Cát sa mạc hóa thủy tinh ở 1.700°C và bí ẩn 29 triệu năm giữa Sahara

Khi cát hóa lỏng giữa sa mạc

Tại rìa sa mạc Sahara hay vùng Atacama (Chile), người ta từng nhặt được những mảnh vật liệu màu vàng nhạt hoặc xanh lục nhạt, trong mờ như pha lê. Theo bài viết trên The Economic Times, đây là thủy tinh silica tự nhiên – hình thành khi cát giàu thạch anh bị nung chảy ở nhiệt độ vượt khoảng 1.700°C rồi làm nguội cực nhanh.

Trong điều kiện thông thường, silica sẽ kết tinh thành thạch anh. Nhưng khi nhiệt độ và áp suất tăng đột ngột – chẳng hạn do va chạm thiên thạch – cấu trúc tinh thể của thạch anh bị phá vỡ. Nếu vật chất nóng chảy không kịp kết tinh trở lại mà đông đặc ngay, nó sẽ chuyển sang trạng thái vô định hình, tức thủy tinh.

Một dạng silica gần như tinh khiết hình thành trong hoàn cảnh này được gọi là lechatelierite. Các tài liệu địa chất đăng trên Geology và những công bố khoáng vật học cho thấy vật liệu này thường xuất hiện tại những cấu trúc liên quan đến va chạm thiên thạch – dấu hiệu của điều kiện nhiệt độ và áp suất cực đoan.

Va chạm vũ trụ hay vụ nổ trên không?

Trường hợp tại sa mạc Atacama đặc biệt thu hút sự chú ý. Các dải thủy tinh kéo dài hàng kilomet tại đây cho thấy từng xảy ra một sự kiện năng lượng khổng lồ.

Khi một thiên thạch lao vào khí quyển với vận tốc trên 10 km/giây, động năng của nó gần như tức thì chuyển thành nhiệt lượng và sóng xung kích cực mạnh. Nếu va chạm trực tiếp xuống mặt đất, áp suất có thể lên tới hàng chục gigapascal – đủ để làm đá nóng chảy, thậm chí bốc hơi trong khoảnh khắc.

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu do nhà khoa học hành tinh Pete Schultz dẫn đầu cho rằng nhiều khả năng thiên thạch đã phát nổ trước khi chạm đất – hiện tượng gọi là “nổ trên không” (airburst).

Trong kịch bản này, năng lượng từ vụ nổ tạo ra bức xạ nhiệt dữ dội và luồng gió siêu thanh quét qua bề mặt, đủ làm tan chảy lớp cát phía dưới mà không để lại hố va chạm rõ ràng.

Phân tích khoáng vật và thành phần hóa học cho thấy các mẫu thủy tinh ở Atacama mang dấu hiệu của vật chất ngoài Trái đất. Điều này phù hợp với giả thuyết một sao chổi hoặc tiểu hành tinh phân mảnh rồi phát nổ trong khí quyển.

Bí ẩn 29 triệu năm giữa Sahara

Một trường hợp nổi tiếng khác là thủy tinh sa mạc Libya, phân bố trên diện tích hàng nghìn km² ở Sahara. Theo các nghiên cứu tổng hợp trên Nature và Space.com, vật liệu này hình thành cách đây khoảng 29 triệu năm.

Thủy tinh tại đây có màu vàng nhạt đặc trưng và hàm lượng silica rất cao. Bên trong chúng, các nhà khoa học phát hiện những khoáng vật chỉ hình thành dưới áp suất xung kích cực lớn, ví dụ các biến đổi đặc biệt trong tinh thể zircon. Đây là bằng chứng mạnh mẽ cho thấy vật liệu từng trải qua một sự kiện va chạm năng lượng lớn, thay vì chỉ do sét đánh hay hoạt động núi lửa.

Dù vậy, giới khoa học vẫn chưa đạt đồng thuận tuyệt đối. Một số ý kiến cho rằng năng lượng từ một vụ nổ trên không cũng có thể đủ để tạo ra nhiệt độ cần thiết mà không để lại miệng hố rõ ràng. Cuộc tranh luận giữa hai kịch bản – “va chạm trực tiếp” và “nổ khí quyển” – vì thế vẫn tiếp diễn.

Thí nghiệm tái tạo “địa ngục nhiệt” trong phòng lab

Để kiểm chứng giả thuyết, theo báo cáo từ Trung tâm Gia tốc tuyến tính Stanford (SLAC), các nhà khoa học đã sử dụng laser năng lượng cao và hệ thống nén xung kích nhằm tái tạo điều kiện va chạm trong phòng thí nghiệm.

Hình ảnh tia X siêu nhanh ghi nhận khi thạch anh bị nén đột ngột dưới áp suất lớn và nhiệt độ cao, cấu trúc tinh thể của nó sụp đổ. Nếu quá trình làm nguội diễn ra đủ nhanh, vật liệu sẽ đông đặc ở trạng thái thủy tinh vô định hình – tương tự những mẫu thu thập ngoài sa mạc.

Không phải mọi thủy tinh đều đến từ vũ trụ

Dĩ nhiên, không phải mảnh thủy tinh nào giữa cát cũng là “di vật vũ trụ”. Theo tài liệu địa chất của Cơ quan Khảo sát địa chất Mỹ, sét đánh có thể tạo ra các ống thủy tinh chạy dọc theo đường phóng điện trong cát.

Ngoài ra, thủy tinh núi lửa như obsidian cũng hình thành khi dung nham nguội nhanh. Tuy nhiên, thành phần hóa học và đặc điểm khoáng vật của chúng khác biệt rõ rệt so với loại thủy tinh giàu silica hình thành từ va chạm.

Những “cánh đồng thủy tinh” giữa sa mạc vì thế không chỉ là hiện tượng địa chất kỳ lạ. Chúng được xem như bản ghi bằng vật chất của những sự kiện vũ trụ từng làm bầu trời bốc cháy và biến cát thành chất lỏng.