Đã hơn một thập kỷ trôi qua kể từ khi các nhà khoa học phát hiện rằng Yellowstone chứa một lượng lớn khí heli, nhưng vẫn còn câu hỏi liệu heli này có thể được khai thác thành giải quyết tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng. Hiện nay, một nghiên cứu mới về các loại đá cổ đại bên dưới Công viên quốc gia Yellowstone và hai khu vực khác đang tiến gần hơn đến việc cung cấp câu trả lời.
Nghiên cứu được công bố vào ngày 5 tháng 4 trên tạp chí International Geology Review, tập trung vào các khu vực được biết là có luồng khí heli tương đối cô đặc mà không phát thải khí mêtan đi kèm, đây là một loại khí khí nhà kính. Heli được sản xuất hầu như chỉ như một sản phẩm phụ của khí tự nhiên (mêtan), vì các mỏ khí tự nhiên giữ lại heli — nhưng các nhà khoa học đang tìm kiếm các nguồn xanh hơn để hạn chế sự nóng lên toàn cầu.
"Chúng tôi đã phải đau đầu để tìm ra heli không có trong nhiên liệu hóa thạch", tác giả chính Ernest Mulaya, một nhà địa chất cấu trúc và giảng viên tại Đại học Dar es Salaam ở Tanzania, đã nói với Live Science.
Một bước đột phá lớn đã diễn ra vào năm 2016, khi các nhà địa chất phát hiện ra lượng dự trữ khổng lồ của heli như vậy gần Hồ Rukwa ở khu vực Thung lũng tách giãn lớn của Tanzania. Một năm sau, các nhà nghiên cứu đã thiết lập các điều kiện địa chất quan trọng để sản xuất heli "không có carbon", Mulaya cho biết.
Liên quan: Các trữ lượng khổng lồ của hydro 'vàng' có thể Bản đồ đầu tiên thuộc loại này tiết lộ rằng có một thứ gì đó đang ẩn núp bên dưới ít nhất 30 tiểu bang của Hoa Kỳ
Nghiên cứu mới đã xem xét ba địa điểm — Yellowstone ở Hoa Kỳ, Bakreswar-Tantloi ở miền đông Ấn Độ và Rukwa Rift ở tây nam Tanzania — đáp ứng hầu hết các điều kiện này. Đáng chú ý là các địa điểm này có hoạt động địa nhiệt, nghĩa là chúng nằm ở những nơi mà nhiệt từ phần bên trong Trái Đất dâng lên bề mặt, tạo thành các dạng địa chất như mạch nước phun và suối nước nóng.
Gluyas cho biết: "Nếu nhiệt độ tăng lên trên nhiệt độ đóng của một loại khoáng chất cụ thể, thì heli sẽ được giải phóng".
Ông cho biết, heli sau đó đi vào chất lỏng — nước hoặc nước muối — chảy trong khoảng không giữa các tảng đá, cuối cùng tạo thành một loại khí có thể di chuyển xuống lòng đất và bốc lên bề mặt Trái đất. Ở một số nơi — chẳng hạn như gần Babbitt, Minnesota — lớp vỏ Trái đất hình thành một lớp niêm phong giữ heli trong các đứt gãy giữa các loại đá, do đó tạo thành các khối khí tích tụ lớn.
Những khối khí tích tụ này cực kỳ có giá trị vì chúng có thể giúp giảm bớt tình trạng thiếu heli trên toàn thế giới. Heli là thành phần làm mát quan trọng trong tên lửa, lò phản ứng hạt nhân, siêu dẫn và thiết bị chẩn đoán y tế, nhưng các nhà cung cấp có thể sớm gặp khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng.
Hóa ra, Yellowstone và tỉnh Bakreswar-Tantloi cũng nằm trên những tảng đá cổ xưa sản xuất heli. Theo nghiên cứu mới, Yellowstone bắt nguồn từ Wyoming Craton, nơi chứa các loại đá có niên đại 3,5 tỷ năm và các đứt gãy ở rìa miệng núi lửa có khả năng tạo thành các đường dẫn cho một lượng lớn heli.
Nhưng Gluyas cho biết không có khả năng có một bể chứa kín bên dưới Yellowstone. Thay vào đó, công viên quốc gia này hình thành một hệ thống đường ống để khí heli thoát ra ngoài khí quyển: Hàng năm, khoảng 66 tấn (60 tấn mét) heli rò rỉ ra ngoài qua các suối nước nóng và lỗ thông hơi, các nhà khoa học tiết lộ vào năm 2014.
Tuy nhiên, Gluyas cho biết "không phải bạn có thể phủ một chiếc túi khổng lồ lên toàn bộ khu vực và hứng được nó".
Các bài viết liên quan:
— Bằng chứng về Hành tinh 9 gây tranh cãi được phát hiện trong các cuộc khảo sát bầu trời được thực hiện cách nhau 23 năm
— NASA và General Atomics thử nghiệm nhiên liệu hạt nhân cho các sứ mệnh lên mặt trăng và sao Hỏa trong tương lai
— Quân đội Hoa Kỳ muốn trình diễn các hệ thống năng lượng hạt nhân mới trong không gian vào năm 2027
Nhưng heli từ Wyoming Craton có thể được lưu trữ trong các hồ chứa ở nơi khác. Gluyas cho biết: "Có thể có những khu vực ngoại vi Yellowstone nơi heli bị mắc kẹt sau khi được giải phóng".
Điểm chính rút ra từ nghiên cứu mới là "có những điều kiện vô cùng hứa hẹn ở cả ba địa điểm", Mulaya cho biết, "vì vậy, điều này khuyến khích chúng tôi khám phá sâu hơn nữa".
Kết quả từ một địa điểm khoan heli gần Babbitt cho thấy rằng có thể sản xuất heli không có carbon và nồng độ heli trong khí được chiết xuất có thể cực kỳ cao.
"Heli có tương lai đầy hứa hẹn để bù đắp cho tình trạng thiếu hụt mà chúng ta đang phải đối mặt hiện nay", Mulaya cho biết.
Nghiên cứu được công bố vào ngày 5 tháng 4 trên tạp chí International Geology Review, tập trung vào các khu vực được biết là có luồng khí heli tương đối cô đặc mà không phát thải khí mêtan đi kèm, đây là một loại khí khí nhà kính. Heli được sản xuất hầu như chỉ như một sản phẩm phụ của khí tự nhiên (mêtan), vì các mỏ khí tự nhiên giữ lại heli — nhưng các nhà khoa học đang tìm kiếm các nguồn xanh hơn để hạn chế sự nóng lên toàn cầu.
"Chúng tôi đã phải đau đầu để tìm ra heli không có trong nhiên liệu hóa thạch", tác giả chính Ernest Mulaya, một nhà địa chất cấu trúc và giảng viên tại Đại học Dar es Salaam ở Tanzania, đã nói với Live Science.
Một bước đột phá lớn đã diễn ra vào năm 2016, khi các nhà địa chất phát hiện ra lượng dự trữ khổng lồ của heli như vậy gần Hồ Rukwa ở khu vực Thung lũng tách giãn lớn của Tanzania. Một năm sau, các nhà nghiên cứu đã thiết lập các điều kiện địa chất quan trọng để sản xuất heli "không có carbon", Mulaya cho biết.
Liên quan: Các trữ lượng khổng lồ của hydro 'vàng' có thể Bản đồ đầu tiên thuộc loại này tiết lộ rằng có một thứ gì đó đang ẩn núp bên dưới ít nhất 30 tiểu bang của Hoa Kỳ
Nghiên cứu mới đã xem xét ba địa điểm — Yellowstone ở Hoa Kỳ, Bakreswar-Tantloi ở miền đông Ấn Độ và Rukwa Rift ở tây nam Tanzania — đáp ứng hầu hết các điều kiện này. Đáng chú ý là các địa điểm này có hoạt động địa nhiệt, nghĩa là chúng nằm ở những nơi mà nhiệt từ phần bên trong Trái Đất dâng lên bề mặt, tạo thành các dạng địa chất như mạch nước phun và suối nước nóng.
Nhiệt giải phóng
Nhiệt địa nhiệt là cần thiết để sản xuất heli không chứa carbon, vì nó giải phóng các nguyên tử heli từ đá ở độ sâu. Heli là kết quả của quá trình phân rã urani và thori, mất hàng tỷ năm, đồng tác giả nghiên cứu Jon Gluyas, giáo sư về địa năng lượng, thu giữ và lưu trữ carbon tại Đại học Durham ở Vương quốc Anh, đã trả lời Live Science qua email. Các nguyên tử vẫn bị mắc kẹt bên trong các tinh thể trong đá, trừ khi những tinh thể đó tiếp xúc với nhiệt độ cao.Gluyas cho biết: "Nếu nhiệt độ tăng lên trên nhiệt độ đóng của một loại khoáng chất cụ thể, thì heli sẽ được giải phóng".
Ông cho biết, heli sau đó đi vào chất lỏng — nước hoặc nước muối — chảy trong khoảng không giữa các tảng đá, cuối cùng tạo thành một loại khí có thể di chuyển xuống lòng đất và bốc lên bề mặt Trái đất. Ở một số nơi — chẳng hạn như gần Babbitt, Minnesota — lớp vỏ Trái đất hình thành một lớp niêm phong giữ heli trong các đứt gãy giữa các loại đá, do đó tạo thành các khối khí tích tụ lớn.
Những khối khí tích tụ này cực kỳ có giá trị vì chúng có thể giúp giảm bớt tình trạng thiếu heli trên toàn thế giới. Heli là thành phần làm mát quan trọng trong tên lửa, lò phản ứng hạt nhân, siêu dẫn và thiết bị chẩn đoán y tế, nhưng các nhà cung cấp có thể sớm gặp khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng.
Rễ cổ đại
Mulaya cho biết, việc phát hiện ra heli ở Tanzania đã khơi dậy hy vọng rằng các điều kiện địa chất tương tự ở những nơi khác cũng có thể chứa các kho dự trữ heli không chứa carbon. Ngoài hoạt động địa nhiệt, Rukwa Rift còn nằm trên những tảng đá có tuổi đời hàng tỷ năm và giàu urani và thori, nghĩa là heli đã có đủ thời gian để hình thành.Hóa ra, Yellowstone và tỉnh Bakreswar-Tantloi cũng nằm trên những tảng đá cổ xưa sản xuất heli. Theo nghiên cứu mới, Yellowstone bắt nguồn từ Wyoming Craton, nơi chứa các loại đá có niên đại 3,5 tỷ năm và các đứt gãy ở rìa miệng núi lửa có khả năng tạo thành các đường dẫn cho một lượng lớn heli.
Nhưng Gluyas cho biết không có khả năng có một bể chứa kín bên dưới Yellowstone. Thay vào đó, công viên quốc gia này hình thành một hệ thống đường ống để khí heli thoát ra ngoài khí quyển: Hàng năm, khoảng 66 tấn (60 tấn mét) heli rò rỉ ra ngoài qua các suối nước nóng và lỗ thông hơi, các nhà khoa học tiết lộ vào năm 2014.
Tuy nhiên, Gluyas cho biết "không phải bạn có thể phủ một chiếc túi khổng lồ lên toàn bộ khu vực và hứng được nó".
Các bài viết liên quan:
— Bằng chứng về Hành tinh 9 gây tranh cãi được phát hiện trong các cuộc khảo sát bầu trời được thực hiện cách nhau 23 năm
— NASA và General Atomics thử nghiệm nhiên liệu hạt nhân cho các sứ mệnh lên mặt trăng và sao Hỏa trong tương lai
— Quân đội Hoa Kỳ muốn trình diễn các hệ thống năng lượng hạt nhân mới trong không gian vào năm 2027
Nhưng heli từ Wyoming Craton có thể được lưu trữ trong các hồ chứa ở nơi khác. Gluyas cho biết: "Có thể có những khu vực ngoại vi Yellowstone nơi heli bị mắc kẹt sau khi được giải phóng".
Điểm chính rút ra từ nghiên cứu mới là "có những điều kiện vô cùng hứa hẹn ở cả ba địa điểm", Mulaya cho biết, "vì vậy, điều này khuyến khích chúng tôi khám phá sâu hơn nữa".
Kết quả từ một địa điểm khoan heli gần Babbitt cho thấy rằng có thể sản xuất heli không có carbon và nồng độ heli trong khí được chiết xuất có thể cực kỳ cao.
"Heli có tương lai đầy hứa hẹn để bù đắp cho tình trạng thiếu hụt mà chúng ta đang phải đối mặt hiện nay", Mulaya cho biết.