Mã não (agate) là chalcedony có dải màu: một dạng thạch anh vi tinh thể lắng đọng từng lớp trong các lỗ rỗng của đá, phổ biến nhất là lỗ khí trong dung nham đã nguội. Nước ngầm chứa silic hoà tan thấm vào lỗ rỗng, silic kết tủa dần lên thành hốc thành các lớp mỏng; tạp chất sắt, mangan và thay đổi điều kiện lắng đọng khiến mỗi lớp mang màu và độ trong khác nhau. Bổ đôi cục đá, các lớp hiện ra như vân gỗ hay vòng tuổi cây.
Nghe có vẻ đơn giản, nhưng vì sao silic lắng thành dải đều đặn như vậy thì giới khoa học vẫn chưa thống nhất. Bài viết đi qua thành phần của mã não, quá trình hình thành trong hốc đá, các giả thuyết về dải màu, loại mã não có thể dùng như "ống thuỷ" của nhà địa chất, và lịch sử tên gọi bắt đầu từ một dòng sông ở Sicily.
Mã não được làm từ gì
Thành phần của mã não là silic đioxit, giống thạch anh trong suốt. Khác biệt nằm ở kích thước tinh thể: thay vì một tinh thể lớn, mã não gồm vô số sợi tinh thể thạch anh siêu nhỏ, chỉ thấy dưới kính hiển vi, xếp tỏa ra hoặc song song. Giữa các sợi có lỗ rỗng siêu nhỏ chứa nước. Ngoài thạch anh, mã não thường có thêm moganit, một khoáng vật silic đioxit có cấu trúc hơi khác.
Nhóm thạch anh vi tinh thể gọi chung là chalcedony. Trong nhóm này, cách gọi tên dựa trên hình thức: chalcedony có dải màu cong đồng tâm gọi là mã não; dải thẳng song song gọi là onyx (lưu ý: chữ onyx cũng bị dùng cho một loại đá vôi phân lớp, không liên quan); chalcedony đỏ cam đồng màu gọi là carnelian; loại lẫn nhiều tạp chất, đục, gọi là jasper.
Vì có lỗ rỗng siêu nhỏ, mã não hút được chất lỏng. Đây là lý do mã não có thể bị nhuộm màu, và cũng là lý do các lớp khác nhau trong một viên mã não hút màu khác nhau: lớp xốp đậm màu hơn, lớp đặc khít nhạt hơn. Với nhà nghiên cứu, độ xốp khác nhau giữa các lớp lại là manh mối về điều kiện lúc lớp đó hình thành.
Từ bọt khí trong dung nham tới khối mã não
Kịch bản phổ biến nhất mà các nhà địa chất mô tả cho mã não trong đá núi lửa như sau:
- Dung nham giữ lại bọt khí. Khi dung nham phun ra và nguội, khí hoà tan thoát ra tạo bọt; bọt bị kẹt lại khi đá đông cứng, để lại lỗ rỗng tròn hoặc hình hạnh nhân.
- Nước ngầm mang silic tới. Qua thời gian dài, nước ngầm thấm qua đá, hoà tan silic từ tro núi lửa và thuỷ tinh núi lửa xung quanh.
- Silic lắng đọng lên thành hốc. Trong hốc, silic kết tủa ở dạng gel hoặc trực tiếp thành sợi tinh thể, phủ dần từ thành vào trong, lớp này lên lớp kia.
- Lấp đầy hoặc để lại lõi rỗng. Nếu silic đủ, hốc được lấp kín thành khối mã não đặc. Nếu không, phần giữa còn rỗng, có khi mọc tinh thể thạch anh lớn hướng vào trong, tạo thành hốc tinh thể.
- Đá mẹ bị phong hoá. Đá núi lửa xung quanh mềm hơn bị bào mòn, để lại các cục mã não cứng nằm rải rác trên mặt đất hay trong lòng sông.
Nhiệt độ lắng đọng được cho là tương đối thấp, thường dưới vài trăm độ C, nhiều trường hợp gần nhiệt độ nước ngầm. Mã não cũng có thể hình thành trong đá trầm tích như đá vôi, khi silic thay thế dần các vật chất khác. Ở Việt Nam, vùng có đá bazan như Tây Nguyên cho thấy rõ những lỗ khí trong đá, ví dụ trực quan về nơi mã não có thể hình thành.
Vì sao mã não có dải màu: câu hỏi vẫn còn mở
Nhìn qua, dễ nghĩ mỗi lớp mã não là một đợt nước mang silic tràn vào, lắng xong thì đợt sau tới. Giả thuyết "lắng đọng theo đợt" này giải thích được dải màu khác nhau theo thay đổi thành phần nước. Nhưng nó gặp khó khi các dải rất mỏng, rất đều, lặp lại hàng trăm, hàng nghìn lần trong một hốc nhỏ, và khi không thấy rõ đường vào của nước ở nhiều mẫu.
Giả thuyết thứ hai cho rằng hốc được lấp bằng gel silic một lần, rồi các dải tự hình thành bên trong gel qua quá trình kết tinh và khuếch tán, tương tự hiện tượng vòng Liesegang mà các nhà hoá học tạo được trong ống nghiệm: chất kết tủa tự sắp xếp thành vòng đồng tâm cách đều. Theo hướng này, dải màu là kết quả của tự tổ chức hoá học, không cần nhiều đợt nước.
Nhiều nhà nghiên cứu hiện nghiêng về cách nhìn kết hợp: có mẫu hình thành theo đợt, có mẫu tự tổ chức, có mẫu trải qua cả hai. Sự đa dạng của mã não trên thế giới, từ loại dải mịn như tơ tới loại có hình rêu, hình cây bên trong, gợi ý rằng không chỉ có một con đường. Đây là một trong những câu hỏi "trông đơn giản mà chưa có lời đáp trọn vẹn" của khoáng vật học.
Mã não đường chân trời: ống thuỷ tự nhiên của nhà địa chất
Ở một số mẫu mã não, phần dưới của hốc có các lớp nằm ngang hoàn toàn phẳng và song song, trong khi phần trên là dải cong bám theo thành hốc. Kiểu này thường được gọi là mã não đường chân trời hay mã não mực nước. Giải thích phổ biến: tại thời điểm đó, silic lắng xuống đáy hốc dưới tác dụng của trọng lực, tạo lớp nằm ngang như cặn lắng đáy cốc.
Điều thú vị là các lớp phẳng này ghi lại phương nằm ngang lúc chúng hình thành. Nếu sau đó lớp đá bị uốn nếp, nghiêng đi do vận động kiến tạo, các lớp phẳng trong mã não cũng nghiêng theo. Nhà địa chất có thể dùng chúng như một chiếc ống thuỷ hoá thạch để biết lớp đá đã bị nghiêng bao nhiêu độ, và đâu là phía trên ban đầu.
Đây là ví dụ đẹp về cách một vật thể nhỏ chứa thông tin về lịch sử của cả vùng đá lớn. Nhiều mẫu mã não còn cho thấy nhiều nhóm lớp phẳng nghiêng theo các góc khác nhau, gợi ý viên đá đã được xoay trong quá trình hình thành hoặc lớp đá chứa nó đã chuyển động nhiều lần.
Dòng thời gian ngắn của mã não trong lịch sử con người
Mã não là một trong những khoáng vật con người sử dụng lâu đời nhất. Một số mốc tiêu biểu theo tài liệu khảo cổ và lịch sử khoa học:
| Thời kỳ | Sự kiện | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| Thời đồ đá | Chalcedony và các dạng thạch anh vi tinh thể được ghè làm công cụ | Mép vỡ vỏ sò rất sắc |
| Văn minh cổ đại | Hạt chuỗi, con dấu khắc từ mã não, carnelian ở Lưỡng Hà, Ai Cập, lưu vực sông Ấn | Đá dai, mài bóng được, khắc chi tiết |
| Khoảng thế kỷ 4–3 TCN | Theophrastus, học trò của Aristoteles, đặt tên theo sông Achates ở Sicily | Nguồn gốc của chữ "agate" |
| Thế kỷ 15–16 | Vùng Idar-Oberstein (Đức) phát triển nghề mài mã não địa phương | Trở thành trung tâm mài đá châu Âu |
| Thế kỷ 19 | Idar-Oberstein nhập mã não từ Nam Mỹ, phát triển kỹ thuật nhuộm | Mã não màu rực bắt đầu phổ biến |
| Thời hiện đại | Mã não dùng làm cối chày phòng thí nghiệm, ổ trục dụng cụ | Cứng, trơ hoá học, ít lẫn tạp chất |
Cối mã não vẫn có mặt trong nhiều phòng thí nghiệm hoá học và địa chất: nghiền mẫu trong cối mã não hạn chế việc mẫu bị nhiễm kim loại từ dụng cụ, điều quan trọng khi phân tích nguyên tố vi lượng.
Mã não già cỡ nào và moganit kể chuyện tuổi tác
Mã não có thể rất cổ. Vì hình thành trong đá núi lửa hoặc đá trầm tích, tuổi của nó không thể già hơn đá mẹ, và thường được ước tính dựa vào tuổi của đá mẹ đã định bằng phương pháp phóng xạ. Có những mẫu mã não nằm trong đá có tuổi hàng trăm triệu năm, và các tài liệu khoáng vật học ghi nhận mã não trong những tầng đá rất cổ, tới hàng tỉ năm.
Một manh mối thú vị là moganit, khoáng vật silic đioxit thường đi kèm thạch anh trong chalcedony. Các nghiên cứu so sánh nhiều mẫu mã não ở các tuổi khác nhau ghi nhận xu hướng: mã não trẻ thường chứa nhiều moganit hơn, còn mã não rất cổ chứa ít, vì theo thời gian moganit dần chuyển thành thạch anh ổn định hơn. Kích thước tinh thể thạch anh cũng có xu hướng lớn dần theo tuổi. Đây là một xu hướng thống kê hữu ích, không phải chiếc đồng hồ chính xác cho từng viên.
Một họ hàng gần của mã não là "trứng sấm", những cục đá tròn xù xì trong đá ryolit, bổ ra thấy lõi mã não hoặc chalcedony hình ngôi sao. Tên gọi đến từ truyền thuyết của người bản địa Bắc Mỹ, kể rằng các vị thần sấm ném đá vào nhau. Về khoa học, chúng hình thành trong các hốc của tro, dung nham giàu silic rồi được silic lấp đầy, theo cơ chế khá giống mã não.
Hiểu nhầm hay gặp về mã não
"Mã não và đá onyx là hai loại khoáng vật khác nhau." Theo nghĩa chặt chẽ, onyx là chalcedony có dải thẳng song song, tức cùng họ với mã não, chỉ khác hình dạng dải. Rắc rối nằm ở chỗ tên "onyx" còn bị dùng cho đá vôi canxit phân lớp, một vật liệu hoàn toàn khác và mềm hơn nhiều.
"Mã não màu xanh dương, hồng rực là màu tự nhiên." Mã não tự nhiên thường mang sắc xám, trắng, nâu, đỏ cam, đôi khi xanh nhạt. Các màu xanh dương đậm, hồng tím, xanh lá rực thường là kết quả nhuộm, nhờ độ xốp của chalcedony.
"Mã não càng nhiều vòng thì càng già." Số vòng không phải số năm như vòng tuổi cây. Một hốc có thể có hàng trăm dải hình thành nhanh, hoặc ít dải trong thời gian rất dài. Tuổi của mã não được ước tính qua tuổi đá mẹ và các phương pháp khác.
"Mã não rêu có rêu thật bên trong." Những hình cây, hình rêu trong mã não rêu là các khoáng vật chứa mangan, sắt mọc nhánh, không phải thực vật hoá thạch.
Câu hỏi thường gặp
Mã não khác thạch anh trong suốt ở điểm nào?
Cùng thành phần silic đioxit, nhưng thạch anh trong suốt là một tinh thể lớn có hình lăng trụ, còn mã não gồm vô số sợi tinh thể siêu nhỏ xếp thành lớp, có lỗ rỗng li ti. Vì vậy mã não trong mờ hoặc đục, có dải màu, hút được chất lỏng, còn thạch anh tinh thể thì không.
Mã não thường được tìm thấy ở đâu?
Mã não phổ biến ở những vùng có đá núi lửa cổ như bazan, andesit, ryolit, và ở lòng sông, bãi biển nơi các cục mã não cứng được nước mang tới sau khi đá mẹ bị phong hoá. Nam Mỹ, đặc biệt Brazil và Uruguay, là nguồn mã não lớn được biết đến rộng rãi trên thế giới.
Hốc tinh thể và khối mã não khác nhau thế nào?
Cả hai hình thành trong lỗ rỗng của đá. Khối mã não là khi silic lấp đầy hốc thành các lớp chalcedony. Hốc tinh thể là khi lớp chalcedony chỉ phủ thành, phần giữa còn rỗng và mọc tinh thể thạch anh lớn hướng vào trong. Nhiều mẫu có cả hai: vỏ mã não ngoài, tinh thể bên trong.
Vì sao mã não được dùng làm cối nghiền trong phòng thí nghiệm?
Mã não cứng khoảng 6,5–7, trơ với phần lớn hoá chất và ít tạp chất kim loại. Nghiền mẫu trong cối mã não hạn chế việc mẫu bị lẫn kim loại từ dụng cụ, điều quan trọng khi cần phân tích chính xác thành phần nguyên tố của mẫu đá hay khoáng vật.
Mã não có thể hình thành ngoài đá núi lửa không?
Có. Mã não cũng hình thành trong đá trầm tích như đá vôi, đá phiến, khi nước giàu silic lấp vào khe, hốc hoặc thay thế dần vật chất ban đầu. Một số mã não còn thay thế gỗ hoặc vỏ sinh vật, tạo hoá thạch silic hoá giữ nguyên hình dạng.
Tên gọi "mã não" trong tiếng Việt có nghĩa là gì?
Mã não là từ Hán Việt, nghĩa đen là "não ngựa", được giải thích là do vân đá gợi hình nếp cuộn của não. Đây là cách gọi theo hình dáng, giống tên phương Tây "agate" đặt theo địa danh dòng sông Achates; cả hai đều không nói gì về cách đá hình thành.