Xung quanh ngọn núi lửa kì lạ nhất thế giới: Nguồn gốc của dung nham các-bon được tiết lộ

Trong quá trình nghiên cứu về ngọn núi lửa kì lạ nhất thế giới, các nhà khoa học phát hiện ra nguyên nhân đằng sau của loại dung nham các-bon duy nhất trên thế giới. Các phân tích địa chất và hoá học mới tiết lộ rằng một tỉ lệ cực nhỏ của các khoáng chất điển hình tan chảy trong lớp vỏ phía trên trái đất là nguồn gốc của dung nham các-bon phun trào từ ngọn núi lửa Oldoinyo Lengai ở Tanzania.

Mặc dù dung nham các-bon - thường được biết đến dưới tên gọi carbonatitie – được tìm thấy trong suốt lịch sử, nhưng ngọn núi lửa OLdoinyo Lengai ở khe nứt Đông Phi tại Bắc Tanzania là nơi duy nhất trên trái đất loại dung nham này vẫn đang phun trào. Dung nham phun trào từ núi lửa rất kì lạ ở chỗ chúng hầu như không chứa silica và chứa các khoáng chất cacbonate (các-bon-nát) nhiều hơn tới 50%. Các loại dung nham thường gặp chứa hàm lượng cao chất silica, khiến cho nhiệt độ nóng chảy của chúng lên tới 900oC (tương đương 1652oF). Dung nham núi lửa Oldoinyo Lengai phun trào dưới dạng chất lỏng ở nhiệt độ xấp xỉ 540oC (1004oF). Hàm lượng silica thấp là nguyên nhân của dung nham cực lỏng này, giống như dầu ôtô khi chảy.

Một nhóm các nhà khoa học từ Đại học New Mexico, Viện Hải dương học Scripps tại UC San Diego và Trung tâm nghiên cứu nham thạch và thành phần hoá học của các chất khoáng tại Nancy, Pháp thông báo kết quả nghiên cứu về sự phun khí núi lửa trong một bài viết trên tờ Nature số ra ngày 7/5.

Giáo sư địa-hoá học David Hilton tại Viện Hải dương học Scripps tại UC San Diego và đồng tác giả của bài báo cho biết “Các chất hoá học và thành phần cấu tạo đồng vị của khí cho thấy khí CO2 có nguồn gốc trực tiếp từ lớp vỏ phía trên của trái đất tại khe nứt Đông Phi”. “Những khí ở bề mặt cho phép chúng ta suy đoán thành phần các-bon của lớp vỏ phía trên sản sinh ra cacbonatities với tỉ lệ 300/1000000 - một mật độ gần như giống hệt với mật độ được đo dưới các rặng núi giữa lòng đại dương”.

Núi giữa lòng đại dương là những rặng núi dưới nước, nơi đáy biển trải rộng do các cấu trúc trên bề mặt trái đất dịch chuyển tách xa nhau ra. Những thung lũng khe - ví dụ như tại khu vực của núi lửa Oldoinyo Lengai - và núi dưới đại dương được coi là những khu vực có cấu trúc bề mặt trái đất khác nhau. Tuy nhiên, nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng thành phần hoá chất của chúng thì giống hệt nhau. Điều này dẫn các nhà khoa học tới giả định rằng thành phần các-bon bề mặt của chúng không khác nhau mà do sự tan chảy một phần các khoáng chất điển hình trên bề mặt trái đất. 

“Bởi núi lửa nằm trong áp lực của mắc-ma (magma) trong suốt quá trình phun trào nên chúng tôi có thể thu thập được những mẫu khí núi lửa còn nguyên sơ, với ô nhiễm do không khí ở mức thấp nhất”, Tobias Fischier – nhà nghiên cứu núi lửa tại Đại học New Mexico nói. Những mẫu vật còn mới nguyên thu được trong lần phun trào năm 2005 đem đến cho các nhà khoa học cái nhìn sâu sắc hơn về quá trình diễn ra trong lớp vỏ phía trên của trái đất.

Những phân tích địa – hoá chất, một vài trong số này được thực hiện tại phòng thí nghiệm địa hoá chất Hilton thuộc Viện Hải dương học Scripps, tiết lộ rằng mắc-ma từ lớp vỏ phía trên của cả đại dương và lục địa đều giống hệt nhau và là nơi tích tụ, pha trộn của các loại khí núi lửa như Carbon dioxite (CO2), nitơ, argon, và hêli.

Dung nham phun trào từ núi lửa rất kì lạ ở chỗ chúng hầu như không chứa silica và chứa các khoáng chất cacbonate (các-bon-nát) nhiều hơn tới 50%. Các loại dung nham thường gặp chứa hàm lượng cao chất silica, khiến cho nhiệt độ nóng chảy của chúng lên tới 900oC (tương đương 1652oF). Dung nham núi lửa Oldoinyo Lengai phun trào dưới dạng chất lỏng ở nhiệt độ xấp xỉ 540oC (tương đương 1004oC). Hàm lượng silica thấp là nguyên nhân của dung nham cực lỏng, giống như dầu ôtô khi chảy.

“Những kết quả thu được này rất quan trọng bởi chúng cho biết loại dung nham kì lạ này và loại mắc-ma tiền thân – niphelinites – được tạo ra bởi sự nóng chảy một nhóm các khoáng chất điển hình trên bề mặt mà không có chứa một chút các-bon nào” – nhà địa hoá học Bernard Marty tại Trung tâm nghiên cứu nham thạch và thành phần hoá học của các chất khoáng ở Nancy, Pháp cho hay. “Đúng hơn là, để tạo ra dung nham carbonatite, tất cả những gì bạn cần chỉ là một phần tan chảy cực thấp khoảng 03% hoặc ít hơn thế.”

Oldoinyo Lengai, giống như tất cả núi lửa khác, thải khí CO2 vào khí quyển. Tuy nhiên, mắc-ma của núi lửa Lengai khác thường do chúng chứa hàm lượng Natri cao. Khoảng 1% lượng các-bon phun ra từ núi lửa Lengai chuyển hoá vào carbonatite, sau đó tan chảy cùng phần còn lại, phun vào khí quyển dưới dạng khí CO2. Khí CO2 thải vào khí quyển do núi lửa trên khắp trái đất chỉ bằng một tỉ lệ nhỏ so với lượng do con người tạo ra.

Tài liệu tham khảo:
Fischer et al. Upper-mantle volatile chemistry at Oldoinyo Lengai volcano and the origin of carbonatites. Nature, 2009; 459 (7243): 77 DOI: 10.1038/nature07977