Sâu hơn 3000m dưới biển, có "kho báu thực sự" cho loài người: Chỉ một đại dương đã chứa 1.700 tỷ tấn

"Kho báu" này tồn tại trên một vùng rộng 300 triệu km vuông, chiếm khoảng 60% bề mặt toàn cầu.

Tài nguyên quý giá trong lòng đại dương

Kho báu theo đúng nghĩa đen đó chính là Nốt Mangan (Manganese nodules), còn gọi là các nốt đa kim loại - là những khối khoáng sản giàu mangan, niken, coban và đồng, nằm rải rác trên đáy đại dương ở độ sâu hàng ngàn mét.

Theo dữ liệu của Trung tâm Nghiên cứu Đại Dương GEOMAR Helmholtz (Đức), những cục kim loại có vẻ ngoài xù xì, nằm gần nhau trên diện tích hàng nghìn km vuông chính là nguồn nguyên liệu thô tiềm năng quan trọng bậc nhất trong thế giới hiện đại, vì chúng chứa một lượng lớn một số kim loại hơn mức hiện được biết đến và khai thác trên đất liền.

Cuối năm 2024, MDPI (Viện Xuất bản Kỹ thuật số Đa ngành, trụ sở tại Thụy Sĩ) công bố những con số gây choáng về "kho báu" này: Chỉ riêng trữ lượng các nốt mangan ở vùng biển Thái Bình Dương có thể đạt tới 1.700 tỷ tấn. 

Trong đó hàm lượng kim loại mangan (Mn) là 400 tỷ tấn; hàm lượng kim loại niken (Ni) là 16,4 tỷ tấn; hàm lượng kim loại đồng (Cu) là 8,8 tỷ tấn; và hàm lượng kim loại coban (Co) là 5,8 tỷ tấn. Những trữ lượng này tương đương với hơn 400 lần trữ lượng mangan; hơn 1000 lần trữ lượng niken; 88 lần trữ lượng đồng; và hơn 5000 lần trữ lượng coban - trên cạn hiện tại.

Nhờ trữ lượng khổng lồ này, các nốt mangan có thể cung cấp đủ nguyên liệu thô cho các ngành công nghiệp năng lượng mới. Đây là sự bổ sung có lợi cho tình trạng thiếu hụt kim loại năng lượng trên đất liền. 

Đồng thời, nốt mangan có thể giúp con người ứng phó với biến đổi khí hậu và đạt được mục tiêu “đạt đỉnh carbon và trung hòa carbon” vào giữa thế kỷ này. Tuy nhiên, vì chỉ có ở Đồng bằng biển thẳm (sâu 3000-6000m) nên kho báu này vẫn đang "nằm chờ" con người khai thác.

4 mỏ nốt mangan khổng lồ trên Trái Đất

Nốt mangan xuất hiện ở nhiều vùng biển trên khắp đại dương Trái đất, ở độ sâu từ 3.000m đến 6.000m. Tuy nhiên, chỉ có 4 vùng có mật độ các nốt đủ lớn để khai thác công nghiệp. Bao gồm: 

1. Vùng nứt gãy Clarion-Clipperton (CCZ): Với diện tích khoảng 9 triệu km vuông, xấp xỉ kích thước của châu Âu, đây là khu vực nốt mangan lớn nhất thế giới. 

CCZ nằm ở Thái Bình Dương, kéo dài từ bờ biển phía tây của Mexico đến Hawaii. Các nốt sần không phân bố đều trên khu vực này mà tập trung dày đặc tại một vài địa điểm. 

Trung bình, 1 mét vuông trong Vùng nứt gãy Clarion-Clipperton chứa khoảng 15 kg nốt mangan. Các khu vực đặc biệt giàu có có thể có tới 75 kg. Tổng khối lượng của các nốt mangan ở đây được tính toán là khoảng 21 tỷ tấn.

Chỉ riêng các nốt mangan ở CCZ đã chứa lượng mangan nhiều hơn khoảng 10 lần so với các mỏ có thể khai thác kinh tế trên đất liền hiện nay. Lượng thalium trong CCZ thậm chí còn nhiều hơn 6000 lần so với các mỏ có thể khai thác kinh tế trên đất liền.

2. Lưu vực Peru: Vùng Peru nằm cách bờ biển Peru khoảng 3000 km. Nó rộng bằng khoảng một nửa Vùng Clarion-Clipperton. Khu vực này chứa trung bình 10 kg nốt mangan trên 1 mét vuông.

3. Lưu vực Penrhyn: Khu vực nốt mangan quan trọng thứ ba nằm ở Thái Bình Dương - Lưu vực Penrhyn, rất gần Quần đảo Cook, cách Úc vài nghìn km về phía Đông. 

Khu vực này nằm ở Nam Thái Bình Dương, có diện tích khoảng 750.000 km vuông. Các khu vực rộng lớn ở vùng nước ven biển Quần đảo Cook có nồng độ hơn 25 kg nốt sần mangan trên một mét vuông đáy biển.

Các nốt mangan tại Lưu vực Penrhyn chứa nhiều coban hơn các nốt tại Vùng nứt gãy Clarion-Clipperton, nhưng chứa ít niken, đồng và mangan hơn. Đổi lại, các nốt mangan ở Lưu vực Penrhyn lại giàu titan, tellurium, niobi, nguyên tố đất hiếm, yttrium, Bạch kim và zirconium hơn - tất cả đều là kim loại được sử dụng trong các ngành năng lượng sạch, công nghệ xanh hay công nghệ cao (điện tử).

4. Ấn Độ Dương: Cho đến nay chỉ có một khu vực lớn duy nhất của các nốt mangan được phát hiện ở đây, với diện tích tương đương với Lưu vực Penrhyn. Nó nằm ở trung tâm Ấn Độ Dương. Mỗi mét vuông đáy biển ở đây chứa khoảng 5 kg các nốt mangan.

Deepseamining nhận định, so với Vùng nứt gãy Clarion-Clipperton, mật độ các nốt manga tại Lưu vực Penrhyn cao hơn và thành phần phù hợp hơn với nhu cầu sử dụng công nghệ cao và công nghệ xanh của con người. Gần các đảo và diện tích khai thác tiềm năng lớn đồng nghĩa với việc Lưu vực Penrhyn là một trong những khu vực hứa hẹn nhất cho khai thác kho báu biển sâu.

 Bài toán khó trong khai thác "kho báu đại dương" 

Về mặt lý thuyết, nốt mangan có thể được thu hoạch từ đáy biển bằng các phương tiện dưới nước tương tự như máy gặt khoai tây. Tuy nhiên, việc nốt mangan chỉ hình thành ở độ sâu từ 3000m-6000m dưới mực nước biển lại cản trở rất nhiều nỗ lực khai thác mỏ kim loại này.

Viện Hải dương học Woods Hole (Mỹ) cho biết, cột nước đại dương được tạo thành từ 5 vùng với độ sâu lần lượt: Vùng ánh sáng mặt trời (0-200m), vùng hoàng hôn (200-1000m), vùng nửa đêm (1000-4000m), vùng biển sâu thẳm (3000-6000m); và vùng hadal (6000-11.000m).

Vùng biển sâu thẳm ở độ sâu 3000m-6000m (còn gọi là đồng bằng biển thẳm) đặc trưng bởi các điều kiện vô cùng khắc nghiệt như: Bóng tối vĩnh cửu vì ánh sáng mặt trời không thể xuyên tới; Áp suất cực cao (gấp 200-600 lần so với bề mặt); nhiệt độ gần như đóng băng, từ 0 đến 4 độ C; nước tại vùng biển này không có oxy phân tử.

Do đó, việc khai thác "kho báu" kim loại này gặp phải 2 vấn đề lớn. MDPI, NOAA phân tích 2 vấn đề này trong một nghiên cứu năm 2024.

Thứ nhất: Công nghệ để khai thác

MDPI cho biết, việc khai thác tài nguyên khoáng sản đáy biển từ độ sâu dưới hàng nghìn mét phải đối mặt với những thách thức kỹ thuật rất lớn. Nó liên quan đến các lĩnh vực đa ngành như thăm dò, khai thác, chế biến khoáng sản, luyện kim, sinh học, môi trường, máy móc, vật liệu và tự động hóa, đây là tập hợp các công nghệ tiên tiến. 

Do chi phí khai thác và bảo vệ môi trường biển, các nốt mangan vẫn chưa được khai thác và sử dụng trên quy mô lớn. 

Tuy nhiên, do nhận thức sớm hơn về tầm quan trọng của tài nguyên khoáng sản đáy biển, một số quốc gia và tổ chức đã làm chủ các công nghệ chính và khả năng sản xuất thiết bị cốt lõi để khai thác khoáng sản dưới biển sâu. 

Đơn cử, Công ty Kim loại (TMC) của Canada đã tiến hành thử nghiệm khai thác tại chỗ ở độ sâu 4300m trong Vùng Clarion–Clipperton (CCZ) vào tháng 10/2022 và thu thập được khoảng 3600 tấn các nốt mangan dưới biển sâu. Đồng thời, đánh giá môi trường tương ứng đang được tiến hành. 

TMC có kế hoạch đạt được mục tiêu khai thác thương mại các nốt mangan ở quy mô hàng chục triệu vào năm 2025, điều này có nghĩa là việc phát triển và sử dụng các nguồn tài nguyên khoáng sản biển sâu đã bước vào một giai đoạn mới.

Thứ hai: Tác động lớn đến môi trường, hệ sinh thái biển

Theo các nhà khoa học, vùng biển sâu thẳm (3000-6000m) là môi trường lớn nhất cho sự sống trên Trái Đất. Vùng này bao phủ 300 triệu km vuông, chiếm khoảng 60% bề mặt toàn cầu và 83% diện tích đại dương và biển. Bất chấp điều kiện khắc nghiệt, vùng biển sâu thẳm là nơi sinh sống của nhiều dạng sống độc đáo và thích nghi, bao gồm vi khuẩn tổng hợp hóa học, giun ống và nhiều loài động vật không xương sống và cá.

Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia Mỹ (NOAA) cho biết, khai thác biển sâu có thể gây ra những tác động đáng kể đến đáy biển và hệ sinh thái của nó. Việc khai thác các cục kim loại nhỏ này có thể dẫn đến việc hủy diệt sự sống và môi trường sống dưới đáy biển tại các khu vực khai thác, điều này đã được mô phỏng ở khu vực phía đông Thái Bình Dương.

Các xe thu gom cỡ xe ben sục sạo đáy biển để tìm trầm tích chứa cục, chắc chắn sẽ phá hủy phần trên cùng của đáy biển – ở độ sâu thường là hơn 3 km dưới bề mặt. Các nhà khoa học phát hiện ra rằng các xe thu gom có thể có tác động vật lý và sinh học lâu dài lên đáy biển và gây ra sự thay đổi của nhiều hệ sinh thái biển sâu mà các nhà khoa học vẫn đang tìm hiểu.

Các ước tính gần đây cho thấy rằng "các chức năng sinh địa hóa do vi khuẩn trung gian cần hơn 50 năm để trở lại trạng thái ban đầu sau khi bị xáo trộn. 

Ngoài ra, âm thanh từ máy móc tạo ra có thể gây ra thiệt hại trực tiếp cho động vật biển, vì nhiều loài trong số chúng sử dụng âm thanh làm phương thức giao tiếp chính. Tiếng ồn này cũng làm hạn chế khả năng phát hiện con mồi của chúng.

Ô nhiễm ánh sáng từ các thiết bị máy móc khai thác cũng là một yếu tố quan trọng khác gây ra tác động tiêu cực đến sinh vật biển. Ánh sáng này có thể thu hút hoặc đẩy lùi một số loài động vật, hoặc cũng có thể làm mù một số loài động vật biển vốn quen sống trong bóng tối. 

Trước loạt thách thức môi trường này, các tổ chức quốc tế như Cơ quan Đáy biển Quốc tế (ISA) đang nỗ lực xây dựng quy định để kiểm soát hoạt động khai thác này.

MDPI tạm kết, khi các nguồn tài nguyên trên đất liền ngày càng cạn kiệt, sự phụ thuộc của nhân loại vào các nguồn tài nguyên biển vẫn tiếp tục tăng lên. Việc sử dụng và phát triển các nguồn tài nguyên biển sâu đã trở thành một giai đoạn quan trọng để các quốc gia trên toàn thế giới chứng minh sức mạnh quốc gia toàn diện và ảnh hưởng quốc tế của họ. 

Tuy nhiên, trước hết họ cần làm chủ công nghệ khai thác (vừa đảm bảo hiệu quả và ít tác động môi trường nhất) thì thế giới mới có thể biết ai sẽ làm chủ "kho báu thực sự" này của đại dương!

Một số đặc điểm về nốt mangan:

- Vị trí:

Các nốt mangan hình thành ở đáy biển sâu, thường ở đồng bằng vực sâu, từ 3.000 đến 6.000 mét. Các nốt mangan phần lớn được tìm thấy ở vùng đồng bằng sâu thẳm của Thái Bình Dương, Ấn Độ Dương, Đại Tây Dương.

- Hình thành:

Các nốt mangan là các kết tủa hình cầu của mangan, oxit sắt và các kim loại khác (ví dụ, đồng, coban và kẽm) hình thành xung quanh vật liệu lõi, chẳng hạn như mảnh vỏ hoặc răng cá mập.

Nốt Mangan phát triển chậm, tốc độ tăng trưởng chỉ vài milimét trong một triệu năm. Vì vậy các nốt lớn hơn có kích thước 15 cm có thể có tuổi đời lên đến 15 triệu năm.

- Tầm quan trọng:

Chứa hơn 30 loại nguyên tố kim loại, nốt mangan đại diện cho một dạng chính của tài nguyên khoáng sản biển sâu. Những nguồn tài nguyên này cung cấp các giải pháp tiềm năng cho cuộc khủng hoảng năng lượng và lương thực của nhân loại, tạo ra cơ hội cho sự sống còn và phát triển trong tương lai.