Bao thể là bất cứ thứ gì bị nhốt bên trong một viên đá quý: một tinh thể khoáng vật khác, một giọt chất lỏng, bọt khí, vết nứt đã lành hay vùng màu không đều. Với nhà địa chất, bao thể là bằng chứng trực tiếp về môi trường viên đá đã lớn lên: nhiệt độ, áp suất, dung dịch, thậm chí tuổi của nó. Nhờ đọc bao thể, các nhà khoa học biết có nước ở sâu hàng trăm kilomet trong lớp phủ và biết một số kim cương đã tồn tại khoảng ba tỷ năm.
Bao thể là gì và được phân loại thế nào
Khi một tinh thể lớn lên trong lòng đất, nó không lớn trong chân không. Xung quanh có dung dịch, có khoáng vật khác, có biến động nhiệt và áp. Những gì tinh thể "nuốt" vào trong quá trình đó, hoặc những gì xảy ra với nó về sau, đều có thể để lại dấu vết bên trong.
Nhà ngọc học thường chia bao thể theo thời điểm hình thành so với tinh thể chủ:
| Loại | Hình thành khi nào | Ví dụ |
|---|---|---|
| Có trước (tiền sinh) | Có sẵn trước khi tinh thể chủ lớn, bị bao lấy | Tinh thể garnet, olivine nằm trong kim cương |
| Đồng sinh | Hình thành cùng lúc với tinh thể chủ | Giọt dung dịch mẹ bị nhốt; bao thể ba pha trong ngọc lục bảo |
| Hậu sinh | Hình thành sau, khi tinh thể chủ đã lớn xong | Vết nứt lành, kim rutil tách ra khi đá nguội, khoáng vật thấm vào khe nứt |
Ngoài ra còn cách chia theo trạng thái: bao thể rắn (tinh thể khoáng vật), bao thể lỏng, bao thể khí, và bao thể nhiều pha khi trong một hốc có cả lỏng, khí, rắn.
Những bao thể kể chuyện lớn
Kim rutil trong corundum: dấu vết của sự nguội đi
Nhiều viên ruby và sapphire chứa những sợi kim mảnh như tơ, cắt nhau theo ba hướng góc 60 độ. Đó là rutil, oxit titan. Ở nhiệt độ cao, titan hoà tan được trong mạng corundum. Khi đá nguội chậm, corundum không còn "chứa nổi" titan, và titan tách ra thành kim rutil xếp theo hướng của mạng tinh thể chủ, như đường kết tinh trong nồi nước muối nguội. Hiện tượng này gọi là tách dung dịch rắn.
Đám kim rutil dày đặc chính là nguyên nhân của hiệu ứng sao sáu cánh ở sapphire sao, nội dung được bàn ở danh mục corundum. Chúng cũng nói với nhà địa chất rằng viên đá đã từng nóng và nguội chậm. Thợ xử lý nhiệt biết khi nung lại ở nhiệt độ cao, kim rutil có thể tan ngược vào mạng, nên tình trạng của kim rutil là một trong những manh mối nghiên cứu lịch sử nhiệt của viên đá.
Vết nứt lành: "dấu vân tay" trong đá
Khi một tinh thể bị nứt trong lòng đất rồi dung dịch thấm vào, vật chất kết tủa lại hàn kín vết nứt. Nhưng hàn không hoàn hảo: dọc mặt nứt cũ còn lại vô số giọt chất lỏng nhỏ li ti xếp thành hoa văn như vân tay hoặc tấm lưới. Thợ gọi đó là "dấu vân tay". Nó cho biết viên đá từng bị biến dạng và từng gặp dung dịch sau khi lớn lên.
Bao thể ba pha: mẫu nước cổ
Trong ngọc lục bảo Colombia, những hốc nhỏ chứa nước muối, bọt khí và tinh thể halit là mẫu dung dịch mẹ còn nguyên. Đo nhiệt độ mà bọt khí biến mất khi nung nóng mẫu dưới kính hiển vi, nhà nghiên cứu ước tính được nhiệt độ tối thiểu lúc bao thể bị nhốt. Kỹ thuật này gọi là đo nhiệt độ đồng nhất hoá bao thể lỏng, công cụ quen thuộc của địa chất mỏ.
Đuôi ngựa trong garnet demantoid
Garnet demantoid từ vùng Ural (Nga) thường chứa những chùm sợi amiăng chrysotil xòe ra như đuôi ngựa. Chúng cho biết demantoid sinh ra trong đá serpentinit, đá gốc lớp phủ bị biến đổi bởi nước. Bao thể "đuôi ngựa" gắn chặt với kiểu môi trường này.
Kim cương: cửa sổ nhìn vào lớp phủ sâu
Không một mũi khoan nào của con người xuống được lớp phủ. Kim cương thì đã từ đó đi lên, và những bao thể trong nó là mẫu vật thật của lòng đất sâu.
- Tuổi của kim cương: bao thể garnet, sulfua trong kim cương có thể định tuổi bằng phương pháp đồng vị phóng xạ. Các nghiên cứu cho thấy nhiều kim cương ở nam châu Phi, Siberia, Canada rất cổ, một số được định tuổi khoảng 3 tỷ năm hoặc hơn, già hơn nhiều so với ống kimberlit đã đưa chúng lên.
- Nước trong vùng chuyển tiếp: năm 2014, một nhóm nghiên cứu công bố phát hiện bao thể ringwoodit trong một viên kim cương từ Brazil. Ringwoodit chỉ bền ở độ sâu khoảng 525–660 km, và mẫu này có chứa nước trong cấu trúc. Đây là bằng chứng trực tiếp đầu tiên rằng vùng chuyển tiếp của lớp phủ có thể giữ một lượng nước đáng kể.
- Băng áp suất cao: một số kim cương siêu sâu được báo cáo chứa băng loại VII, dạng nước đá chỉ tồn tại ở áp suất cực lớn, bị nhốt lại và giữ nguyên nhờ vỏ kim cương cứng.
Những phát hiện này cho thấy một bao thể nhỏ hơn hạt bụi có thể thay đổi hiểu biết về cấu trúc hành tinh.
Dùng bao thể như chiếc áp kế
Một kỹ thuật tương đối mới là đo áp suất bằng chính sự "bó chặt" của bao thể. Khi một tinh thể thạch anh nhỏ bị garnet bao lấy ở sâu, rồi cả hai được đưa lên mặt đất, chúng co giãn khác nhau. Thạch anh bị kẹt trong vỏ garnet vẫn chịu một áp suất dư. Dùng quang phổ Raman đo độ lệch tần số dao động của thạch anh, các nhà nghiên cứu tính ngược lại áp suất lúc garnet bao lấy nó. Phương pháp này được gọi là đo áp suất đàn hồi, đang được dùng nhiều trong nghiên cứu đá biến chất.
Bao thể và nguồn gốc viên đá
Vì mỗi môi trường địa chất để lại bộ bao thể riêng, các phòng thí nghiệm ngọc học dùng tổ hợp bao thể, kết hợp phân tích nguyên tố vết, để đưa ra ý kiến về vùng nguồn gốc của ruby, sapphire, ngọc lục bảo. Ví dụ, ruby trong đá hoa thường có bao thể canxit, apatit; ruby từ đá amphibolit lại có amphibol, và đá quý từ vùng bazan có bộ bao thể khác nữa.
Cần hiểu đúng: kết luận nguồn gốc là ý kiến chuyên môn dựa trên dữ liệu so sánh, không phải phép đo tuyệt đối, và các vùng có thể chồng lấn. Việc dùng kính lúp để thẩm định một viên cụ thể, hay phân biệt đá tự nhiên với đá tổng hợp khi mua, thuộc các chuyên đề khác. Bộ sách ảnh kinh điển về chủ đề này là Photoatlas of Inclusions in Gemstones của Eduard Gübelin và John Koivula, nhiều tập, gồm hàng nghìn ảnh chụp bao thể.
Hổ phách: bao thể sinh học
Bao thể nổi tiếng nhất với công chúng có lẽ là côn trùng trong hổ phách. Nhựa cây chảy ra bẫy lấy kiến, muỗi, nhện, lá cây, rồi hoá cứng qua hàng triệu năm. Hổ phách là đá quý hữu cơ, không phải khoáng vật, nhưng nguyên lý giống hệt: vật chủ đông cứng, giữ nguyên những gì nó nuốt vào. Bao thể trong hổ phách là nguồn dữ liệu quý cho cổ sinh vật học. Lịch sử hổ phách được kể ở danh mục đá quý và văn hoá.
Góc nhìn hôm nay: tập nhìn bao thể
- Bắt đầu với thạch anh: thạch anh tóc (chứa kim rutil vàng), thạch anh có chlorit lục, thạch anh có bọt nước là những mẫu dễ quan sát bằng kính lúp 10x hoặc điện thoại có ống kính macro.
- Chiếu sáng từ bên cạnh: dùng đèn pin chiếu xiên vào viên đá trên nền tối, bao thể sẽ sáng lên rõ hơn so với chiếu thẳng.
- Ghi chép: chụp ảnh, ghi hình dạng, màu, hướng của bao thể. Tập dần sẽ thấy mỗi loại đá có "chữ ký" riêng.
- Đọc thêm: chuyên mục "Micro-World" trên tạp chí Gems & Gemology của GIA, chuyên đăng ảnh bao thể đẹp và lạ.
Câu hỏi thường gặp
Bao thể trong đá quý là gì?
Bao thể là vật chất hoặc khuyết tật bị nhốt bên trong viên đá: tinh thể khoáng vật khác, giọt chất lỏng, bọt khí, vết nứt đã lành. Chúng hình thành trước, cùng lúc hoặc sau khi tinh thể chủ lớn lên, và ghi lại điều kiện môi trường lúc đó.
Bao thể có làm giảm giá trị viên đá không?
Bao thể lớn, dễ thấy có thể ảnh hưởng độ trong và độ bền, nhưng nhiều bao thể lại là đặc trưng tự nhiên được đánh giá cao, như kim rutil tạo sao trong sapphire sao hay "đuôi ngựa" trong demantoid. Với nhà khoa học, bao thể là nguồn thông tin quý.
Bao thể giúp biết tuổi kim cương thế nào?
Một số bao thể trong kim cương như garnet, sulfua chứa nguyên tố phóng xạ. Đo tỷ lệ đồng vị trong chúng cho phép định tuổi lúc kim cương hình thành. Nhiều kim cương được xác định rất cổ, một số khoảng 3 tỷ năm hoặc hơn.
Bao thể ba pha là gì?
Bao thể ba pha là hốc nhỏ chứa đồng thời chất lỏng, bọt khí và một tinh thể rắn, thường là muối. Đó là giọt dung dịch mẹ bị nhốt lại khi tinh thể lớn. Loại này đặc trưng cho ngọc lục bảo Colombia.
Vì sao trong sapphire có kim rutil?
Ở nhiệt độ cao, titan hoà tan được trong corundum. Khi đá nguội chậm, titan tách ra thành kim rutil mảnh xếp theo ba hướng của mạng tinh thể. Đám kim dày đặc này tạo ánh lụa và là nguyên nhân hiệu ứng sao sáu cánh.
