Carbonado là kim cương đen tự nhiên dạng đa tinh thể: một khối xốp gồm vô số tinh thể kim cương cỡ micromet dính vào nhau, chỉ được tìm thấy ở bang Bahia (Brazil) và Cộng hoà Trung Phi, chưa bao giờ thấy trong kimberlit. Nguồn gốc của nó vẫn là một trong những câu hỏi mở thú vị nhất của khoáng vật học, với các giả thuyết từ va chạm thiên thạch, phóng xạ trong vỏ Trái Đất đến nguồn gốc ngoài Trái Đất. Bài này cũng phân biệt carbonado với "kim cương đen" bày bán trong trang sức, vốn phần lớn là thứ khác.
Carbonado trông như thế nào
Carbonado thường là những cục tròn méo hoặc dị hình, màu đen, xám sẫm đến nâu, to từ hạt đậu đến nắm tay. Bề mặt nhiều cục có lớp "men" bóng như thuỷ tinh chảy, bên trong là cấu trúc xốp với rất nhiều lỗ rỗng nhỏ. Cầm lên thấy nhẹ hơn mong đợi so với một viên kim cương cùng kích thước, vì độ xốp làm tỷ trọng giảm.
Dưới kính hiển vi điện tử, carbonado hiện ra là một khối gồm hàng tỷ tinh thể kim cương nhỏ, phần lớn chỉ vài micromet đến vài chục micromet, xếp ngẫu nhiên. Khe giữa các tinh thể chứa khoáng vật lạ và lỗ rỗng. Màu đen đến từ chính cấu trúc ấy: ánh sáng bị tán xạ và hấp thụ qua vô số ranh giới hạt, lỗ rỗng và chất lấp đầy.
Tên carbonado do người Bồ Đào Nha ở Brazil đặt, gợi ý thứ đá trông như "bị cháy", "như than".
Carbonado khác kim cương kimberlit ở đâu
| Đặc điểm | Kim cương kimberlit | Carbonado |
|---|---|---|
| Cấu trúc | Phần lớn là đơn tinh thể | Đa tinh thể, xốp |
| Nơi tìm thấy | Ống kimberlit, lamproit và sa khoáng quanh đó, nhiều châu lục | Chỉ trong sa khoáng và cuội kết cổ ở Bahia (Brazil) và Trung Phi |
| Bao thể | Khoáng vật lớp phủ: garnet, olivine, pyroxen | Khoáng vật kiểu vỏ Trái Đất, kim loại tự sinh, không thấy khoáng vật lớp phủ điển hình |
| Đồng vị cacbon | Phần lớn gần giá trị lớp phủ | "Nhẹ" hơn rõ rệt, gần với cacbon hữu cơ |
| Tuổi ước tính | Từ hàng trăm triệu đến hơn ba tỷ năm | Theo nhiều nghiên cứu, khoảng 2,6–3,8 tỷ năm |
Hai địa điểm phân bố cách nhau một đại dương nhưng lại khớp với nhau nếu ghép lục địa theo thời siêu lục địa cổ, khi Nam Mỹ và châu Phi còn liền nhau. Nhiều nhà nghiên cứu vì vậy cho rằng carbonado ở cả hai nơi có chung một nguồn, đã bị chia đôi khi Đại Tây Dương mở ra.
Bốn giả thuyết về nguồn gốc
Không giả thuyết nào giải thích trọn vẹn mọi đặc điểm của carbonado. Dưới đây là bốn hướng chính, kèm điểm mạnh và điểm yếu.
1. Va chạm thiên thạch
Sóng sốc của một cú va chạm lớn có thể biến cacbon trong đá thành kim cương đa tinh thể, như ở hố Popigai. Ưu điểm: giải thích được dạng đa tinh thể và phân bố tập trung. Điểm yếu: kim cương va đập thường giữ hình tấm của than chì ban đầu và đi cùng khoáng vật sốc đặc trưng, trong khi carbonado không có những dấu hiệu đó một cách rõ ràng.
2. Nguồn gốc ngoài Trái Đất
Năm 2006, một nhóm nghiên cứu do Jozsef Garai và Stephen Haggerty dẫn đầu công bố phổ hồng ngoại của carbonado cho thấy dấu hiệu liên kết hydro – cacbon, mà họ so sánh với kim cương trong bụi giữa các vì sao. Họ đề xuất carbonado hình thành trong môi trường giàu cacbon quanh một ngôi sao, rồi rơi xuống Trái Đất cùng một thiên thạch lớn. Giả thuyết thu hút báo chí nhưng bị nhiều nhà khoa học phản biện, vì chưa có thiên thạch nào chứa carbonado và chứng cứ phổ học có thể giải thích theo cách khác.
3. Phóng xạ trong vỏ Trái Đất
Carbonado chứa các khoáng vật giàu urani, thori và có dấu vết hư hại do bức xạ. Một số nhà nghiên cứu đề xuất rằng bức xạ từ phân rã phóng xạ, tác động lâu dài lên vật chất hữu cơ giàu cacbon, có thể kết tinh ra kim cương ở áp suất thấp. Ưu điểm: giải thích đồng vị cacbon nhẹ và bao thể kiểu vỏ. Điểm yếu: chưa tái tạo được quá trình này để tạo kim cương khối lớn trong phòng thí nghiệm, và người ta còn tranh luận khoáng vật phóng xạ có mặt từ đầu hay thấm vào sau.
4. Lớp phủ hoặc đới hút chìm
Hướng này cho rằng carbonado vẫn sinh trong lòng Trái Đất, có thể từ cacbon hữu cơ bị kéo xuống theo mảng hút chìm, kết tinh nhanh từ dung dịch thành dạng đa tinh thể. Điểm yếu: cần giải thích vì sao không thấy khoáng vật lớp phủ và vì sao chưa từng gặp carbonado trong bất kỳ ống kimberlit nào.
Đến nay, giới khoa học coi nguồn gốc carbonado là câu hỏi chưa có lời đáp. Đó cũng là lý do nó hấp dẫn: một vật liệu ai cũng cầm được, đo được, mà vẫn chưa ai kể trọn được nó từ đâu đến.
Bahia và những khối carbonado khổng lồ
Giữa thế kỷ 19, một cơn sốt kim cương sa khoáng bùng lên ở vùng cao nguyên Chapada Diamantina thuộc bang Bahia. Thợ đãi tìm thấy cả kim cương trong suốt và những cục đen mà ban đầu ít ai để ý. Khi công nghiệp khoan đá phát triển, carbonado trở nên được săn tìm, vì nó không có mặt cát khai xuyên suốt như kim cương đơn tinh thể nên không tách vỡ khi va đập, rất hợp gắn vào mũi khoan.
Khối carbonado lớn nhất được ghi nhận, theo các tài liệu thường được dẫn, là "Sergio", tìm thấy ở Bahia năm 1895, nặng khoảng 3.167 carat, nhỉnh hơn cả viên Cullinan thô. Khối này về sau được đập nhỏ để dùng trong công nghiệp. Vì vậy, nếu tính theo khối lượng một vật thể kim cương tự nhiên, kỷ lục lại thuộc về một cục đá đen xốp chứ không phải viên đá trong suốt nào.
Ngày nay vùng Chapada Diamantina là công viên quốc gia, các thị trấn mỏ cũ như Lençóis sống bằng du lịch sinh thái, còn kim cương tổng hợp đã thay carbonado trong hầu hết ứng dụng khoan.
Carbonado và "kim cương đen" trong trang sức
Từ "kim cương đen" trong cửa hàng thường không chỉ carbonado. Phần lớn là một trong những loại sau:
- Kim cương đơn tinh thể nhiều bao thể: chứa dày đặc than chì, sulfua hoặc vết nứt đã bị than chì hoá, nên trông đen.
- Kim cương đã xử lý: kim cương chất lượng thấp được nung hoặc chiếu xạ để đổi màu sang đen hoặc xanh rất sẫm.
- Carbonado được giác: hiếm hơn; khối đa tinh thể có thể mài được nhưng khó đạt mặt bóng như kim cương thường vì xốp.
Cách phân biệt khi mua và đọc giấy giám định không thuộc phạm vi bài này. Điều cần biết về mặt khoa học là "kim cương đen" là một tên gọi theo màu, gồm nhiều thứ có lịch sử hình thành rất khác nhau.
Góc nhìn hôm nay: một bài toán còn để ngỏ
Carbonado là ví dụ hiếm có về một vật liệu đã được khai thác, buôn bán, dùng trong công nghiệp hơn một thế kỷ mà nguồn gốc vẫn còn tranh cãi. Với người mê địa chất, đây là chỗ đáng theo dõi:
- Tìm đọc các bài tổng quan về carbonado trên tạp chí Gems & Gemology của GIA và các tạp chí khoáng vật học; chú ý ngày công bố, vì quan điểm thay đổi theo dữ liệu mới.
- Xem ảnh mẫu carbonado và vùng phân bố trên Mindat.org.
- Khi đọc một tin "kim cương đến từ vũ trụ", hãy hỏi: có thiên thạch nào chứa nó chưa, và đã có nhóm độc lập nào kiểm tra chưa.
Câu hỏi thường gặp
Carbonado là gì?
Carbonado là kim cương đen tự nhiên dạng đa tinh thể, gồm vô số tinh thể kim cương nhỏ dính vào nhau thành khối xốp. Nó chỉ được tìm thấy ở Bahia (Brazil) và Cộng hoà Trung Phi, không có trong kimberlit.
Carbonado có phải đến từ vũ trụ không?
Đó là một trong bốn giả thuyết chính, được đề xuất năm 2006 dựa trên phổ hồng ngoại. Nhiều nhà khoa học phản biện vì chưa tìm thấy carbonado trong thiên thạch nào; nguồn gốc carbonado đến nay vẫn chưa được thống nhất.
Kim cương đen có phải carbonado không?
Không hẳn. Phần lớn kim cương đen trong trang sức là kim cương đơn tinh thể chứa nhiều bao thể than chì hoặc kim cương đã được xử lý đổi màu. Carbonado chỉ là một loại kim cương đen, khá hiếm khi được giác.
Khối carbonado lớn nhất nặng bao nhiêu?
Theo các tài liệu thường được dẫn, khối carbonado "Sergio" tìm thấy ở Bahia năm 1895 nặng khoảng 3.167 carat, nhỉnh hơn viên Cullinan thô. Khối này về sau bị đập nhỏ để dùng trong công nghiệp.
Vì sao carbonado từng được dùng làm mũi khoan?
Carbonado gồm nhiều tinh thể nhỏ xếp ngẫu nhiên, không có mặt cát khai xuyên suốt như kim cương đơn tinh thể. Vì vậy nó dai, không tách vỡ khi va đập, rất hợp với mũi khoan đá trước khi có kim cương tổng hợp.
