Vẫn thạch, thiên thạch hay đá? XRF có thể giúp bạn

Một vài người bạn có mang tới vài mảnh đá và hỏi tôi liệu chúng có phải là thiên thạch hay không? Cứ như tôi là một chuyên gia về khoáng vật và thiên thể vậy!

Đầu tiên, phải nói cho rõ ràng, tôi không phải là người am hiểu nhiều về thiên thạch hay các loại đá, tuy nhiên tôi có thể tự nhận mình là người thích tìm hiểu về các loại khoáng vật khác nhau. Cuốn sách dày đầu tiên tôi mua cho con là quyển “The Best Book of Fossils, Rocks & Minerals”.

Thiên thạch là gì?

Theo định nghĩa từ Wikipedia thì thiên thạch, theo nghĩa chữ Hán Việt là “đá trời”, hiện nay trong tiếng Việt được dùng không thống nhất, để chỉ nhiều loại thiên thể với các bản chất hoàn toàn khác nhau.

Thiên thạch (meteoroid) là một vật thể tự nhiên từ ngoài không gian và va đập vào bề mặt Trái Đất và được giữ lại. Khi còn ở trong vũ trụ thì nó được gọi là vân thạch. Khi thiên thạch từ ngoài không gian rơi vào bầu khí quyển của Trái Đất thì áp suất nén làm thiên thạch nóng lên và phát ra ánh sáng, có thể có sự đốt cháy lớp ngoài. Nó tạo ra hiện tượng “sao băng” hay “sao chổi” dạng điểm sáng và thường có đuôi hướng từ phía Trái Đất đi ra. Một số thiên thạch có kích thước đủ lớn và nhân khó bốc hơi, thì có thể rơi xuống bề mặt Trái Đất, để lại viên hay khối rắn và khối này được gọi là “vẫn thạch” (meteorite).

Ngoài ra, thiên thạch dạng đá chưa bị thay đổi do sự tan chảy hoặc biến đổi của nguồn thiên thạch mẹ, được gọi là chondrit.

Hình dáng của thiên thạch trông như thế nào?

Các thiên thạch trên Trái đất trông rất khác so với khi chúng trôi dạt trong không gian. Trong hành trình kéo dài từ 10 đến 15 giây của thiên thạch xuyên qua bầu khí quyển, ma sát không khí làm nóng bề mặt của nó tới nhiệt độ nóng đỏ 1.800 độ C. Ma sát này có thể làm tan chảy thiên thạch và có làm mất đi tới 90% khối lượng ban đầu, cũng như để lại những đặc điểm bề mặt thú vị. Khi thiên thạch rơi xuống, bầu khí quyển bắt đầu thay đổi và phá hủy bề mặt của nó.

Modoc – thiên thạch với vỏ lớp thủy tinh đen

Đá di chuyển trong chân không của không gian được làm lạnh đến dưới mức đóng băng. Khi một thiên thạch đi qua bầu khí quyển Trái đất, bên trong nó vẫn lạnh ngay cả khi bề mặt tan chảy. Trước khi va chạm với mặt đất, bề mặt nóng chảy đông cứng lại thành một lớp phủ thủy tinh mỏng, gọi là lớp vỏ nóng chảy. Các tinh thể magnetit—một khoáng vật oxit sắt—làm cho lớp vỏ nóng chảy có màu đen. Bề mặt thường bị vỡ của Modoc cho thấy sự tương phản giữa phần bên trong có màu sáng hơn và lớp vỏ hợp nhất màu tối của nó.

Stannern – thiên thạch có bề mặt với dòng chảy

Một số thiên thạch, chẳng hạn như Stannern, có những đường gập ghềnh nhỏ xíu—gọi là đường dòng chảy—chạy dọc theo hai bên, giống như những giọt sáp trên thân cây nến. Các dòng chảy hình thành trên các thiên thạch có hướng khá ổn định khi chúng đi qua bầu khí quyển. Áp suất không khí làm nóng chảy bề mặt và đẩy các giọt vật liệu về phía sau. Khi đá nguội đi, những giọt vật liệu cuối cùng đông cứng lại và tạo thành các dòng chảy trên bề mặt.

Miller – Mũi rìu nhọn

Những thiên thạch có hình dạng mũi nhọn như Miller là rất hiếm. Chúng được tạo ra khi thiên thạch giữ nguyên hướng không đổi khi nó đi qua bầu khí quyển. Mặt nhọn hướng tới Trái đất tan chảy và xói mòn thành hình nón khí động học.

Glorieta Mountain – Dấu vết của bầu khí quyển

Những vết lõm nhỏ đặc trưng nhìn thấy trên bề mặt của nhiều thiên thạch, chẳng hạn như trên viên Glorieta Mountain, cho thấy đá nóng chảy khi di chuyển qua bầu khí quyển. Những dấu vết này, được gọi là remaglypts, xuất hiện khi vật liệu bị loại bỏ bởi không khí nóng xoáy quanh thiên thạch đang rơi xuống ở tốc độ cao.

Dalgety Downs – dấu ấn môi trường

Một số thiên thạch, chẳng hạn như Dalgety Downs, tồn tại bên ngoài môi trường hàng ngàn năm trước khi chúng được phát hiện. Mưa, gió, nhiệt độ nóng và lạnh có thể gây ra hiện tượng phong hóa bề mặt—rỉ sét và các vết nứt khiến thiên thạch vỡ thành nhiều mảnh. Quá trình phong hóa bắt đầu ngay khi hơi ẩm trong không khí tiếp xúc với bề mặt thiên thạch. Ngay cả thời tiết ôn hòa nhất cũng có thể phá hủy các manh mối về thành phần ban đầu của đá.

Xỉ lò – không phải thiên thạch

Nhiều khối đá hoặc kim loại thông thường trông giống như thiên thạch. Mảnh kim loại nóng chảy, được gọi là xỉ, chỉ đơn giản là vật liệu còn sót lại từ lò công nghiệp. Xỉ thường chứa bọt khí, còn thiên thạch thì không. Các “thiên thạch” phổ biến khác bao gồm các loại đá giàu sắt được hình thành trên Trái đất, các mảnh vệ tinh nhân tạo rơi xuống và đá nham thạch được mài bóng trong dòng chảy của sông suối.

3 loại thiên thạch và thành phần của chúng

Thiên thạch thường có nguồn gốc từ đá, kim loại hoặc hỗn hợp cả hai. Những “đá không gian” này theo truyền thống được phân thành ba nhóm: thiên thạch sắt, thiên thạch đá và thiên thạch sắt đá.

1. Thiên thạch đá
   Thiên thạch đá có thành phần chủ yếu là khoáng vật silicat (khoáng chất tạo đá) nhưng cũng chứa niken (Ni) và sắt (Fe). Theo NASA, khoảng 95% thiên thạch được biết đến là đá.
2. Thiên thạch sắt đá
   Thiên thạch sắt đá rất hiếm. Theo NASA, chưa đến 2% thiên thạch là loại sắt-đá. Thành phần của nó bao gồm các phần gần như bằng nhau của vật liệu kim loại và silicat. Phần kim loại là hỗn hợp của sắt (Fe) và niken (Ni).
3. Thiên thạch sắt
   Thiên thạch sắt gần như hoàn toàn bằng kim loại. Chúng chủ yếu được cấu tạo từ sắt (Fe) và niken (Ni), và bản chất hàm lượng kim loại đậm đặc của chúng khiến chúng dễ dàng được nhận biết hơn trong các loại đá trên Trái đất. Do vậy, thiên thạch sắt thường thấy nhiều hơn trong các bộ sưu tập mặc dù tỷ lệ rơi xuống Trái đất nhỏ hơn.

XRF giúp phân tích thành phần mẫu đá

Xin lưu ý, tôi không phải là một chuyên gia phân tích hay “kiểm tra” đá để xác định xem chúng có phải là thiên thạch hay không. Tuy nhiên có một số thông tin chúng ta có thể sử dụng để có thể xem xét các loại mẫu khác nhau.

Thiên thạch đá

Có một số cách để kiểm tra xem một mẫu đá có phải là thiên thạch hay không. Với khả năng tiếp cận một thiết bị 红外光谱, để có kết luận cần phân tích toàn mẫu đá về thành phần hóa học. Bạn có gửi mẫu đến phòng thí nghiệm sử dụng ICP/ICPMS (phá hủy mẫu) hoặc phân tích tại chỗ sử dụng XRF (Không phá hủy mẫu). Các thông tin tối thiểu bao gồm hàm lượng Si, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, Cr và có thể cả Ni và Co ở các vị trí khác nhau để xác định xem tảng đá có phải là thiên thạch hay không. Với dữ liệu nguyên tố chính xác, một chuyên gia có thể nói “đúng” hoặc “không” với độ tin cậy tới 99%. Dữ liệu về As, Cu, Zn và các nguyên tố đất hiếm cũng sẽ hữu ích.

Thiên thạch sắt

Nếu bạn có một khối kim loại mà bạn nghĩ có thể là thiên thạch sắt, bạn cần phải phân tích để tìm sắt (Fe), niken (Ni) , crom (Cr), titan (Ti) và mangan (Mn). Thật may mắn, thiết bị VANTA XRF hoàn toàn phù hợp để thực hiện các kiểm tra này mà không cần phá hủy mẫu.

Mẫu được thử nghiệm

Viên đá được mang đến dường như có một số đặc điểm của thiên thạch nhưng nó cũng thiếu một số đặc điểm quan trọng khác, tùy vào kinh nghiệm của từng người sưu tầm mà có thể có các kết luận khác nhau về chủ đề này:

• Nó cho kết quả phân tích thành phần bằng XRF có hàm lượng Niken, nhưng mức độ ở mức thấp.
• Nó không có từ tính khi đo bằng dụng cụ đo từ trường sử dụng hiệu ứng Hall.
• Do không cắt được miếng đá này, nên không thể quan sát được bên trong có các miếng kim loại khác nhau không.
• Vật liệu đã thiếu lớp vỏ ngoài, bằng thủy tinh hay kim loại, và nó không có các vân dòng chảy, lớp thủy tinh đen hay các vết lõm tự nhiên.
• Bề ngoài tổng thể có vẻ giống đá hơn là mẫu xỉ.

Viên đá cũng có một số đặc điểm có thể xác định nó có thể không phải là thiên thạch sắt:

• Nó không nặng lắm, như các vật liệu đá thông thường.
• Nó có hàm lượng Sắt không cao, có những điểm chứa một lượng nhỏ Titan và Nhôm. Tuy nhiên, theo hiểu biết của tôi thì thiên thạch sẽ không có hàm lượng nhôm và titan cao ngoài nguyên tố Sắt.
• Ngoài ra, vị trí tìm được viên đá cũng là một thông tin quan trọng, nếu một viên đá được tìm thấy đâu đó ở giữa một cánh đồng trong một khu vực có những tảng đá có đặc điểm vật lý và hóa học hoàn toàn khác nhau.

Vì vậy, các kết quả kiểm tra 红外光谱/XRD ở mức chuyên sâu đối với các thành phần khác nhau của vật thể tự nhiên xung quanh vị trí tìm thấy viên đá có thể giúp xác định viên đá này khác các viên đá “bình thường”, là một thông tin tiềm năng!

Thiết bị XRF VANTA đã được sừ dụng trong thử nghiệm với chế độ Geochem (2 Beams). Mỗi ​​vị trí kiểm tra được thực hiện trong ít nhất 60 giây. Các phần khác nhau của vật thể có hàm lượng kim loại khác nhau (ví dụ như Titan, Nhôm hoặc Sắt).

Theo hiểu biết của tôi, thì nếu đây là thiên thạch, thì sẽ là một mẫu thiên thạch đá không điển hình. Điều này làm tăng giá trị của vật thể đối với các nhà sưu tầm.

Cảm ơn bạn đã đọc bài, đặc biệt nếu bạn có chuyên môn về chủ đề này. Vì vậy hãy liên hệ với VISCO nếu bạn có các thông tin bổ sung để xác định chính xác mẫu này có phải là một thiên thạch hay không.