"Mã vạch" địa chất từ những khối đá cổ xưa
Từ trước đến nay, các nguyên tố đất hiếm (REE) luôn được coi là "vitamin" của nền công nghiệp hiện đại. Chúng là thành phần không thể thay thế trong việc sản xuất từ điện thoại thông minh, pin xe điện cho đến các tuabin gió khổng lồ. Dù mang tên là "đất hiếm", các nguyên tố này thực tế phân bố khá rải rác trong vỏ Trái Đất, nhưng thách thức lớn nhất là tìm được nơi chúng tích tụ với mật độ đủ cao để tiến hành khai thác thương mại.
Mới đây, một nhóm nghiên cứu quốc tế do các nhà khoa học thuộc Khoa Khoa học Trái Đất, Đại học Cambridge dẫn đầu, đã công bố một nghiên cứu mang tính bước ngoặt trên tạp chí Nature Geoscience. Bằng cách phân tích cơ sở dữ liệu hóa học đồ sộ của khoảng 9.000 mẫu đá magma trên toàn thế giới, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các mỏ đất hiếm có xu hướng hình thành dọc theo các phần "rễ" cổ xưa và dày nhất của các lục địa. Các loại đá magma giàu CO2 hòa tan – vốn từng bị coi là những dị thường địa chất không mấy giá trị – chính là chiếc chìa khóa vàng.
Hàm lượng CO2 cao trong các khối đá này đóng vai trò như một chất xúc tác, giúp các nguyên tố đất hiếm cô đặc lại trong quá trình magma nóng chảy dịch chuyển. Nghiên cứu chỉ ra rằng cấu trúc thạch quyển (lớp vỏ cứng ngoài cùng của hành tinh) dày và già cỗi đóng vai trò như một chiếc bẫy tự nhiên, giữ các khối magma này sâu dưới lòng đất trong hàng triệu năm, tạo điều kiện cho các kim loại quý giá này cô đặc lại thành những mỏ quặng giá trị.
Sóng địa chấn – Chiếc kính hiển vi soi thấu lòng đất
Để chuyển hóa các lý thuyết địa hóa học thành một bản đồ trực quan có độ chính xác cao, các nhà khoa học đã ứng dụng công nghệ chụp ảnh cắt lớp địa chấn (seismic tomography). Phương pháp này sử dụng sóng địa chấn sinh ra từ các trận động đất để quét và dựng lại cấu trúc cấu tạo bên trong lòng đất, tương tự như cách công nghệ siêu âm hay sonar lập bản đồ đáy biển.
Giáo sư Sergei Lebedev và Tiến sĩ Siyuan Sui, các nhà địa vật lý thuộc dự án, đã tiến hành đối chiếu dữ liệu hóa học của 9.000 mẫu đá nói trên lên mô hình cấu trúc thạch quyển ba chiều. Kết quả cho thấy một sự trùng khớp đáng kinh ngạc: những khu vực có tiềm năng làm giàu đất hiếm cao nhất chủ yếu phân bố tại các ranh giới dốc, nơi chuyển tiếp giữa các mảng thạch quyển cổ dày và các vùng vỏ Trái Đất mỏng hơn.
Tiến sĩ Emilie Bowman, tác giả phản biện của nghiên cứu, cho biết: "Bản đồ này bắt đầu cung cấp cho chúng tôi một khả năng dự đoán chuẩn xác về vị trí các loại đá này hình thành, và mở rộng ra là các mỏ nguyên tố đất hiếm đi kèm." Thay vì việc tìm kiếm một cách mù quáng và tốn kém trên bề mặt diện rộng, giờ đây các nhà địa chất đã có trong tay một "bản đồ kho báu" thu hẹp đáng kể phạm vi khảo sát.
Lời giải cho bài toán tự chủ chuỗi cung ứng toàn cầu
Bước đột phá này xuất hiện vào thời điểm không thể thích hợp hơn, khi cuộc đua chuyển dịch sang năng lượng sạch và công nghệ cao đang bước vào giai đoạn khốc liệt. Hiện nay, Trung Quốc đang nắm giữ vị thế độc quyền gần như tuyệt đối trong cả chuỗi khai thác lẫn xử lý đất hiếm toàn cầu. Thực trạng này khiến nhiều quốc gia phương Tây và các nền kinh tế lớn rơi vào thế bị động về mặt chiến lược.
Việc bản đồ toàn cầu mới được công bố giúp các quốc gia chủ động định vị được các nguồn tài nguyên tiềm năng ngay trong lãnh thổ của mình hoặc tại các khu vực đồng minh thân cận. Mục tiêu tối thượng là giảm bớt sự phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu độc quyền, đảm bảo an ninh năng lượng và duy trì tốc độ phát triển của các ngành công nghệ xanh. Tuy nhiên, giới chuyên gia kinh tế cũng đưa ra những góc nhìn thận trọng.
Việc sở hữu một bản đồ địa chất chính xác mới chỉ là bước khởi đầu của một hành trình dài. Từ một điểm sáng trên bản đồ khoa học đến một mỏ khai thác thương mại đi vào hoạt động đòi hỏi hàng loạt yếu tố phức tạp khác như: công nghệ luyện kim, quy trình cấp phép nghiêm ngặt, nguồn vốn đầu tư khổng lồ và đặc biệt là các giải pháp xử lý môi trường. Dẫu vậy, việc giảm thiểu được rủi ro và chi phí trong giai đoạn thăm dò ban đầu nhờ bản đồ của Cambridge đã là một bước tiến mang tính thay đổi cuộc chơi.
"Bản đồ kho báu" đất hiếm vừa được các nhà khoa học Đại học Cambridge công bố là một minh chứng rõ nét cho thấy sự kết hợp giữa địa vật lý hiện đại và địa hóa học truyền thống có thể giải quyết các thách thức mang tính thời đại. Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang lên kế hoạch mở rộng bản đồ để bao gồm các cấu trúc đá có niên đại hơn 200 triệu năm – nơi được cho là đang chứa phần lớn các mỏ đất hiếm có giá trị kinh tế cao nhất thế giới. Dù chặng đường thương mại hóa còn nhiều thử thách, phát kiến này chắc chắn sẽ là bệ phóng quan trọng cho lộ trình tự chủ công nghệ và chuyển dịch năng lượng toàn cầu trong những thập kỷ tới.
Thùy Anh (Theo Wonderful Engineering)
