sử dụng đầu dò ion cho phép phân tích điểm kích thước micron trên các mẫu lớn hơn từ Brazil. Cả hai nghiên cứu đều báo cáo tuổi từ 2,6–3,8 tỷ năm trên chì phóng xạ được cấy ghép. Mặc dù phương pháp xác định tuổi này không thông thường, điều quan trọng cần lưu ý là kết quả thời kỳ Archean phù hợp với các tạp chất vỏ trái đất bị mắc kẹt (Sano et al., 2002) gồm zircon (1,7–3,6 Ga), rutile (3,9 Ga) và thạch anh (3,2 Ga), và với niên đại của nền móng trong khối kiến tạo São Francisco, là 3,3–3,7 Ga (Barbosa và Sabate, 2004).
Tóm lại, các đặc điểm hóa học và vật lý của carbonado cho thấy sự tương đồng rõ rệt với kim cương loại Ib được làm nguội nhanh và kim cương CVD, cả hai đều chứa lượng hydro đáng kể. Nhưng cũng có những điểm khác biệt lớn: carbonado có các lỗ rỗng và lớp màng với sự khác biệt về đồng vị C và N, không có khoáng chất manti và sự hiện diện của các tạp chất kim loại ngoại lai. Carbonado chắc chắn là một trong những dạng kim cương bất thường nhất từng được ghi nhận. Bởi vì nó chưa bao giờ được tìm thấy trong các loại đá chứa kim cương điển hình, nên nhiều nguồn gốc được đề xuất rất khác nhau và không có nguồn gốc nào được chấp nhận một cách thống nhất.
NGUỒN GỐC ĐỀ XUẤT
Các giả thuyết về nguồn gốc của món carbonado được chia thành năm loại:
- Tác động của thiên thạch (Smith và Dawson, 1985)
- Sự phát triển và kết dính trong lớp vỏ hoặc lớp phủ (Burgess et al., 1998; Ishibashi et al., 2012; Chen và Van Tendeloo, 1999; Heaney et al., 2005; Kagi và Fukura, 2008; Ketcham và Koeberl, 2013)
- Sự hút chìm (De Carli, 1997; Irifune và cộng sự, 2004)
- Cấy ghép ion phóng xạ vào chất nền carbon (Kaminsky, 1991; Ozima và cộng sự, 1991; Shibata và cộng sự, 1993; Kagi và cộng sự, 1994; Daulton và Ozima, 1996; Ozima và Tatsumoto, 1997)
- Người ngoài hành tinh (Haggerty, 1996, 2014)
Va chạm thiên thạch. Mô hình này dựa trên sự tương quan với dị thường từ trường Bangui ở Cộng hòa Trung Phi. Ban đầu được cho là một thiên thạch sắt bị chôn vùi, sau đó người ta chứng minh đó là một khối quặng sắt dạng dải có nguồn gốc từ vỏ Trái đất (Regan và Marsh, 1982), tương tự như dị thường từ trường và mỏ quặng sắt khổng lồ ở Kursk, Nga (Taylor và cộng sự, 2014). Vì thành phần đồng vị C của carbonado rất nhẹ (δ 13 C = –21 đến –34‰), nên người ta giả định sự hiện diện của vật liệu hữu cơ có nguồn gốc sinh học trong đá mục tiêu. Mô hình va chạm khó xảy ra vì chất nền C, nhất thiết phải là vi khuẩn lam ở khoảng 3,8 tỷ năm trước, sẽ có kích thước quá lớn (ước tính vài km khối và không bị ô nhiễm bởi vật liệu vỏ Trái đất), để giải thích cho lượng carbonado ước tính hai tấn được thu hồi cho đến nay (Haggerty, 2014). Ngoài ra, các trường hợp kim cương do va chạm thiên thạch được biết đến (Arizona, Hoa Kỳ; Ries, Đức; và Popigai, Nga) là các vi kim cương riêng lẻ chứ không phải là kim cương cacbonat (Frondel và Marvin, 1967; Hough et al., 1995; Shelkov et al., 1997).
Sự phát triển và thiêu kết trong lớp vỏ hoặc lớp phủ. Một số mô hình đề xuất các "chất lỏng" bão hòa cacbon được hỗ trợ bởi chất xúc tác trong lớp vỏ hoặc lớp phủ. Các chất lỏng này cung cấp nguồn cacbon và môi trường có khả năng làm giảm đáng kể giới hạn ổn định PT của kim cương từ 5–6 GPa và 1200–1300°C truyền thống, ở độ sâu 200 km trở lên (Shirey và Shigley, 2013). Các "chất lỏng" này chứa nước, siêu tới hạn (tức là vượt quá điểm cùng tồn tại của chất lỏng + hơi), và bị oxy hóa mạnh đến mức sự kết tinh kim cương khó xảy ra, và khả năng tồn tại của kim cương càng thấp hơn. Một sự tương đồng với framesite kết tụ lỏng lẻo, được tìm thấy trong kimberlite có nguồn gốc từ lớp phủ, cũng đã được đề xuất, nhưng không thỏa đáng vì kim cương là bán quý, không có lỗ rỗng và lớp gỉ, và thiếu bộ khoáng chất bị khử mạnh gồm kim loại, cacbua và nitrua.
Sự hút chìm. Mặc dù carbonado có mặt trong meta-conglomerate (xem lại hình 2), nhưng những viên kim cương được gắn kết chắc chắn này rất khác với kim cương biến chất bị hút chìm ở áp suất cực cao được tìm thấy trong các vùng va chạm lục địa ở Na Uy, Trung Quốc, Kazakhstan, Hy Lạp và Đức (Ogasawara, 2005). Kim cương ở những địa điểm này là tinh thể đơn và được bao bọc bởi zircon, garnet, pyroxene và amphibole hoạt động như các lớp vỏ cách nhiệt. Quá trình thiêu kết là cần thiết để hình thành carbonado. Điều này có thể xảy ra ở áp suất và nhiệt độ cao trong lớp phủ, nhưng quá trình này sẽ kết hợp một hoặc nhiều khoáng chất của lớp phủ như olivine, garnet, pyroxene và spinel, không có khoáng chất nào trong số đó được quan sát thấy. Hơn nữa, các mảng kiến tạo bị hút chìm được suy luận có thành phần là đại dương và bazan, và đang trong quá trình chuyển đổi ở áp suất và nhiệt độ cao.sẽ tạo ra nồng độ lớn garnet + pyroxene (cụ thể là eclogite), điều này lại không được tìm thấy. Sự vận chuyển lên bề mặt Trái đất hoặc không được xem xét hoặc được tạm thời gán cho các luồng núi lửa sâu trong lớp phủ trong cả hai mô hình hút chìm và bức xạ (bên dưới).
Cấy ghép ion phóng xạ vào chất nền carbon. Kim cương do bức xạ tạo ra có kích thước nanomet và không thể giải thích được các viên kim cương lớn hơn trong phạm vi kích thước micromet đến milimet được tìm thấy trong carbonado. Sau khi kim cương được hình thành, cấy ghép năng lượng thấp làm thay đổi cấu trúc nguyên tử và làm cho kim cương chuyển sang màu xanh lục; liều ion năng lượng cao tạo ra than chì thay vì kim cương bổ sung (Kalish và Prawer, 1995). Không có mỏ than nào ở 2–3 tỷ năm trước, và kim cương do bức xạ tạo ra được thu hồi từ carburanium rất hiếm (hydrocarbon giàu U) có số lượng thấp và kích thước nanomet. Các đề xuất về thiêu kết bức xạ, và thậm chí cả sự hình thành lỗ rỗng, đều không thể chấp nhận được.
Nguồn gốc ngoài Trái đất. Mô hình nguồn gốc ngoài Trái Đất (ET) ban đầu được đề xuất vì các kịch bản truyền thống trên Trái Đất không giải thích được các đặc điểm chính của carbonado, cụ thể là độ xốp, lớp màng, tính đa tinh thể, độ hiếm và vị trí của kim cương (Haggerty, 2014). Các lỗ rỗng không tương thích với môi trường áp suất cao; do đó, carbonado không thể hình thành trong cùng điều kiện mà kim cương thông thường hình thành trong lớp phủ ở độ sâu khoảng 200 km. Các lỗ rỗng trong carbonado (xem lại hình 3 và 4) tương tự như các bọt khí trong bazan thoát khí ở áp suất thấp trong điều kiện gần bề mặt từ magma nóng chảy hoặc bán nóng chảy. Điều này loại trừ nguồn gốc của carbonado trong lớp vỏ hoặc lớp phủ, vì quá trình hóa lỏng carbon không dễ dàng xảy ra. Trên thực tế, kim cương ở dạng rắn trong lõi Trái Đất (6.380 km và khoảng 350 GPa và 7000 K; Bundy et al., 1996; Oganov et al., 2013). Do đó, không có đặc điểm nào giống như sự nóng chảy được giải thích trong carbonado (hình 5–7) có thể có nguồn gốc từ Trái đất. Hơn nữa, không có một mẫu carbonado nào được báo cáo từ các tầng kimberlite-lamproite trong số gần 700 tấn kim cương được khai thác kể từ khoảng năm 1900 (Levinson và cộng sự, 1992). Như đã lưu ý ở trên, carbonado khác với kim cương thông thường ở một số khía cạnh:
- Hydro chiếm tỷ trọng lớn và nitơ phân tán rộng rãi, điều này thường thấy ở dưới 1% kim cương thông thường (tức là loại Ib).
- Sự kết hợp các đồng vị N và C rõ ràng không phải là đặc trưng của Trái Đất (hình 10).
- Có những điểm tương đồng đáng chú ý với kim cương được hình thành bằng phương pháp lắng đọng hơi carbon (hình 11), một quy trình đòi hỏi điều kiện chân không và nhiệt độ plasma mà không thể thực hiện được trong bất kỳ môi trường tự nhiên nào trên Trái đất.
- Carbonado thiếu các khoáng chất bao thể đặc trưng của kim cương như Cr-garnet, Na-Al-pyroxene, Mg-olivine, Mg-chromite và Fe-Ni-sulfides, và thay vào đó được thay thế bằng các hợp kim và khoáng chất kim loại khử đặc biệt.
Kịch bản ET cho rằng carbonado có nguồn gốc từ các thiên thể giàu carbon, chứa kim cương và/hoặc các hành tinh chứa carbon bị phá vỡ (Haggerty, 2014). Tất cả các đặc điểm đặc trưng của carbonado đều được đáp ứng: kim cương CVD là chất kết dính cho các vi kim cương trong carbonado; sự mất hydro giữa các vì sao tạo ra các lỗ rỗng, và lớp gỉ cùng các cấu trúc dòng chảy là sản phẩm nóng chảy chân không cao từ sao hoặc giữa các vì sao. Mô hình này còn đề xuất rằng carbonado được vận chuyển đến Trái đất dưới dạng một thiên thạch kim cương lớn hoặc dưới dạng các "quả mận" kim cương nhỏ hơn trong ma trận thiên thạch chứa carbon, có thể trong Thời kỳ Va đập mạnh muộn (3,8–4,2 tỷ năm trước), trong đó hệ mặt trời bên trong bị tấn công dữ dội bởi các thiên thạch (Fassett và Minton, 2013; Abramov và cộng sự, 2013). Nhiều miệng hố trên mặt trăng được coi là bằng chứng của sự va đập này (Marchi và cộng sự, 2013). Tuổi lý thuyết của sự kiện này tương ứng với tuổi lâu đời nhất được xác định cho carbonado (3,8 ± 1,8 Ga). Điều này sẽ giải thích sự hiếm hoi của nó như một sự xuất hiện duy nhất được biết đến trên các nền lục địa São Francisco và Congo, vốn từng được nối liền về mặt địa chất thành các siêu lục địa Nuna và Rodinia. Carbonado chắc chắn đã lan rộng trong thời kỳ bắn phá, nhưng phần lớn carbonado rơi xuống các đại dương rộng lớn tồn tại vào thời điểm đó. Sự phá vỡ và hút chìm của siêu lục địa đã xảy ra sau đó, chỉ còn lại những tàn tích được bảo tồn của carbonado trên một hòn đảo ngày nay bị chia cắt giữa Brazil và Cộng hòa Trung Phi.
Việc phát hiện gần đây các mảng kim cương dưới micromet trong thủy tinh sa mạc Libya, một loại thủy tinh tự nhiên có hàm lượng silica cao được cho là có nguồn gốc từ sao chổi (Kramers et al., 2013), củng cố mô hình ET cho carbonado. Quan điểm này được hỗ trợ bởi các bằng chứng ngày càng tăng về (1) thủy tinh giống kim cương được sản xuất tổng hợp (Shumilova et al., 2016a, b); (2) kim cương nano được bao bọc trong lớp vỏ carbon thủy tinh trong môi trường giữa các vì sao (Yastrebov và Smith, 2009); và (3) carbon thủy tinh và kim cương nano được tạo ra trong thí nghiệm (Shiell et al., 2016) và trong sóng xung kích siêu tân tinh (Stroud et al., 2011). Một bằng chứng hỗ trợ khác là việc phát hiện ra tiểu hành tinh 2008 TC3, được theo dõi khi đi vào khí quyển Trái đất và rơi xuống Bắc Sudan dưới dạng một mảnh thiên thạch ureilite chứa kim cương (Miyahara et al., 2015). Khác thường ở một số khía cạnh, thiên thạch này chứa những viên kim cương có kích thước xấp xỉ 100 µm. Đây là những viên kim cương đặc biệt lớn đối với ureilite, thường có kích thước kim cương từ 1–5 µm, và lớn hơn đáng kể so với kim cương nano có nguồn gốc tiền Mặt trời trong các thiên thạch chondrite chứa carbon. Những báo cáo này được bổ sung bởi phát hiện bất ngờ rằng sao Thủy có lớp vỏ than chì, hiện được bao phủ bởi đá núi lửa nhưng lộ ra ở các miệng hố thiên thạch (Peplowski và cộng sự, 2016), có thể chứa kim cương.
KẾT LUẬN
Carbonado (hình 12) là dạng kim cương bất thường nhất trên Trái đất. Mặc dù có nhiều dấu hiệu khoáng vật học không được quan sát thấy ở các loại kim cương thông thường, nhưng phương thức hình thành của nó vẫn chưa được giải thích rõ ràng. Việc khám phá ra nguồn gốc của carbonado sẽ mở ra một phương thức hình thành kim cương hoàn toàn mới và có thể đại diện cho một hình thức vận chuyển carbon từ ngoài vũ trụ đến Trái đất đáng chú ý. Mô hình ngoài vũ trụ, mặc dù mang tính khái niệm và được hỗ trợ bởi dữ liệu vật lý thiên văn, chỉ được chứng minh bằng việc phát hiện carbonado trong vành đai tiểu hành tinh bằng phương pháp cảm biến từ xa, hoặc bằng việc quan sát thấy một thiên thạch kim cương rơi xuống có màu tối, xốp và có lớp màng bảo vệ.