Phát hiện loại "pin trong đá" ở độ sâu 4,000 m dưới biển, mở ra chìa khóa cho nguồn năng lượng mới

[trungthuc]

Giới khoa học đã phát hiện ra những khối đá này với số lượng có thể lên đến hàng ngàn tỷ, bên trong có chứa hàm lượng cao các kim loại như nickel, manganese, đồng, kẽm và cobalt.

(Ảnh minh họa)

Nằm giữa quần đảo Hawaii và bờ Tây Mexico là khu vực được gọi là Clarion–Clipperton (Clarion-Clipperton Zone–CCZ) của Thái Bình Dương, một vùng đồng bằng nằm ở biển sâu rộng khoảng 4,5 triệu km², được bao bọc bởi các đới đứt gãy Clarion và Clipperton. Dù khu vực biển sâu này là một hệ thống sinh thái sống động với nhiều dạng sinh vật biển, CCZ lại được biết đến nhiều nhất nhờ nguồn trữ lượng khổng lồ những khối đá có kích cỡ củ khoai tây gọi là các "kết hạch đa kim" (polymetallic nodules).

Những khối đá này với số lượng có thể lên tới hàng ngàn tỷ, có chứa hàm lượng cao các kim loại như nickel, manganese, đồng, kẽm và cobalt. Đây đều là những kim loại then chốt để sản xuất ra pin phục vụ cho tương lai năng lượng xanh, khiến cho một số công ty khai thác khoáng sản gọi các nốt đa kim này là "pin trong đá".

Tuy nhiên, một cuộc nghiên cứu mới cho thấy các kết hạch đa kim có thể không chỉ đơn thuần là nguồn tài nguyên quý giá cho xe điện. Chúng còn có khả năng tạo ra ôxy ở độ sâu khoảng 4,000 m dưới mặt biển, nơi mà ánh sáng Mặt Trời hoàn toàn không thể xuyên thấu đến.

Nguồn ôxy bất ngờ này, còn được gọi là "ôxy trong bóng tối", đang buộc giới khoa học phải nhìn nhận và đánh giá lại vai trò của các kết hạch đa kim trong khu vực CCZ. Sự phát hiện này không chỉ có thể làm thay đổi cách thức mà nhân loại nắm hiểu về nguồn gốc của sự sống trên Trái Đất, mà còn mở ra những giả thuyết mới về khả năng sự sống đã từng hình thành trên các thế giới khác trong Thái Dương Hệ, như các Mặt trăng Enceladus hay Europa. Kết quả từ cuộc nghiên cứu này đã được cho công bố trên tạp chí Nature Geoscience.

"Để cho sự sống hiếu khí xuất hiện trên Trái Đất, phải có ôxy, và từ trước đến nay chúng ta vẫn tin rằng nguồn ôxy này được bắt đầu từ các sinh vật quang hợp", ông Andrew Sweetman, chuyên gia về sinh thái học biển sâu thuộc Hiệp hội Khoa học Biển ở Scotland và là tác giả chính của cuộc nghiên cứu, cho biết trong một thông cáo báo chí. "Nhưng giờ đây chúng ta được biết rằng, ôxy cũng được tạo ra ở đáy biển sâu, nơi mà không hề có ánh sáng. Điều đó buộc chúng ta phải xem xét lại những câu hỏi như: sự sống hiếu khí có thể đã bắt đầu ở đâu?".

Hành trình dẫn đến sự khám phá này đã bắt đầu từ hơn một thập kỷ trước, khi ông Sweetman cho nghiên cứu sự suy giảm nồng độ ôxy theo độ sâu của đại dương. Vì vậy, vào năm 2013, ông đã rất ngạc nhiên khi các cảm biến ghi nhận mức ôxy tăng lên ở khu vực CCZ nói trên. Khi đó, ông cho rằng số liệu này xuất phát từ lỗi của thiết bị đo đạc. Tuy nhiên, các cuộc nghiên cứu sau đó cho thấy vùng đồng bằng biển sâu này thực sự đang tạo ra ôxy theo một phương cách nào đó.

Lấy cảm hứng từ cách các công ty khai thác khoáng chất gọi nốt đa kim là "pin trong đá", ông Sweetman đặt câu hỏi, liệu rằng các khoáng chất trong những khối đá này có hoạt động như một dạng "pin địa chất", cho tách hydro và ôxy thông qua quá trình điện phân nước biển hay không.

Một cuộc nghiên cứu vào năm 2023 cũng cho thấy, nhiều loại vi khuẩn và vi sinh vật cổ có thể tạo ra "ôxy trong bóng tối". Vì vậy, ông Sweetman và nhóm nghiên cứu đã cho tái tạo lại các điều kiện của CCZ trong phòng thí nghiệm, đồng thời tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật với thủy ngân clorua. Điều gây sốc là nồng độ ôxy vẫn tiếp tục tăng lên.

Theo Scientific American, nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra mức điện áp khoảng 0,95 volt trên bề mặt các nốt đa kim. Điện áp này có nhiều khả năng được tích tụ trong quá trình các lớp khoáng chất khác nhau phát sinh ra không đồng đều theo thời gian, và mức điện áp tự nhiên đó đủ để cho tách nước biển thành hydro và ôxy.

Phát hiện này càng làm nóng thêm cuộc tranh luận vốn đã gay gắt chung quanh việc khai thác các nốt đa kim. Những công ty như The Metals Company, nơi mà giám đốc điều hành là người đã đặt ra thuật ngữ "pin trong đá" xem đây là lời giải cho bài toán về năng lượng trên toàn cầu. Trong khi đó, 25 quốc gia kêu gọi Hội đồng Cơ quan Đáy biển Quốc tế (ISA) cho áp đặt lệnh trì hoãn khai thác, hoặc ít nhất là một giai đoạn cho tạm dừng thận trọng, nhằm có thêm thời gian để nghiên cứu các tác động của việc khai thác các nốt này đối với đại dương.

Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh các đại dương trên thế giới đang phải đối mặt với hàng loạt thách thức về khí hậu như axit hóa, suy giảm ôxy và ô nhiễm chất thải trầm trọng.

Bình luận về khám phá nói trên, bà Lisa Levin thuộc Viện Hải dương học Scripps – người không tham gia cuộc nghiên cứu – nhấn mạnh đến tầm mức quan trọng của việc tạm dừng khai thác, trong bản phát biểu với Liên minh Bảo tồn Biển Sâu:

"Đây là một ví dụ điển hình cho thấy đại dương sâu vẫn là một 'biên giới' chưa được khám phá của hành tinh chúng ta. Vẫn còn những quá trình hoàn toàn mới có thể thách thức kiến thức hiểu biết hiện tại về sự sống trong đại dương. Việc các nốt đa kim tạo ra ôxy ngay tại đáy biển là một chức năng hệ thống sinh thái mới cần được cân nhắc khi đánh giá tác động của việc khai thác ở biển sâu. Những sự phát hiện này cho thấy tầm mức quan trọng của việc thúc đẩy các cuộc nghiên cứu khoa học biển sâu độc lập trên phạm vi toàn cầu, nhằm làm cơ sở cho các chính sách quản lý đại dương sâu".

Hiện nay, ISA vẫn đang tiếp tục đàm phán với các bên liên quan về khung quy định đối với việc khai thác biển sâu.

Trong bối cảnh tương lai của các đại dương đang đứng trước ngã rẽ giữa vấn đề bảo tồn và khai thác, khoa học một lần nữa chứng minh rằng việc làm phá vỡ những hệ thống sinh thái này có thể dẫn đến những hậu quả mà con người thậm chí chưa thể hình dung ra hết.