Mới đây, nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Christian Timm, nhà địa chất biển tại GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel dẫn đầu đã đưa ra nhận định, quá trình nóng chảy nhiều giai đoạn của lớp phủ chứa nước bên dưới các đới hút chìm đại dương chính là yếu tố then chốt tạo nên sự làm giàu vàng trong magma. Theo nhóm nghiên cứu này, nằm sâu dưới đáy đại dương là một “nhà máy vàng” hoạt động bất kể ngày đêm.

Các nhà nghiên cứu đã phân tích 66 mẫu thủy tinh núi lửa thu thập từ đáy biển dọc theo cung đảo Kermadec ngoài khơi và vùng trũng Havre ở phía bắc New Zealand. Những lớp thủy tinh núi lửa này hình thành khi dung nham nguội nhanh dưới nước, nhờ đó giữ nguyên thành phần hóa học ban đầu của magma.

Đặc biệt hữu ích là các mẫu được gọi là “thủy tinh nguyên thủy”. Chúng phản ánh thành phần ban đầu của magma trước khi bị biến đổi bởi quá trình kết tinh. Khi phân tích các mẫu này, nhóm của Tiến sĩ Christian Timm nhận thấy nồng độ vàng của chúng thường cao gấp nhiều lần so với các magma tương tự tại sống núi giữa đại dương. Điều này đặt ra câu hỏi then chốt, quá trình nào đã tạo nên lượng lớn vàng đó?

Để làm rõ phát hiện trên, nhóm nghiên cứu đã đo nồng độ vàng với độ chính xác rất cao và so sánh cùng các nguyên tố ái lưu huỳnh khác như bạc, đồng, selen và bạch kim. Các nguyên tố này có xu hướng hoạt động tương tự trong quá trình nóng chảy, từ đó giúp hé lộ điều kiện tồn tại bên trong lớp phủ Trái Đất.

Giải mã tín hiệu hóa học của lớp phủ

Dữ liệu cho thấy lớp phủ bên dưới cung đảo Kermadec trải qua quá trình nóng chảy chứa nước ở nhiệt độ tương đối cao, vượt ngưỡng nóng chảy của sulfide. Trong điều kiện đó, magma tạo thành có tỷ lệ bạc trên đồng tương tự như lớp phủ nguyên thủy.

Đồng thời, các nhà nghiên cứu cũng phát hiện nồng độ vàng ban đầu tăng cao, lên tới 6 nanogram trên mỗi gram đá. Tỷ lệ vàng trên đồng cũng cao hơn đáng kể so với lớp phủ giàu khoáng chất và bazan nguyên thủy ở sống núi giữa đại dương.

Theo nhóm nghiên cứu, những quan sát này chỉ có thể được giải thích nếu giả định rằng lớp phủ trước đây đã bị suy giảm vật chất và sau đó trải qua quá trình nóng chảy lặp lại. Vì vậy, sự nóng chảy nhiều giai đoạn với cường độ cao của lớp phủ chứa nước và giàu oxy hóa được xem là nguyên nhân chính dẫn tới hiện tượng làm giàu vàng trong magma.

Dù các nồng độ vàng này rất cao xét về mặt địa chất, chúng vẫn chưa đủ giá trị kinh tế để khai thác. Để có thể khai thác thương mại, hàm lượng vàng cần cao hơn nhiều bậc độ lớn.

Ban đầu nhóm nghiên cứu cho rằng nước được giải phóng từ đới hút chìm là yếu tố trực tiếp kiểm soát sự làm giàu vàng. Tuy nhiên, dữ liệu cho thấy nước chủ yếu đóng vai trò thúc đẩy lớp phủ nóng chảy. Yếu tố quyết định nồng độ vàng cao chính là mức độ nóng chảy lớn và lặp lại nhiều lần.

Hình thái hóa học của vàng trong lớp phủ cũng đóng vai trò rất quan trọng. Vàng trong lớp phủ thường liên kết với các khoáng vật sulfide, khi mức độ nóng chảy đủ cao, các khoáng vật này bị phá vỡ, giải phóng hoàn toàn vàng vào magma.

Tiến sĩ Timm cho biết, kết quả nghiên cứu cho thấy sự làm giàu vàng không phải kết quả của một lần nóng chảy duy nhất mà là của nhiều giai đoạn liên tiếp. Chỉ khi quá trình nóng chảy diễn ra lặp lại, vàng mới có thể tập trung mạnh trong magma.

Bước đầu tiên trong hành trình của vàng

Nghiên cứu này đóng góp quan trọng cho việc lý giải sự hình thành các mỏ vàng giàu khoáng tại các cung đảo giữa đại dương như cung đảo Kermadec. Đồng thời cho thấy quá trình nóng chảy nhiều lần của lớp phủ chứa nước đóng vai trò quyết định lượng vàng được đưa vào các dòng magma đi lên bề mặt.

Điều này cũng làm thay đổi góc nhìn trước đây khi cho thấy không chỉ các quá trình gần bề mặt quyết định nơi hình thành các mỏ vàng, mà cả sự tiến hóa hóa học sâu trong lớp phủ bên dưới các đới hút chìm cũng có vai trò then chốt.

Các phát hiện mới còn có thể giúp giải thích vì sao các mỏ sulfide nhiệt dịch dọc theo các cung đảo dưới biển thường đặc biệt có hàm lượng vàng cao.

Tiến sĩ Christian Timm cho biết, nhóm nghiên cứu đang quan sát bước đầu tiên trong vòng đời của vàng. Quá trình này bắt đầu khi vàng được chuyển từ lớp phủ vào magma, thứ cuối cùng sẽ tạo thành núi lửa.