Khi cát sa mạc nóng chảy thành thủy tinh
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. Chúng lấp lánh dưới ánh mặt trời và có bề mặt giống thủy tinh.
Theo các nghiên cứu địa chất được tổng hợp trên tạp chí Geology và nhiều công bố khoáng vật học quốc tế, đây là thủy tinh silica tự nhiên. Vật liệu này hình thành khi cát giàu thạch anh bị nung chảy ở nhiệt độ vượt khoảng 1.700°C, sau đó nguội đi cực nhanh.
Cát sa mạc thực chất chứa phần lớn là silica (SiO₂) – thành phần chính của khoáng vật thạch anh. Theo tài liệu của Cơ quan Khảo sát địa chất Mỹ (USGS), nhiều vùng cát có thể chứa tới 70–95% silica.
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. (Ảnh: GLOBAL DESK)
Trong điều kiện bình thường, silica sẽ kết tinh thành thạch anh. Tuy nhiên, khi nhiệt độ và áp suất tăng đột ngột, cấu trúc 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 là thủy tinh tự nhiên.
Một dạng silica gần như tinh khiết được tạo ra trong điều kiện cực đoan này gọi là lechatelierite, thường xuất hiện trong các cấu trúc liên quan đến va chạm thiên thạch.
Điều khiến các nhà khoa học bối rối suốt nhiều thập kỷ là: nguồn nhiệt nào đủ mạnh để thiêu cháy cả một vùng sa mạc?
Nguồn nhiệt đến từ bầu trời
Nhiệt độ ở các sa mạc nóng nhất thế giới hiếm khi vượt quá 60–70°C, thấp hơn rất nhiều so với nhiệt độ cần thiết để làm tan chảy silica. Vì vậy, các nhà khoa học cho rằng phải có một nguồn năng lượng cực lớn xuất hiện trong thời gian rất ngắn.
Một trong những lời giải thích phổ biến nhất là va chạm thiên thạch hoặc sao chổi.
Theo các nghiên cứu được đăng tải trên Nature Communications và Space.com, thiên thạch khi lao vào khí quyển Trái Đất có thể đạt vận tốc từ 11 đến hơn 70 km/giây. Khi va chạm, động năng khổng lồ của nó lập tức chuyển hóa thành nhiệt lượng cực lớn cùng sóng xung kích mạnh.
Các dải thủy tinh kéo dài hàng kilomet ở sa mạc Atacama. (Ảnh: BARNSTEEN)
Áp suất tại điểm va chạm có thể đạt hàng chục gigapascal, mức đủ sức làm đá nóng chảy, thậm chí bốc hơi trong tích tắc.
Một giả thuyết khác là nổ trên không (airburst). Trong trường hợp này, thiên thạch vỡ tung trong khí quyển trước khi chạm đất. Năng lượng từ vụ nổ tạo ra bức xạ nhiệt dữ dội và luồng gió siêu thanh quét qua bề mặt.
Theo nhóm nghiên cứu do nhà khoa học hành tinh Pete Schultz tại Đại học Brown dẫn đầu, các dải thủy tinh kéo dài hàng kilomet ở sa mạc Atacama nhiều khả năng được tạo ra theo cơ chế này. Phân tích khoáng vật cho thấy trong các mẫu thủy tinh có dấu vết vật chất ngoài Trái Đất, phù hợp với kịch bản một sao chổi hoặc tiểu hành tinh phát nổ trên không trung.
"Bản ghi địa chất" của những sự kiện vũ trụ
Một ví dụ 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, loại thủy tinh màu vàng nhạt này hình thành khoảng 29 triệu năm trước sau một sự kiện năng lượng cực lớn.
Trong các mẫu thủy tinh Libya, các nhà khoa học tìm thấy những khoáng vật chỉ có thể hình thành dưới áp suất xung kích cực cao, chẳng hạn các biến đổi đặc biệt trong tinh thể zircon. Đây được xem là bằng chứng mạnh cho thấy vật liệu từng trải qua một vụ va chạm năng lượng khổng lồ.
Để kiểm chứng các giả thuyết, các nhà khoa học tại Trung tâm Gia tốc tuyến tính Stanford (SLAC) đã sử dụng laser năng lượng cao và hệ thống nén xung kích để tái tạo điều kiện va chạm trong phòng thí nghiệm.
Một ví dụ nổi tiếng khác là thủy tinh sa mạc Libya, phân bố trên diện tích hàng nghìn km² ở Sahara. (Ảnh: NERDIST)
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 giống hệt những gì tìm thấy ngoài sa mạc.
Dĩ nhiên, không phải mọi loại thủy tinh giữa cát đều đến từ vũ trụ. Theo USGS, sét đánh cũng có thể tạo ra các cấu trúc thủy tinh dạng ống gọi là fulgurite khi dòng điện cực mạnh làm cát nóng chảy.
Tuy nhiên, những "cánh đồng thủy tinh" trải dài hàng kilomet giữa sa mạc vẫn được xem là dấu vết của các sự kiện vũ trụ cực đoan trong quá khứ.
Những mảnh thủy tinh vàng lấp lánh vì thế không chỉ là hiện tượng địa chất kỳ lạ. Chúng giống như những "bản ghi đóng băng" của thời điểm mà bầu trời từng bốc cháy, và cả một vùng cát bị nung chảy thành thủy tinh.
Hoặc