Chúng ta nên tìm kiếm kim loại mới quan trọng cho công nghệ năng lượng xanh ở đâu? Núi lửa có thể chỉ đường
Brenainn Simpson, Carl Spandler và Teresa Ubide
Ảnh ghép của các cụm khoáng chất chứa clinopyroxene được lấy mẫu từ Karingle Trachyte trong Benolong Volcanic Suite. Nguồn: Communications Earth & Environment (2025). DOI: 10.1038/s43247-025-02040-7
Cách Sydney khoảng 400 km về phía tây bắc, ngay phía nam Dubbo, có một khối đá lớn và thú vị được hình thành cách đây khoảng 215 triệu năm do núi lửa phun trào.
Được gọi là mỏ Toongi, địa điểm này rất giàu cái gọi là đất hiếm: một bộ sưu tập gồm 16 nguyên tố kim loại thiết yếu cho các công nghệ hiện đại từ ô tô điện đến tấm pin mặt trời và điện thoại di động.
Những nỗ lực đang được tiến hành để khai thác mỏ này, nhưng nhu cầu về đất hiếm trong những thập kỷ tới có thể sẽ rất lớn.
Để tìm thêm, chúng ta cần hiểu cách thức và lý do tại sao các mỏ này hình thành. Nghiên cứu mới nhất của chúng tôi về núi lửa Úc, được công bố trên tạp chí Communications Earth and Environment, cho thấy cách các tinh thể nhỏ hình thành bên trong núi lửa cung cấp manh mối về sự hình thành các mỏ đất hiếm—và cách chúng ta có thể tìm thấy nhiều hơn nữa.
Đất hiếm và lớp manti tan chảy
Sự hình thành các mỏ nguyên tố đất hiếm bắt đầu bằng sự tan chảy một phần của lớp manti nằm sâu bên dưới lớp vỏ Trái đất.
Lớp manti của Trái đất chủ yếu là các khoáng chất giàu sắt và magiê. Các khoáng chất này cũng chứa một lượng nhỏ các nguyên tố khác, bao gồm các nguyên tố đất hiếm.
Khi lớp manti tan chảy để tạo thành magma, các nguyên tố đất hiếm dễ dàng di chuyển vào magma. Nếu lượng tan chảy nhỏ, magma có tỷ lệ nguyên tố đất hiếm cao hơn so với khi lượng tan chảy lớn—ví dụ, tại một dãy núi giữa đại dương, nơi lượng lớn magma tràn lên bề mặt và hình thành lớp vỏ đại dương mới.
Khi magma này di chuyển về phía bề mặt Trái đất, nó nguội đi và các khoáng chất mới bắt đầu hình thành. Các khoáng chất này chủ yếu bao gồm oxy, silic, canxi, nhôm, magiê và sắt.
Điều này có nghĩa là magma còn lại chứa nồng độ nguyên tố đất hiếm cao hơn. Chất lỏng còn lại này sẽ tiếp tục đi lên qua lớp vỏ cho đến khi đông đặc hoặc phun trào trên bề mặt.
Từ Greenland đến miền trung New South Wales
Nếu magma nguội đi và kết tinh trong lớp vỏ, nó có thể hình thành đá chứa hàm lượng kim loại quan trọng cao. Một nơi xảy ra hiện tượng này là Phức hợp Gardar Igneous ở Nam Greenland, nơi chứa một số mỏ nguyên tố đất hiếm.
Ở miền trung New South Wales tại Úc, magma giàu nguyên tố đất hiếm phun trào trên bề mặt. Chúng được gọi chung là Benolong Volcanic Suite.
Trong bộ này là mỏ Toongi—một phần của hệ thống ống dẫn núi lửa cổ đại. Đây là "sự xâm nhập" của magma đông đặc chứa hàm lượng kim loại quan trọng rất cao.
Magma giàu các nguyên tố đất hiếm rất hiếm, và những loại đủ giàu để khai thác có hiệu quả còn hiếm hơn nữa, chỉ có một vài ví dụ được biết đến trên toàn thế giới. Ngay cả với tất cả những gì chúng ta biết về cách magma hình thành, vẫn còn nhiều việc phải làm để hiểu rõ hơn và dự đoán nơi có thể tìm thấy magma giàu kim loại quan trọng.
Tinh thể ghi lại lịch sử núi lửa
Bạn có thể tự hỏi làm thế nào các nhà khoa học biết nhiều về những gì xảy ra ở độ sâu hàng km (đôi khi là hàng chục km) dưới chân chúng ta. Chúng ta học được rất nhiều điều về bên trong Trái đất thông qua việc nghiên cứu các loại đá di chuyển lên bề mặt.
Các quá trình xảy ra trong magma khi nó phun lên từ bên trong Trái đất để lại manh mối về thành phần hóa học của các khoáng chất kết tinh trên đường đi. Một loại khoáng chất cụ thể—clinopyroxene—đặc biệt hiệu quả trong việc bảo tồn những manh mối này, giống như một quả cầu pha lê nhỏ.
May mắn thay, có những tinh thể clinopyroxene trong nhiều loại đá ở Benolong Volcanic Suite. Điều này cho phép chúng tôi kiểm tra lịch sử của các loại đá không khoáng hóa và so sánh với sự xâm nhập Toongi khoáng hóa.
