Cát dưới mắt một nhà địa chất học

Dù là ở sa mạc, trên bãi biển, hoặc được chất đầy tại các công trường xây dựng, cát là một trong những vật liệu hiện diện ở khắp nơi. Nhưng cát là gì, từ đâu tới, hình thành như thế nào, và có những công dụng gì? Đó là những thắc mắc mà nhà địa chất học Michael Welland người Anh đã tự hỏi và chọn làm đề tài nghiên cứu để vinh danh những hạt cát, một khoáng chất được coi là rất tầm thường và không có gì đáng nói. Tựa đề quyển sách là “Sand: the Never Ending Story”, xin tạm dịch là “Cát: Truyện không có đoạn kết” Tác giả Michael Welland nói về đề tài này như sau.

"Điều mà tôi thấy thú vị là thoạt nhìn, cát có vẻ là một vật liệu hết sức tầm thường, thế mà những chặng đường mà mỗi hạt cát đã đi qua, từ nghĩa bóng cho tới nghĩa đen, tôi cho là rất lạ thường. Mỗi hạt cát đều có tính cách riêng, không giống với bất cứ hạt nào khác."

Các nhà địa chất học và vật lý học từ lâu đã xác định điều làm cho cát trở thành cát là kích thước của mỗi hạt, chứ không phải là vật liệu đã tạo ra cát. Nhà địa chất học Welland giải thích:

"Lý do là vì một nhóm những hạt cát có cách vận hành khác biệt, không giống bất cứ khoáng vật nào khác, về cách thức cát chồng lên thành đống, cách những hạt cát bay tung lên hoặc chảy dưới mặt nước. Cách vận hành của chúng vô cùng khác biệt với những hạt nhỏ hơn như phù sa hoặc bùn, hoặc khi so với các khoáng vật có kích thước lớn hơn như sỏi, đá cuội, hay đá tảng."

Sự tò mò đến đam mê về cát đã khiến ông Welland chọn nó làm đề tài cho tác phẩm mới của ông, quyển sách đã giúp ông đoạt được một giải thưởng cao quý dành cho các tác giả nghiên cứu về các tài nguyên thiên nhiên. Đó là Giải John Burroughs mà ông Welland vừa được trao tặng trong tuần lễ đầu của tháng 4 năm 2010 tại Viện Bảo Tàng Thiên Nhiên thành phố New York.

Ông Welland nói cát là vật liệu được sử dụng trong việc xây dựng các công trình kiến trúc cổ xưa có mặt tiền làm bằng đá hoa cương màu hồng.

Ông nói" "Một phần mức độ óng ánh của các mặt tiền ấy là do các hạt thạch anh mà ra. Như quý vị thấy mặt đá hoa cương của Viện Bảo Tàng Thiên Nhiên nằm trơ giữa trời ở New York, trong một vài triệu năm nữa, sẽ bắt đầu tan rã và phân hủy. Đó là điều xảy ra cho đá hoa cương trong thiên nhiên. Trong khi các khoáng vật mong manh nhất tan rã, thì thạch anh, vốn là một khoáng vật dẻo dai, rốt cuộc sẽ tan rã để trở thành hạt cát trở lại."

Một số những hạt thạch anh sẽ được mưa cuốn trôi vào hệ thống sông ngòi ở kế cận, để rồi lại bắt đầu một cuộc hành trình khác, dọc theo vùng duyên hải để cuối cùng trôi ra biển.

Trong các vùng sa mạc, hạt cát luôn luôn bị gió vùi dập và uốn nắn. Ông Welland lưu ý rằng trải qua nhiều niên kỷ, mỗi môi trường sẽ góp phần tạo ra một hình hài khác cho cát. Ông giải thích thêm như sau:

"Nếu quan sát kỹ những hạt cát trong sa mạc, ta sẽ nhận ra rằng những hạt cát tại đây rất tròn trịa và trơn tru. Đó là do sức gió, và khi những hạt cát va vào nhau, sức va chạm sẽ bào mòn các góc nhọn của hạt cát. Cát ở sa mạc do đó tròn và trơn tru, đôi khi có màu mờ đục. Còn ra biển, ta sẽ thấy những hạt cát di chuyển theo nước, do nước đệm giảm xóc, phải cần một thời gian dài, rất dài đến hàng triệu, triệu năm mới có thể mài mòn những góc nhọn của hạt, nếu cát chảy dưới lòng một dòng sông hoặc dưới những ngọn sóng trên bãi biển."

Trong một chuyển hóa khác, những hạt cát ở các vùng ven biển có thể bị ép chặt lại với nhau do sức nặng của những lớp trầm tích, để biến thành đá, chẳng hạn như cát kết, tiếng Anh gọi là sandstone.

"Những tảng cát kết ấy có thể lại bị nhồi lên mặt đất trở lại do sự dời chuyển của các mảng dưới lòng đất, hoặc do động đất đẩy lên, để rồi lại tan rã thành cát trở lại, thế rồi lại tái tục thêm một chu kỳ, một cuộc hành trình thứ nhì. Rất nhiều hạt cát mà ta trông thấy ngoài bãi biển có thể đã trải qua 2, 3, 4, hoặc 5 chu kỳ khác nhau trải dài hàng trăm triệu năm theo lịch sử quả địa cầu."

Những hạt cát thường có khuynh hướng tụ tập theo từng nhóm, dựa trên loại khoáng chất, mật độ phân tử và trọng lượng. Kích thước tương đối của các nhóm cát mang tính đặc trưng của mỗi khu vực trên bãi biển, đến mức cát có thể được sử dụng trong lĩnh vực pháp y để tiếp tay trong các cuộc điều tra hình sự.

Ví dụ, nếu những khoáng chất xuất phát từ những hạt cát tìm thấy dưới đế giầy một nghi can phù hợp với loại cát trên một khu bãi biển nơi xảy ra án mạng, thì chủ nhân đôi giầy phải liệu mà mướn luật sư biện hộ.

Ông Welland nói ngoài ra, cát còn rất nhiều công dụng khác, bởi vì thế giới hiện đại tùy thuộc rất nhiều vào loại khoáng chất này:

"Không có cát, chúng ta sẽ không có các loại kính, mà cũng chẳng có xi măng. Chúng ta sẽ thiếu nhiều vật liệu xây cất thường dùng với cát, dù là để làm vườn hay để xây xa lộ. Chúng ta sẽ không có được một máy điện thoại cầm tay hữu dụng, hay một máy tính sử dụng được, hoặc nếu có, chúng phải hoạt động theo cách khác. Thế vẫn chưa hết, không có cát thì sẽ không có nhiều món nữ trang, bởi vì rất nhiều đá quý trên thế giới như xafia và kim cương đều xuất phát từ cát lắng từ thời xa xưa, đã được các dòng sông mài đi bớt khoáng chất rồi kết lại, như kim cương, các khoáng chất khác như sắt, titanium, vv... Rất nhiều nữ trang mà chúng ta sở hữu ngày nay xuất phát từ những lớp cát lắng từ thời cổ."

Trong quyển “Cát, Truyện Không có Đoạn Kết”, nhà địa chất học Michael Welland nói rằng cái đẹp và tính đa dạng của cát cũng hấp dẫn chẳng khác nào khía cạnh khoa học của nó. Ông khuyên những người không tin ông hãy mang kính hiển vi khi ra bãi biển, và bốc lên một nắm cát để quan sát cho thật kỹ.

Nhà khoa học này tin rằng như thi sĩ William Blake người Anh, bất cứ ai làm theo lời ông sẽ phát hiện ra cả một thế giới trong một hạt cát duy nhất.