Sapphire và zircon ở các vùng bazan như Tây Nguyên, Thái Lan, Campuchia hay đông Úc không kết tinh từ chính dung nham bazan. Chúng là những tinh thể "khách", hình thành trước đó ở sâu dưới vỏ Trái Đất, rồi bị magma bazan bứt theo và đưa lên khi núi lửa phun. Nguồn gốc chính xác của những tinh thể này vẫn là một câu hỏi các nhà địa chất đang tranh luận.
Vì sao sapphire không thể sinh ra từ bazan
Bazan là đá núi lửa có ít silic hơn granit, giàu magie, sắt, canxi. Sapphire là corundum, oxit nhôm gần như tinh khiết. Về mặt hoá học, magma bazan không đủ dư nhôm để corundum kết tinh từ nó; ngược lại, khi một tinh thể corundum rơi vào magma bazan nóng, nó không bền và bắt đầu bị hoà tan.
Bằng chứng nằm ngay trên bề mặt viên đá. Sapphire nhặt trong sỏi vùng bazan thường có mặt ngoài tròn trịa, rỗ, bị ăn mòn như viên đường ngậm dở, đôi khi bao quanh bởi một lớp phản ứng mỏng gồm spinel hay khoáng vật khác. Đó là dấu vết của cuộc gặp không mấy thân thiện giữa tinh thể và dung nham. Nhà địa chất gọi những tinh thể như vậy là tinh thể lạ (xenocryst): chúng nằm trong bazan nhưng không sinh ra từ bazan.
Câu chuyện giống với peridot trong thể tù lớp phủ, nhưng có một khác biệt quan trọng: với peridot, đá gốc được biết rõ là peridotit lớp phủ. Với sapphire bazan, đá gốc chưa bao giờ được tìm thấy nguyên vẹn.
Sapphire đến từ đâu: các giả thuyết
Vì không thấy đá mẹ, các nhà khoa học phải suy luận từ chính viên đá: bao thể bên trong, nguyên tố vết, đồng vị oxy, và tuổi của zircon đi kèm. Các giả thuyết chính có thể tóm tắt như sau:
- Kết tinh từ magma giàu kiềm, nghèo silic ở đáy vỏ: các bao thể trong nhiều sapphire bazan, như khoáng vật fenspat kiềm, columbit, pyrochlor, zircon, gợi ý chúng kết tinh từ một loại magma giống syenit, sinh ra ở vùng ranh giới vỏ và lớp phủ. Đây là giả thuyết được nhắc nhiều.
- Sinh ra do trao đổi chất trong lớp phủ thạch quyển: dung dịch, chất lỏng giàu kiềm và cacbonat thấm qua đá ở phần trên lớp phủ, phản ứng và tạo corundum.
- Từ đá biến chất giàu nhôm ở phần dưới vỏ: một số sapphire, nhất là loại có đặc điểm khác (như một số ruby vùng bazan), được cho là có nguồn gốc biến chất rồi mới bị bazan cuốn lên.
Nhiều nghiên cứu cho rằng các giả thuyết không loại trừ nhau: trong cùng một vùng bazan có thể có nhiều nhóm sapphire với nguồn gốc khác nhau. Nhà nghiên cứu thường chia ra nhóm "magma" và nhóm "biến chất" dựa vào tỷ lệ nguyên tố vết như gali, magie.
Zircon: người bạn đồng hành và chiếc đồng hồ
Ở hầu hết các vùng sapphire bazan, zircon xuất hiện cùng. Zircon là silicat của zirconi, rất cứng, nặng (tỷ trọng khoảng 4,6–4,7), sống sót tốt trong sa khoáng. Nó có ánh rất mạnh và tán sắc cao, nên được dùng làm đá quý từ lâu. Zircon lam phổ biến trên thị trường phần lớn là zircon nâu được nung nhiệt; vùng Ratanakiri ở đông bắc Campuchia là nguồn zircon bazan nổi tiếng.
Với nhà địa chất, zircon còn quý ở chỗ khác: nó chứa một lượng nhỏ urani và hầu như không chứa chì lúc kết tinh. Urani phân rã thành chì với tốc độ biết trước, nên đo tỷ lệ urani–chì trong zircon cho biết tuổi kết tinh. Ở một số vùng, tuổi zircon đi kèm sapphire rất gần tuổi phun trào bazan, gợi ý đá mẹ hình thành không lâu trước khi núi lửa phun. Ở vùng khác, tuổi zircon cổ hơn, cho thấy đá mẹ đã nằm sẵn dưới sâu từ trước. Những dữ liệu này là chìa khoá trong cuộc tranh luận về nguồn gốc sapphire bazan.
Các vùng sapphire bazan trên thế giới
| Vùng | Quốc gia | Đặc điểm |
|---|---|---|
| Chanthaburi – Trat | Thái Lan | Sapphire và ruby nhiều sắt, màu đậm; trung tâm buôn bán và xử lý đá lâu đời |
| Pailin | Campuchia | Sapphire lam, cùng dải bazan với Chanthaburi |
| Ratanakiri | Campuchia | Zircon nổi tiếng |
| New England (New South Wales), Anakie (Queensland) | Úc | Sapphire lam, lục, vàng; từng là nguồn sapphire sản lượng lớn |
| Vùng Sơn Đông | Trung Quốc | Sapphire lam đậm trong bazan |
| Tây Nguyên và Lâm Đồng | Việt Nam | Sapphire, zircon trong đất bazan và sa khoáng |
| Nhiều vùng ở Nigeria, Madagascar, Lào | châu Phi, châu Á | Các mỏ bazan quy mô khác nhau |
Một đặc điểm chung: sapphire bazan thường nhiều sắt, màu lam đậm có khi gần đen, hoặc lục, vàng, và hay có vùng màu xếp lớp theo hình lục giác. Đây là lý do nhiều viên trải qua nung nhiệt để làm sáng màu, chủ đề thuộc danh mục corundum.
Sapphire bazan ở Việt Nam
Việt Nam nằm trong một dải bazan trẻ trải từ nam Trung Quốc qua Đông Dương. Ở Tây Nguyên và Lâm Đồng, bazan phun trào thành nhiều đợt trong vài triệu năm gần đây đã phủ lên các cao nguyên và tạo nên đất đỏ màu mỡ. Các tài liệu địa chất và ngọc học ghi nhận sapphire, zircon ở nhiều nơi trong vùng này, như quanh Di Linh (Lâm Đồng), vùng Đắk Nông cũ (nay thuộc Lâm Đồng) và vùng bazan Gia Lai.
Như ở Thái Lan hay Úc, phần lớn đá được tìm trong sa khoáng: đất bazan phong hoá thành đất đỏ dày, sapphire và zircon bền vững còn lại, tích tụ ở lòng suối và thềm sông. Chi tiết về các vùng mỏ cụ thể có ở bài sapphire và zircon Tây Nguyên trong danh mục đá quý Việt Nam.
Cần nhắc: khai thác khoáng sản ở bất kỳ đâu cũng phải có giấy phép theo Luật Địa chất và Khoáng sản năm 2024. Đào bới tự phát trên đất bazan dốc dễ gây sạt lở và làm hỏng đất canh tác.
Đọc một viên sapphire bazan
Không cần thiết bị phức tạp vẫn có thể nhận ra nhiều dấu vết của câu chuyện này trên đá thô:
- Mặt ngoài bị ăn mòn: tinh thể thô có bề mặt tròn, rỗ, không còn mặt tinh thể sắc nét, là dấu hiệu đã ngâm trong magma.
- Vùng màu lục giác: soi qua đèn, thấy các dải màu đậm nhạt song song theo sáu cạnh, ghi lại sự thay đổi thành phần khi tinh thể lớn.
- Đi kèm khoáng vật đặc trưng: trong cùng lớp sỏi thường gặp zircon, spinel đen, pyroxen đen, olivine, magnetit. Bộ khoáng vật này là "chữ ký" của sa khoáng bazan.
Góc nhìn hôm nay
Sapphire bazan là ví dụ đẹp về việc khoa học thừa nhận điều chưa biết. Hàng chục năm nghiên cứu, hàng nghìn viên đá đã được phân tích, nhưng đá mẹ vẫn chỉ được suy luận chứ chưa ai thấy tận mắt. Mỗi bao thể mới, mỗi phép đo tuổi zircon mới lại thêm một mảnh ghép.
- Tham quan: các vùng núi lửa đã tắt ở Tây Nguyên như Chư Đăng Ya (Gia Lai) hay hệ hang núi lửa ở Công viên địa chất toàn cầu Đắk Nông cho thấy bazan ở ngay dưới chân.
- Bảo tàng: Bảo tàng Địa chất ở Hà Nội và các bảo tàng địa phương Tây Nguyên có mẫu đá bazan, đôi khi kèm mẫu sapphire, zircon.
- Đọc thêm: các bài tổng quan về corundum vùng bazan trên tạp chí khoa học quốc tế (như Gems & Gemology, Lithos), tài liệu về đới bazan Đông Nam Á, mục corundum và zircon trên Mindat.org.
Câu hỏi thường gặp
Sapphire ở vùng bazan hình thành như thế nào?
Sapphire ở vùng bazan không kết tinh từ dung nham. Chúng hình thành trước đó ở sâu dưới vỏ Trái Đất, có thể từ magma giàu kiềm ở đáy vỏ hoặc do quá trình trong lớp phủ, rồi bị magma bazan cuốn lên khi núi lửa phun. Nguồn gốc chính xác vẫn đang được tranh luận.
Vì sao gọi sapphire bazan là tinh thể lạ?
Vì chúng nằm trong bazan nhưng không sinh ra từ bazan. Corundum không bền trong magma bazan nên bề mặt viên đá bị ăn mòn tròn, rỗ. Nhà địa chất gọi loại tinh thể này là xenocryst, tức tinh thể lạ.
Zircon và sapphire có liên quan gì?
Zircon thường đi cùng sapphire trong các vùng bazan và có thể đã hình thành cùng đá mẹ. Zircon chứa urani nên định tuổi được, giúp các nhà khoa học suy luận sapphire hình thành khi nào và từ môi trường nào.
Việt Nam có sapphire bazan ở đâu?
Sapphire và zircon được ghi nhận ở nhiều vùng bazan Tây Nguyên và Lâm Đồng, như quanh Di Linh, vùng Đắk Nông cũ (nay thuộc Lâm Đồng) và Gia Lai. Phần lớn được tìm trong sa khoáng khi bazan phong hoá thành đất đỏ.
Vì sao sapphire Thái Lan, Úc thường màu đậm?
Sapphire vùng bazan thường chứa nhiều sắt, khiến màu lam đậm, có khi gần đen, hoặc ngả lục, vàng. Chúng cũng hay có vùng màu xếp lớp. Nhiều viên được nung nhiệt để làm sáng màu.
