Cái nhìn mới về khoáng chất, thay đổi cách tìm kiếm sự sống

Nghiên cứu cũng cho thấy Trái đất có thể đã sẵn sàng cho sự sống hình thành sớm hơn những gì người ta thường nghĩ.

Lần đầu tiên, các nhà khoa học đã lập ra một danh mục được sắp xếp có trình tự, nơi chúng ta có thể tìm kiếm mọi thông tin về các khoáng chất. Bộ sưu tập các câu chuyện về nguồn gốc khoáng sản này gợi ý rằng Trái đất có thể đã chứa đựng sự sống sớm hơn những gì người ta nghĩ trước đây.

Lý do đến từ việc định lượng nước như một thành phần biến đổi nhiều nhất trong địa chất và điều đó có thể thay đổi cách các nhà nghiên cứu tìm kiếm dấu hiệu của sự sống và nước trên các hành tinh khác.

Cai nhin moi ve khoang chat, thay doi cach tim kiem su song

Canxit có thể hình thành theo 17 cách khác nhau, nhiều hơn hầu hết bất kỳ loại khoáng chất nào khác. Canxit này, được hình thành trong một hang động, có hình dạng đặc biệt do mực nước thay đổi.

Robert Hazen, một nhà khoáng vật học và sinh vật học tại Viện Khoa học Carnegie ở Washington, DC, cho biết: "Đây sẽ là một 'vụ nổ lớn' trong giới nghiên cứu".

Trong hơn 100 năm, các nhà khoa học chủ yếu xác định các khoáng chất để trả lời câu hỏi "nó là cái gì", họ thường tập trung vào cấu trúc và thành phần hóa học của chúng. Tuy nhiên, nó lại vô tình tạo ra một bức tranh không hoàn chỉnh và có nhiều lỗ hổng về kiến thức.

Thông tin trong danh mục không phải là mới, nhưng trước đây nó thường nằm rải rác trong hàng nghìn bài báo khoa học và không được sắp xếp một cách có hệ thống. Hazen cho biết "sự táo bạo" trong công việc của họ là đã thực hiện và tổng hợp tất cả lại với nhau (hơn 5.600 loại khoáng chất đã biết). Điều đó làm cho danh mục trở thành một điểm dừng cho những ai muốn sử dụng khoáng chất để tìm hiểu quá khứ.

Việc biên soạn cũng cho phép nhóm nghiên cứu lùi lại một bước và suy nghĩ về sự tiến hóa khoáng sản từ một góc độ rộng hơn. Một trong những nghiên cứu mới cho thấy hơn một nửa số loại khoáng chất đã biết hình thành theo những cách mà lẽ ra có thể có trên Trái đất ngay từ những ngày đầu.

Trong số tất cả các môi trường địa chất mà các nhà khoa học coi là tiềm năng cho sự khởi đầu của sự sống trên Trái đất, hầu hết có thể đã tồn tại sớm nhất là 4,3 tỷ năm trước. Do đó, sự sống có thể đã bắt đầu gần như ngay sau khi Trái đất hình thành, hoặc ít nhất là sớm hơn các nhà khoa học đã nghĩ.

Zachary Adam, nhà cổ sinh vật học tại Đại học Wisconsin – Madison, người không tham gia vào các nghiên cứu mới, cho biết: "Đó sẽ là một ngụ ý rất sâu sắc - rằng tiềm năng cho sự sống đã được nung nấu ngay từ thuở sơ khai của một hành tinh".

Tuy nhiên, Frances Westall, nhà địa sinh học tại Trung tâm Vật lý Sinh học Phân tử ở Orléans, Pháp, cho biết thời điểm chính xác khi các điều kiện chín muồi cho sự sống dựa trên các mô hình "iffy". Cô cho rằng các nhà khoa học cần thêm dữ liệu trước khi có thể khẳng định chắc chắn. Nhưng, cô ấy nói, "nghiên cứu này và ngụ ý của nó là điều thật tuyệt vời".

Các kết quả mới cũng cho thấy nước thiết yếu như thế nào đối với việc tạo ra hầu hết các khoáng chất trên Trái đất. Nhóm nghiên cứu báo cáo rằng khoảng 80% các loại khoáng chất đã biết đều cần đến nước (h2o) trong quá trình hình thành của mình.

Cai nhin moi ve khoang chat, thay doi cach tim kiem su song-Hinh-2

Một số khoáng chất sẽ không hình thành theo những cách nhất định nếu không có ảnh hưởng của sự sống. Vi khuẩn quang hợp đã giúp mang lại các điều kiện giàu oxy cần thiết cho azurite này (trái), trong khi amoni hóa opal (phải) được tạo ra bởi khoáng chất opal, nơi từng có vỏ amoni.

Nói một cách dễ hiểu, điều này có nghĩa là nếu các nhà nghiên cứu nhìn thấy nước trên một hành tinh như sao Hỏa, họ có thể đoán rằng nó có một hệ sinh thái khoáng chất phong phú. Các nhà khoa học có thể xác định những khoáng chất có trên Hành tinh Đỏ và sau đó sử dụng danh mục mới này để nghiên cứu ngược lại và tìm ra môi trường của nó trong quá khứ.

Shaunna Morrison, một nhà khoáng vật học tại Viện Carnegie và là đồng tác giả của các nghiên cứu mới, cho biết: "Tôi nghĩ chúng ta có thể làm được nhiều hơn thế. Và vấn đề hiện tại chỉ là thời gian và công sức để nghiên cứu".

Giải ngố về niken, thứ kim loại quý nhưng không hiếm

Nguyên tố hóa học niken, tên thật là “nickel”, nickname là “Ni”, số nguyên tử 28, và còn được gọi với cái tên dân dã là “kền”.

Thứ kim loại bóng loáng, trắng bạc ánh vàng đã đồng hành với nhân loại hơn 5.500 năm. Trong tổng sản lượng niken thế giới, 68% được sử dụng trong chế tạo thép không gỉ, 10% dùng để sản xuất hợp kim làm từ cơ sở niken và cơ sở đồng, 9% xuất hiện trong mạ không gỉ, 7% làm hợp kim thép, 3% dùng trong xưởng đúc.

Số còn lại (chỉ khoảng 3%) được dùng vào nhiều việc khác, trong đó có ngành sản xuất xe điện mới chớm nở, vốn sử dụng nhiều pin sạc chứa niken.

Hình ảnh một khối niken.

Mặt khác, ta có câu chuyện ngàn năm tuổi về lược sử kim loại niken. Khi người Đức thời Trung cổ phát hiện ra một thứ kim loại ánh vàng trông giống quặng đồng tại Erzgebirge (Núi Quặng), họ đã cố gắng chiết xuất đồng nhưng bất thành. Người thợ rèn đổ vạ cho Nickel, một nhân vật ưa quậy phá trong tín ngưỡng Đức, và gọi thứ kim loại tai quái là “kufernickel” (với “kufer” nghĩa là “đồng” trong tiếng Đức).

Năm 1751, Nam tước Axel Fredrik Cronstedt, nhà hóa học và khoáng vật học lỗi lạc của Thụy Điển, cố gắng tách đồng từ một khối kufernickel lấy từ khu mỏ trong khuôn viên làng Los. Trái với kỳ vọng, quá trình luyện kim đem lại cho ông một thứ kim loại trắng mà khoa học chưa biết tới.

Nam tước đặt tên cho kim loại là “Nickel”, phỏng theo giai thoại cũ của người Đức. Ngày nay, làng Los, xuất phát điểm của mẫu quặng lịch sử chứa “nickel - niken”, trở thành địa điểm du lịch nổi tiếng của Thụy Điển.

Tại Mỹ, đồng 5 xu chứa 1,1 gram niken, 3,75 gram đồng. Ở thời điểm tháng 4/2007, tổng trị giá hai kim loại trên trong đồng 5 xu chạm ngưỡng … 9 xu. Chênh lệch lớn đã khiến Cục Đúc tiền trực thuộc Bộ Ngân khố Hoa Kỳ tuyên bố cấm người dân “luyện” xu bán kim loại; người vi phạm có thể bị phạt tới 10.000 USD và ngồi tù tối đa 5 năm.

Giai ngo ve niken, thu kim loai quy nhung khong hiem-Hinh-2

Đồng 5 cent của Mỹ chứa nhiều niken.

Kim loại dùng đại trà với quá trình khai thác không mấy dễ dàng

Bên cạnh hai kim loại sắt, cô-ban và đất hiếm gadolinium, niken là một trong 4 nguyên tố có tính sắt từ khi đặt trong nhiệt độ gần nhiệt độ phòng. Điều đó có nghĩa niken là một trong số nguyên tố được dùng trong sản xuất nam châm, và cũng bị hút mạnh bởi các thiết bị nam châm. Niken đang là kim loại thiết yếu trong sản xuất pin sạc, công nghệ làm nên sự thành công của xe điện. Tuy nhiên mới chỉ khoảng 3% sản lượng niken nuôi dưỡng ngành công nghiệp non trẻ.

Bên cạnh tính sắt từ được ứng dụng trong nhiều khía cạnh của công nghệ, niken còn là kim loại được sử dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim và vô số hàng tiêu dùng khác.

Giai ngo ve niken, thu kim loai quy nhung khong hiem-Hinh-3

Pin xe điện, hay pin sạc nhiều lần nói chung đều cần tới kim loại kền.

Nhờ đặc tính kháng ăn mòn, thợ rèn từ ngàn năm trước đã sử dụng niken để mạ cho vật dụng. Trong công nghiệp ngày nay, niken là thứ “thực phẩm chức năng” thiết yếu giúp hợp kim mạnh mẽ, cứng cáp và tăng cường sức dẻo dai. Danh sách nguyên tố có thể bắt cặp với niken để trở thành hợp kim bền chắc gồm có đồng, crom, chì, cô-ban, bạc và vàng.

Quý hiếm và được ứng dụng rộng rãi, nhưng chỉ một số ít niken tồn tại dưới dạng tinh khiết. Niken chiếm một phần rất nhỏ trong vỏ Trái Đất, bên cạnh đó hiện hữu trong ruột của những thiên thạch niken-sắt vẫn lơ lửng ngoài không gian, chưa một lần tiếp xúc oxy trong khí quyển.

Trên Trái Đất, niken thường xuất hiện cùng sulfur và sắt trong sulfide pentlandite, song hành với sulfur trong millerite, bắt cặp asen trong khoáng thạch nickeline, và tồn tại cùng cả asen và sulfur trong khoáng thạch tự nhiên galena niken. Vỏ Trái Đất chứa tất cả 52 khoáng chất có nguyên tố niken.

Giai ngo ve niken, thu kim loai quy nhung khong hiem-Hinh-4

Một centimet khối niken đã được tinh luyện bằng công nghệ điện phân đặt cạnh một khối muối niken kết tinh.

Tuy nhiên, ngành công nghiệp khai khoáng chủ yếu tìm niken trong hai vỉa quặng sau:

Đầu tiên là laterite - khái niệm chỉ một loại đất giàu sắt và nhôm thường hình thành tại vùng nhiệt đới nóng ẩm. Thành phần chính trong laterite bao gồm quặng sắt giàu niken limonite, bên cạnh đó là garnierite - một tổ hợp của niken chứa nước và silicate giàu niken.

Thứ hai, ngành khai khoáng còn tận dụng những vỉa quặng sulfide chứa nhiều khoáng chất pentlandite vốn giàu sắt và niken.

Theo khảo sát, niken chiếm 1% (có thể hơn) tổng trữ lượng tài nguyên trên đất liền, tương đương với ít nhất 130 triệu tấn. Trong số đó, khoảng 60% niken nằm tại laterite, 40% còn lại được trữ trong các vỉa sulfide.

Tầm quan trọng cao gia tăng rủi ro của một nguồn cung phụ thuộc

Theo ước tính, trữ lượng niken lớn nhất nằm tại Indonesia và Úc, chiếm 43,6% tổng trữ lượng niken toàn cầu. Thuận theo lẽ đó, Indonesia là quốc gia đứng đầu trong lượng niken khai thác được hàng năm.

Tổng hợp từ thông số khảo sát năm 2020, mỗi năm ngành khai khoáng mang từ lòng đất lên 2,5 triệu tấn niken, với Indonesia chiếm 760.000 tấn, Philippines chiếm 320.000 tấn, Nga chiếm 280.000 tấn, Úc chiếm 170.000. Tuy nhiên, doanh nghiệp sản xuất niken tinh luyện lớn nhất thế giới lại là Norilsk Nickel, quốc gia với sản lượng niken khai thác được chỉ nhiều thứ ba thế giới.

Giai ngo ve niken, thu kim loai quy nhung khong hiem-Hinh-5

Xưởng sản xuất của Norilsk Nickel.

Với trụ sở đặt tại Moscow, doanh nghiệp tới từ Nga đang chịu nhiều sức ép từ những căng thẳng chính trị vẫn đang leo thang từng ngày. Ngay lập tức, nguồn cung niken của thế giới bị ảnh hưởng, trực tiếp tác động tới ngành xe điện đang trên đà thịnh vượng. Nhưng đây cũng là cơ hội cho những quốc gia sở hữu trữ lượng niken lớn nhận ra tiềm năng khổng lồ của mình.

Theo dữ liệu từ kênhThông tin Chính phủ Việt Nam, tổng trữ lượng và tài nguyên niken ở Việt Nam ước tính khoảng 3,6 triệu tấn, tập trung chủ yếu ở các tỉnh Thanh Hóa với hơn 3 triệu tấn, Sơn La với 420.523 tấn và Cao Bằng với trữ lượng 133.677 tấn. Trong thời điểm nhiều biến động, tiềm năng từ những mỏ niken Việt Nam có thể giúp chúng ta khẳng định vị thế trong chuỗi cung ứng toàn cầu, đồng thời giúp Việt Nam tự chủ được công nghệ pin thiết yếu với thời đại công nghệ.

Lời kết

Nhân loại sẽ không bao giờ lo thiếu niken. Ngước lên cao hay nhìn sâu xuống dưới, ta đều thấy sự hiện diện của thứ kim loại quý giá.

Trữ lượng niken chỉ chiếm 1% trong tổng trữ lượng tài nguyên trên đất liền, nhưng trong lòng biển, ở độ sâu từ 3,5 tới 6 km so với mực nước biển, một mỏ niken trù phú vẫn đangđợi công nghệ phát triển chín muồi. Ngụ tại Vùng Nứt Clipperton ngoài khơi Thái Bình Dương, những khối đa kim nhỏ giàu đất hiếm và nhiều nguyên tố quý giá vẫn đang chờ chúng ta khai thác. Ước tính, trữ lượng niken trong những khối đa kim lên tới 1,7%.

Những khối đa kim dưới đáy biển.

Và khi tận dụng hết đượcnguồn năng lượng sẵn có trên Trái Đất, nhân loại có thể hướng lên không gian để tìm chân trời chinh phục mới. Nắm trong tay khả năngkhai thác khoáng sản trên thiên thạch, chúng ta có thể sớm trở thành giống loài ngự trị Hệ Mặt Trời.

Tạm thời mơ thế thôi đã. Để có được tương lai vẫn nằm trong khuôn viên rộng lớn của “viễn tưởng”, nhân loại cần đi lên từ những nền móng vững chắc nhất. Và một cái móng làm từ nhiều những khoáng vật quý báu, đơn cử như nikel/niken/kền, là một nền tảng vững chắc vậy.

Xem lại thiệt hại cơn mưa đêm qua tại Hà Nội

Mưa lớn kèm theo gió giật mạnh đêm 5/7, khiến nhiều cây cối trên đường phố Hà Nội bị đổ gãy, gây khó khăn cho việc lưu thông trên đường.

Xem lai thiet hai con mua dem qua tai Ha Noi
Sau chuỗi ngày nắng nóng gay gắt, Hà Nội tiếp tục đón thêm một trận mưa lớn.
Xem lai thiet hai con mua dem qua tai Ha Noi-Hinh-2
Cơn mưa đến bất chợt khiến người dân phải dừng giữa đường để mặc áo mưa.