Đất hiếm, hay các nguyên tố đất hiếm, đang trở thành một trong những tài nguyên được săn đón nhất trên thế giới. Những nguyên tố này đóng vai trò thiết yếu trong nhiều ngành công nghiệp hiện đại.
Chúng được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất động cơ điện, thiết bị hình ảnh y tế và chẩn đoán, tinh chế dầu khí, cũng như chế tạo màn hình máy tính và điện thoại thông minh.
Với tổng cộng 17 nguyên tố đất hiếm, mỗi loại đều sở hữu những công dụng quan trọng, không thể thay thế.
Gần đây, đất hiếm liên tục xuất hiện trên các mặt báo khi Trung Quốc quyết định ngừng xuất khẩu loại tài nguyên này sang Mỹ để đáp trả các biện pháp thuế quan mà Washington áp đặt.
Đồng thời, một thỏa thuận mới được ký kết đã mở ra cơ hội cho Mỹ tiếp cận nguồn đất hiếm cùng các khoáng sản khác tại Ukraine, làm dấy lên nhiều chú ý trong dư luận quốc tế.
Tài nguyên không hiếm, nhưng khó khai thác
Thực tế, các nguyên tố đất hiếm không hề khan hiếm trong tự nhiên. Tuy nhiên, điều khiến chúng trở nên đặc biệt là việc hiếm khi tìm thấy chúng ở dạng khoáng sản tập trung với giá trị kinh tế cao.
Khi được cô đặc thành khoáng sản, những mỏ đất hiếm này thường phân bố rải rác tại nhiều khu vực biệt lập trên khắp thế giới.
Đặc biệt, các mỏ này thường nằm ở những vị trí khó tiếp cận gần bề mặt. Chính đặc điểm này đã ảnh hưởng lớn đến việc xác định quốc gia nào có khả năng khai thác và kiểm soát thị trường đất hiếm.
Hồi cuối những năm 1990 và đầu những năm 2000, Trung Quốc đã tận dụng mỏ đất hiếm Bayan Obo để tăng cường sản xuất. Sản lượng lớn từ mỏ này đã tràn ngập thị trường toàn cầu, đẩy giá đất hiếm xuống thấp.
Hệ quả là nhiều mỏ khai thác khác trên thế giới, bao gồm cả ở Mỹ, không thể cạnh tranh và buộc phải đóng cửa.
Giáo sư Jill VanTongeren, Chủ tịch Khoa Địa chất và Khí hậu tại Đại học Tufts, nhận định: “Điều này khiến nhiều quốc gia rơi vào tình thế phụ thuộc vào Trung Quốc như nguồn cung cấp chính các nguyên tố đất hiếm”.
Hành trình địa chất và ý nghĩa địa chính trị
Theo giáo sư VanTongeren, các khoáng sản đất hiếm mang trong mình một lịch sử địa chất kéo dài hàng tỷ năm, lý giải cho sự phân bố rải rác và mối liên hệ chặt chẽ với địa chính trị. Bà cho biết:
“Bề mặt Trái Đất không ngừng biến đổi. Các khối đất di chuyển khắp thế giới qua hàng triệu, thậm chí hàng tỷ năm”.
Hầu hết chúng ta đều quen thuộc với khái niệm Pangea - siêu lục địa hình thành cách đây khoảng 300 triệu năm. Từ Pangea, bảy lục địa hiện nay đã tách rời để tạo nên bố cục địa lý như ngày nay.
Tuy nhiên, giáo sư VanTongeren nhấn mạnh rằng Pangea chỉ là siêu lục địa gần đây nhất. Trong lịch sử Trái Đất, đã có ít nhất năm chu kỳ siêu lục địa lớn.
Đây là những giai đoạn mà các lục địa hợp nhất, rồi sau đó lại phân tách thành nhiều mảnh khác nhau, với chu kỳ ước tính khoảng 500 triệu năm một lần.
Khi các lục địa dịch chuyển ra xa nhau, những khe nứt hình thành tại các điểm mà các mảng kiến tạo tách rời. Trong giai đoạn đầu của quá trình rạn nứt lục địa, magma sinh ra thường chứa nồng độ cao các nguyên tố đất hiếm.
Sau đó, magma này đông đặc và kết tinh, tạo nên các mỏ đất hiếm. Giáo sư Van Tongeren ví von: “Khi các tảng đá bị đẩy ra xa, chúng giải nén và gây ra sự tan chảy. Quá trình này giống như khi bạn mở nắp một chai soda, các bọt khí sẽ nổi lên bề mặt”.
Những dòng magma ban đầu này chứa đựng lượng lớn nhất các nguyên tố đất hiếm cùng nhiều nguyên tố không tương thích khác. Chúng xâm nhập vào lớp vỏ Trái Đất, hoặc phun trào tại các trung tâm núi lửa, hoặc đông đặc ở độ sâu bên dưới.
Thách thức trong khai thác và phân bố
Một số mỏ magma có thể trồi lên bề mặt, nhưng phần lớn lại bị tái chế trở lại lớp mantle qua thời gian địa chất. Ngoài ra, nhiều mỏ khác nằm ở độ sâu mà công nghệ khai thác hiện tại chưa thể với tới.
Kết quả là chỉ còn lại một số lượng hạn chế các mỏ đất hiếm đã được phát hiện và khả thi để khai thác. Hiện tại, gần 70% lượng đất hiếm khai thác trên thế giới đến từ mỏ Bayan Obo ở trung tâm Trung Quốc.
Trong khi đó, các mỏ nhỏ hơn như mỏ Mountain Pass ở đông nam California của Mỹ và một vài quốc gia khác chỉ đóng góp một phần khiêm tốn.
Nhận thức được sự phụ thuộc quá lớn vào Trung Quốc có thể gây ra những rủi ro cho an ninh quốc gia, Mỹ đã bắt tay vào việc tái thiết lập chuỗi cung ứng nội địa.
Chính phủ nước này đã đầu tư thông qua Đạo luật Cơ sở hạ tầng và Việc làm năm 2021 cùng sự hỗ trợ từ Bộ Quốc phòng để đưa mỏ Mountain Pass hoạt động trở lại.
Tuy nhiên, quá trình này đòi hỏi thời gian dài, có thể kéo dài tới 10 năm. Trong khi đó, các mỏ đất hiếm tại Ukraine được kỳ vọng sẽ bổ sung đáng kể cho thị trường. Dù vậy, nồng độ, chất lượng và tính khả thi kinh tế của chúng vẫn là một dấu hỏi lớn.
Đất hiếm và tương lai năng lượng xanh
Giáo sư VanTongeren nhận định:
“Trong suốt chiều dài lịch sử, các ranh giới chính trị và khát vọng tiếp cận nguồn tài nguyên khoáng sản luôn là nguyên nhân dẫn đến các cuộc xung đột kinh tế và quân sự. Xu hướng này có thể sẽ tiếp diễn khi thế giới chuyển đổi sang năng lượng xanh và ngày càng phụ thuộc nhiều hơn vào các nguyên tố đất hiếm”.
Việc tìm kiếm các nguồn khoáng sản không bị cuốn vào lằn ranh xung đột là một phần quan trọng trong nghiên cứu của bà VanTongeren.
Hành trình ấy đã đưa giáo sư VanTongeren đến nhiều nơi trên thế giới, từ một con tàu ngoài khơi Nam Cực, các mỏ bạch kim ở Nam Phi, dãy núi High Atlas ở Maroc, cho đến một mỏ lithium mới được phát hiện tại bang Maine, Mỹ.
Bà VanTongeren chia sẻ: “Đây là một lĩnh vực nghiên cứu đầy cuốn hút bởi nó là điểm giao thoa giữa khoa học, kinh tế và chính trị.”
Kho báu dưới lòng đất tại Đại học Tufts
Tại Đại học Tufts, một bộ sưu tập khoáng sản độc đáo mang tên P.T. Barnum đang được lưu giữ ở tầng hầm của Lane Hall, thuộc khuôn viên Medford/Somerville.
Bộ sưu tập này bao gồm hàng ngàn mẫu vật đẹp mắt và hiếm có, trong đó nhiều mẫu do chính P.T. Barnum thu thập từ những chuyến đi vòng quanh thế giới của ông.
Giáo sư VanTongeren giải thích:
“Vào cuối thế kỷ 19, việc sở hữu các bộ sưu tập lịch sử tự nhiên trở thành một xu hướng thời thượng đối với nhiều nhân vật nổi bật. P.T. Barnum là một trong những nhà sưu tập lớn nhất thời bấy giờ. Bộ sưu tập động vật, thực vật và khoáng sản của ông là một trong những món quà đầu tiên dành cho Đại học Tufts, đồng thời là một phần của khoản tài trợ để biến Tufts thành một bảo tàng lịch sử tự nhiên hàng đầu tại Mỹ.”
Sau vụ cháy Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Barnum vào năm 1975, bộ sưu tập đã được chuyển đến Lane Hall và không ngừng được mở rộng qua các năm, bao gồm cả những mẫu vật từ nghiên cứu thực địa của giáo sư VanTongeren.
Dự kiến vào mùa hè này, bộ sưu tập sẽ được di dời đến Bacon Hall mới được cải tạo – nơi sẽ trở thành trụ sở của Khoa Địa chất và Khí hậu.
Tầm nhìn khơi nguồn cảm hứng
Giáo sư Van Tongeren bày tỏ khát vọng của mình: “Tôi mong muốn xây dựng một phòng trưng bày khoáng sản với các triển lãm thường trực, đồng thời tổ chức những triển lãm tạm thời mỗi học kỳ".
"Những triển lãm này sẽ làm nổi bật các khoáng sản quan trọng đối với công nghệ, gắn liền với các nghiên cứu tại đại học, hoặc phản ánh các sự kiện toàn cầu. Qua đó, tôi hy vọng có thể tái hiện tầm nhìn của P.T. Barnum, mang vẻ đẹp và sự trân trọng đối với thế giới tự nhiên trở lại khuôn viên trường”.
