Năm 2019, lần đầu tiên viên kim cương chứa một bao thể chuyển động tự do bên trong được tìm thấy ở Nyurba (Yakutia, Nga), nặng 0,62 ct (4,9 x 4,8 x 2,8 mm), và được đặt tên theo búp bê truyền thống của Nga là “Matryoshka”. Đây quả thực là một điều độc nhất vô nhị của tự nhiên chưa bao giờ gặp.

Hình 1. Viên kim cương Matryoshka nặng 0,62 ct (4,9 x 4,8 x 2,8 mm) chứa một viên kim cương nhỏ chuyển động tự do bên trong

Khi mới phát hiện nó đã gây sự kinh ngạc trong giới đá quý, nhất là những người nghiên cứu về nguồn gốc hình thành kim cương trong tự nhiên. Lúc đầu có người nghĩ rằng bao thể bên trong viên kim cương này phải là loại bao thể lỏng hoặc khí thì mới có thể chuyển động tự do được. Và điều này có thể dẫn tới một “cuộc cách mạng” trong nghiên cứu về nguồn gốc kim cương tự nhiên. Từ trước đến nay, quan điểm thống trị trên toàn thế giới là kim cương được hình thành ở độ sâu khoảng 150 đến 250 km, dưới một áp lực cực lớn (khoảng 45kbar). Trong điều kiện đó sự xuất hiện của các bao thể khí hoặc lỏng trong kim cương là không thể. 

Tuy nhiên, sau đó các nhà nghiên cứu nhiều nước trên thế giới (Nga, Mỹ…) đã xác định được là bao thể chuyển động tự do bên trong cũng là một viên kim cương nhỏ hơn (nặng  khoảng 0,02 ct và kích thước 2,1 x 1,9 x 0,6 mm). Trong đó các nhà khoa học tại Công ty Nghiên cứu và Phát triển Địa chất Alrosa (nơi khai thác mỏ Nyurba) đã thực hiện nhiều phân tích khác nhau như phổ hồng ngoại và phổ Raman, chụp cắt lớp X quang,… và đã tính toán được tuổi của viên kim cương Matryoshka là hơn 800 triệu năm.

Về cơ chế hình thành bao thể kim cương di chuyển tự do họ đưa ra 2 giả thuyết. Theo giả thuyết thứ nhất, viên kim cương Matryoshka trong quá trình hình thành đã “bắt được” viên kim cương nhỏ, nhưng sau đó, khi rơi vào điều kiện mặt đất, viên nhỏ bên trong bị hòa tan một phần, tạo ra khoảng trống bên trong viên lớn. Còn giả thuyết thứ hai thì cho rằng, do quá trình hình thành viên Matryoshka lớn diễn ra cực nhanh nên bên trong nó tạo ra những đám vật liệu kim cương đa tinh thể rỗng, sau này đám vật liệu này bị hòa tan một phần trong điều kiện khắc nghiệt của manti. Chính quá trình hòa tan đó đã tạo ra khoảng trống để viên kim cương nhỏ hơn có thể di chuyển tự do trong viên lớn. 

(Nguồn: Công ty Nghiên cứu và Phát triển Địa chất Alrosa, Nga)

Phòng giám định Carlsbad của Viện Ngọc học Mỹ (GIA) đã nhận giám định một viên đá màu lục trong suốt chế tác kiểu cắt bậc. Nhìn bên ngoài viên đá rất giống emerald do có màu lục tươi và các khe nứt lớn. Tuy vậy giá trị chiết suất đơn 1,510 lại không phù hợp với giá trị lưỡng chiết suất của emerald là 1,577 và 1,583.

Quan sát dưới kính hiển vi ngọc học không phát hiện các bao thể tự nhiên, thay vào đó là các bao thể bọt khí tròn trong lòng viên đá, và đặc biệt là các bao thể khí dẹt trong các khe nứt lộ ra trên bề mặt. Dưới tia cực tím sóng dài các khe nứt phát quang màu trắng yếu, trong khi viên đá lại phát màu lơ rất yếu. Kết hợp phân tích phổ hồng ngoài FTIR cho thấy rằng đây là một viên thủy tinh nhân tạo nhưng được xử lý lấp đầy khe nứt để tạo các bao thể giống như tự nhiên (hình 2) và tạo ra viên đá giống emerald nếu chúng ta không cảnh giác.

Hình 2. Các bọt khí tròn trong lòng viên đá và bọt khí dẹt trong các khe nứt. Ảnh Michaela Stephan; thị trường 1.99 mm.

Phòng Giám định đá quý Hồng Kong gần đây đã xác định một viên ruby sao màu đỏ phớt tím, mài cabochon hình oval nặng 5,35 ct (hình 3). Cac phép thử ngọc học tiêu chuẩn cho kết quả như sau: giá trị chiết suất đo bằng phương pháp điểm là 1,76; phát quang màu đỏ vừa dưới tia cực tím sóng dài và đỏ yếu dưới tia cực tím sóng ngắn; phổ hấp thụ đặc trưng của ruby.

Hình 3. Viên ruby sao 5,35 ct mài cabochon. Ảnh Johnny Leung.

Dưới kính phóng đại quan sát được các báo thể dạng kim que giống như các bao thể thường gặp trong ruby Myanmar. Ngoài các bao thể tự nhiên, còn dễ dàng thấy các chất ngoại lai trong các khe nứt vỡ lộ ra trên bề mặt là sản phẩm của quá trình xử lý. Đó là rất nhiều các bọt khí tròn đến dẹt và hiệu ứng lóe sáng màu lam trong các khe nứt được xử lý lấp đầy. Dưới ánh sáng phản chiếu, chất lấp đầy các khe nứt có độ phản chiếu ánh sáng (ánh) khác so với viên ruby chủ. Phân tích X quang cho thấy sự tập trung cao của các nguyên tố nặng trong các khe nứt. Phổ hồng ngoại FTIR cho 2 dải hấp thụ rộng ở 3500 và 2670 cm–1 đặc trưng của thủy tinh nhân tạo. Phân tích định lượng huỳnh quang tia X (EDXRF) cho thấy sự có mặt của bismuth (Bi) trong khi không phát hiện thấy chì. Điều đó chứng tỏ chất lấp đầy khe nứt ở đây là thủy tinh bismuth.

Dựa trên các đặc điểm bên trong và các phân tích hiện đại, viên đá này được xác định chính xác là ruby được xử lý lấp đầy khe nứt bằng thủy tinh bismuth. Mặc dù ruby, saphir đôi khi có được xử lý bằng thủy tinh bismuth (Gems & Gemology, Spring 2017 Lab Notes, p. 94), việc phát hiện bismuth trong ruby sao là khá hiếm.

(Theo Xiaodan Jia và Mei Mei Sit)