Theo trực giác, người ta có thể nghĩ rằng vàng là một kim loại cực kỳ hiếm trên Trái Đất. Tuy nhiên, thực tế lại không phải như vậy. Điều mà cho đến nay các chuyên gia vẫn chưa biết là nó không chỉ giới hạn ở độ sâu của hành tinh chúng ta như trước đây chúng ta từng nghĩ: một lượng rất lớn kim loại màu vàng nổi tiếng này thậm chí còn thấm vào các lớp địa chất phía trên. Một khám phá hấp dẫn đối với các nhà địa chất, những người coi đây là nguồn tài sản lớn... hoàn toàn mang tính khoa học.
Nhiều nhà nghiên cứu đã cố gắng ước tính lượng vàng hiện có trên hành tinh của chúng ta - và những con số đưa ra thật chóng mặt. Một nghiên cứu do Giáo sư Bernard Wood thực hiện năm 2006, vẫn được coi là chuẩn mực cho đến ngày nay, đã kết luận rằng Trái Đất chứa hơn 16 tỷ tấn kim loại quý! Thật không may cho thợ mỏ là việc khai thác phần lớn nguồn tài nguyên này là hoàn toàn không thể. Trên thực tế, hơn 99,999% khối lượng này bị giới hạn trong lõi Trái Đất, ở độ sâu khoảng 3.000 km, bị giữ lại bởi một số yếu tố vật lý và hóa học khiến nó không thể thoát ra ngoài. Ít nhất, đó là sự đồng thuận chung cho đến khi một nghiên cứu mới của các nhà nghiên cứu Đức được công bố.
Trong cuộc di cư lớn này, sắt đã mang theo các nguyên tố khác như vàng, được gọi là siderophile (“ưa sắt” trong tiếng Hy Lạp), và do đó có nhiều khả năng liên kết với sắt hơn là với silicat. Kể từ khi sự phân hóa lớn này kết thúc, các chuyên gia thường cho rằng tất cả vật chất này bị cô lập bởi một ranh giới địa chất, điểm gián đoạn Gutenberg, ranh giới này cô lập về mặt vật lý và hóa học lõi khỏi lớp phủ. Theo mô hình truyền thống này, vàng và các nguyên tố ưa sắt khác phần lớn bị mắc kẹt trong lõi vô thời hạn, ngoại trừ một số ít trường hợp ngoại lệ. Do đó, các vật liệu này không thể thoát ra và nổi lên trở lại nhờ các luồng manti, các luồng trào lên của đá nóng từ lớp manti sâu.
Đây là nơi nhóm của Nils Messling từ Khoa Địa hóa học và địa chất đồng vị từ Đại học Đức tham gia Göttingen. Nhóm đang nghiên cứu các loại đá khác nhau ở Hawaii, một quần đảo có tầm quan trọng vô cùng lớn trong lịch sử khoa học Trái Đất. Trên thực tế, nó nằm trên một điểm nóng núi lửa và được hình thành trực tiếp bởi vật liệu được đưa lên từ lòng Trái Đất nhờ các cột manti được đề cập ở trên. Do đó, đây là một kho lưu trữ địa chất đáng kinh ngạc có thể dạy chúng ta rất nhiều điều về lịch sử và động lực bên trong của hành tinh... và đó chính xác là những gì đã xảy ra trong chuyến thám hiểm này.
Ở Hawaii, họ đã sử dụng công cụ mới này, có khả năng phát hiện những khác biệt nhỏ trong thành phần đồng vị này, để phân tích nguồn gốc của rutheni trong đá địa phương. Đây là một nguyên tố có tính ưa sắt cao: giống như vàng, hầu hết rutheni có trên Trái Đất khi mới hình thành đều di chuyển về phía hạt nhân. Một số ít dấu vết còn sót lại trong lớp vỏ hiện tại đến từ các nguồn khác, chẳng hạn như thiên thạch. Nhưng, điều khiến họ vô cùng ngạc nhiên là sự phân bố đồng vị lại trùng khớp chính xác với sự phân bố dự kiến tại giao diện giữa lõi và lớp phủ!
Một quan sát đáng chú ý và có lý do chính đáng: điều này cho thấy rõ ràng rằng ranh giới địa chất này không phải là không thấm nước như người ta từng nghĩ. Bất chấp mọi nghịch cảnh, cuối cùng có vẻ như các nguyên tố như rutheni và vàng vẫn có thể di chuyển từ lõi lên bề mặt.
"Liệu những quá trình mà chúng ta quan sát ngày nay có diễn ra trong quá khứ không? Điều này vẫn chưa được chứng minh. Nhưng những phát hiện của chúng tôi mở ra một góc nhìn hoàn toàn mới về sự tiến hóa của động lực bên trong hành tinh của chúng ta", Willbold kết luận.
Văn bản của nghiên cứu có sẵn tại đây.
Nhiều nhà nghiên cứu đã cố gắng ước tính lượng vàng hiện có trên hành tinh của chúng ta - và những con số đưa ra thật chóng mặt. Một nghiên cứu do Giáo sư Bernard Wood thực hiện năm 2006, vẫn được coi là chuẩn mực cho đến ngày nay, đã kết luận rằng Trái Đất chứa hơn 16 tỷ tấn kim loại quý! Thật không may cho thợ mỏ là việc khai thác phần lớn nguồn tài nguyên này là hoàn toàn không thể. Trên thực tế, hơn 99,999% khối lượng này bị giới hạn trong lõi Trái Đất, ở độ sâu khoảng 3.000 km, bị giữ lại bởi một số yếu tố vật lý và hóa học khiến nó không thể thoát ra ngoài. Ít nhất, đó là sự đồng thuận chung cho đến khi một nghiên cứu mới của các nhà nghiên cứu Đức được công bố.
Lõi Trái Đất, một nhà tù thực sự...
Để hiểu được những chi tiết phức tạp của công trình này, chúng ta cần đi vòng qua một chút để xem xét lịch sử của hành tinh xanh tươi tốt của chúng ta. Khoảng 4,5 tỷ năm trước, Trái Đất khi đó còn non trẻ, phần lớn được tạo thành từ vật chất nóng chảy, đã trải qua quá trình phân hóa hành tinh. Các nguyên tố khác nhau tạo nên nó được phân bố thành nhiều lớp: các nguyên tố đặc nhất, chẳng hạn như sắt và niken, di chuyển về phía trung tâm, để lại các vật liệu silicat ngày nay tạo nên lớp vỏ và lớp phủ.Trong cuộc di cư lớn này, sắt đã mang theo các nguyên tố khác như vàng, được gọi là siderophile (“ưa sắt” trong tiếng Hy Lạp), và do đó có nhiều khả năng liên kết với sắt hơn là với silicat. Kể từ khi sự phân hóa lớn này kết thúc, các chuyên gia thường cho rằng tất cả vật chất này bị cô lập bởi một ranh giới địa chất, điểm gián đoạn Gutenberg, ranh giới này cô lập về mặt vật lý và hóa học lõi khỏi lớp phủ. Theo mô hình truyền thống này, vàng và các nguyên tố ưa sắt khác phần lớn bị mắc kẹt trong lõi vô thời hạn, ngoại trừ một số ít trường hợp ngoại lệ. Do đó, các vật liệu này không thể thoát ra và nổi lên trở lại nhờ các luồng manti, các luồng trào lên của đá nóng từ lớp manti sâu.
Đây là nơi nhóm của Nils Messling từ Khoa Địa hóa học và địa chất đồng vị từ Đại học Đức tham gia Göttingen. Nhóm đang nghiên cứu các loại đá khác nhau ở Hawaii, một quần đảo có tầm quan trọng vô cùng lớn trong lịch sử khoa học Trái Đất. Trên thực tế, nó nằm trên một điểm nóng núi lửa và được hình thành trực tiếp bởi vật liệu được đưa lên từ lòng Trái Đất nhờ các cột manti được đề cập ở trên. Do đó, đây là một kho lưu trữ địa chất đáng kinh ngạc có thể dạy chúng ta rất nhiều điều về lịch sử và động lực bên trong của hành tinh... và đó chính xác là những gì đã xảy ra trong chuyến thám hiểm này.
...không kín như chúng ta nghĩ
Nhóm của Messling đã phát triển một kỹ thuật mới cho phép đo rất chính xác thành phần đồng vị của đá, tức là sự phân bố các biến thể khác nhau (gọi là đồng vị) của một nguyên tố hóa học nhất định trong một mẫu. Đây là nguồn tài nguyên tuyệt vời cho các nhà địa chất, vì thành phần đồng vị này có thể tiết lộ thông tin có giá trị về nguồn gốc và sự tiến hóa của loại đá đang được đề cập – nói tóm lại là một loại dấu hiệu địa chất.Ở Hawaii, họ đã sử dụng công cụ mới này, có khả năng phát hiện những khác biệt nhỏ trong thành phần đồng vị này, để phân tích nguồn gốc của rutheni trong đá địa phương. Đây là một nguyên tố có tính ưa sắt cao: giống như vàng, hầu hết rutheni có trên Trái Đất khi mới hình thành đều di chuyển về phía hạt nhân. Một số ít dấu vết còn sót lại trong lớp vỏ hiện tại đến từ các nguồn khác, chẳng hạn như thiên thạch. Nhưng, điều khiến họ vô cùng ngạc nhiên là sự phân bố đồng vị lại trùng khớp chính xác với sự phân bố dự kiến tại giao diện giữa lõi và lớp phủ!
Một quan sát đáng chú ý và có lý do chính đáng: điều này cho thấy rõ ràng rằng ranh giới địa chất này không phải là không thấm nước như người ta từng nghĩ. Bất chấp mọi nghịch cảnh, cuối cùng có vẻ như các nguyên tố như rutheni và vàng vẫn có thể di chuyển từ lõi lên bề mặt.
Một hướng nghiên cứu mới đầy hứa hẹn
"Ngay khi những kết quả đầu tiên xuất hiện, chúng tôi nhận ra mình đã tìm thấy một mỏ vàng," Nils Messling cho biết trong một thông cáo báo chí. Đồng nghiệp của ông, Matthias Willbold, cho biết: "Những phát hiện của chúng tôi không chỉ cho thấy lõi Trái đất không bị cô lập như trước đây chúng ta vẫn nghĩ mà còn cho thấy khối lượng khổng lồ vật liệu lớp phủ siêu nóng - hàng trăm triệu tỷ tấn đá - có nguồn gốc từ ranh giới lõi-lớp phủ và dâng lên bề mặt Trái đất để hình thành nên các đảo đại dương như Hawaii". Điều này không có nghĩa là có những trữ lượng vàng khổng lồ chưa được biết đến đang chờ được khai thác. Mặt khác, những kết quả này có thể buộc các nhà địa chất phải xem xét lại toàn bộ một phần lịch sử Trái đất và chắc chắn sẽ thúc đẩy các công trình khác cũng có thể dẫn đến những khám phá mới hấp dẫn."Liệu những quá trình mà chúng ta quan sát ngày nay có diễn ra trong quá khứ không? Điều này vẫn chưa được chứng minh. Nhưng những phát hiện của chúng tôi mở ra một góc nhìn hoàn toàn mới về sự tiến hóa của động lực bên trong hành tinh của chúng ta", Willbold kết luận.
Văn bản của nghiên cứu có sẵn tại đây.
