Sa mạc bỗng hóa thủy tinh: Thứ gì đã thiêu cháy cát ở 1.700°C?

Khi bầu trời bốc cháy và cát chảy lỏng

Ở rìa sa mạc Sahara hay giữa vùng Atacama khô hạn của Chile, người ta từng nhặt được những mảnh vật liệu trong mờ, màu vàng nhạt hoặc xanh lục nhạt, lấp lánh dưới nắng. 

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 độ C rồi nguội đi cực nhanh.

Trong điều kiện bình thường, silica sẽ kết tinh thành thạch anh, nhưng khi nhiệt độ và áp suất tăng đột ngột do va chạm thiên thạch, mạng tinh thể của thạch anh bị phá vỡ. Nếu vật chất nóng chảy nguội đi trước khi các tinh thể kịp hình thành, nó sẽ đông đặc ở trạng thái vô định hình tức thủy tinh.

Một dạng silica gần như tinh khiết tạo ra trong điều kiện này được gọi là lechatelierite. Theo tài liệu địa chất được tổng hợp trên tạp chí Geology và các công bố khoáng vật học, lechatelierite thường xuất hiện trong các cấu trúc liên quan đến va chạm thiên thạch, cho thấy vật liệu từng trải qua nhiệt độ và áp suất cực đoan.

Câu hỏi lớn là nguồn nhiệt nào có thể thiêu cháy cả sa mạc?

Với hiện tượng thủy tinh tại sa mạc Atacama (Chile), các nhà khoa học cho rằng khi một thiên thạch lao vào khí quyển với vận tốc trên 10km/giây, nguồn động năng khổng lồ sẽ lập tức chuyển hóa thành nhiệt lượng cực lớn kèm theo sóng xung kích mạnh. Nếu vật thể này va chạm trực tiếp xuống bề mặt, áp suất tạo ra có thể lên tới hàng chục gigapascal – mức đủ sức làm đá nóng chảy, thậm chí bốc hơi trong thời gian cực ngắn.

Tuy nhiên, theo nhóm nghiên cứu do nhà khoa học hành tinh Pete Schultz dẫn đầu, trong nhiều trường hợp thiên thạch có thể phát nổ trong khí quyển trước khi chạm đất gọi là nổ trên không (airburst). 

Năng lượng từ vụ nổ tạo ra bức xạ nhiệt dữ dội và luồng gió siêu thanh quét qua bề mặt, đủ để làm tan chảy lớp cát bên dưới mà không nhất thiết phải hình thành hố va chạm rõ ràng.

Tại Atacama, các dải thủy tinh kéo dài hàng kilomet được phát hiện mang dấu hiệu của vật chất ngoài Trái đất. Theo phân tích khoáng vật và hóa học được nhóm nghiên cứu công bố, các mẫu thủy tinh này phù hợp với kịch bản một sao chổi hoặc tiểu hành tinh phân mảnh và phát nổ trên không trung.

Dấu ấn va chạm giữa sa mạc bí ẩn 

Theo nhiều nghiên cứu tổng hợp trên Nature và Space.com, thủy tinh sa mạc Libya hình thành cách đây khoảng 29 triệu năm, phân bố trên diện tích hàng nghìn km² ở Sahara. Các mẫu thủy tinh này có màu vàng nhạt đặc trưng và thành phần silica rất cao.

Trong thủy tinh sa mạc Libya có những khoáng vật hình thành dưới áp suất xung kích cực cao, chẳng hạn các biến đổi đặc biệt trong tinh thể zircon. Những đặc điểm này là bằng chứng mạnh cho thấy vật liệu từng trải qua va chạm năng lượng lớn, thay vì chỉ do sét đánh hay hoạt động núi lửa.

Tuy vậy, giới khoa học vẫn chưa hoàn toàn thống nhất. Theo một số nhà nghiên cứu được Nature trích dẫn, có khả năng năng lượng từ một vụ nổ trên không đủ để tạo ra nhiệt độ cần thiết mà không để lại hố va chạm rõ ràng. Cuộc tranh luận giữa kịch bản “va chạm trực tiếp” và “nổ khí quyển” vì thế vẫn tiếp diễn.

Để kiểm chứng các 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 để tái tạo điều kiện va chạm trong phòng thí nghiệm. 

Hình ảnh tia X siêu nhanh cho thấy khi thạch anh bị nén đột ngột ở áp suất lớn và nhiệt độ cao, cấu trúc tinh thể của nó sụp đổ. Nếu quá trình làm nguội diễn ra nhanh, vật liệu sẽ chuyển sang trạng thái thủy tinh vô định hình tương tự những gì tìm thấy ngoài sa mạc.

Dĩ nhiên, không phải mọi loại thủy tinh giữa cát đều đến từ vũ trụ. Theo tài liệu địa chất tổng hợp từ Cơ quan Khảo sát địa chất Mỹ, sét đánh có thể tạo ra các cấu trúc thủy tinh dạng ống hình thành dọc theo đường phóng điện. 

Thủy tinh núi lửa như obsidian cũng hình thành khi dung nham nguội nhanh, nhưng thành phần hóa học và đặc điểm khoáng vật khác biệt rõ so với thủy tinh va chạm giàu silica.

Những cánh đồng thủy tinh giữa sa mạc vì thế được xem là “bản ghi địa chất” của các sự kiện vũ trụ trong quá khứ.