Qua kỹ thuật chụp ảnh X-quang, lá bạch đàn chứa các khoáng sản khác nhau, bao gồm cả vàng, sẽ hiện lên rõ hơn bao giờ hết. (Ảnh: Gizmag)

Vài chục năm trước, tại Việt Nam từng xuất bản một cuốn sách có tên “Bạc và Platin” của một tác giả Liên Xô, trong đó có một chi tiết khiến nhiều độc giả kinh ngạc: con người có thể dò tìm kim loại quý bằng cách khảo sát lá cây mọc phía trên các thân quặng nằm sâu dưới lòng đất.

Thời ấy, tri thức còn rời rạc và internet chưa phổ biến. Ít ai biết liệu ngoài Liên Xô, trên thế giới có những dân tộc hay nhà khoa học nào từng sử dụng phương pháp kỳ lạ ấy hay không?

Nhiều thập niên sau, khi các công trình nghiên cứu từ Australia, Canada hay Mỹ dần được số hóa và công bố rộng rãi, câu trả lời mới hiện ra rõ ràng: con người thực sự đã học cách tìm vàng bằng cây cối.

Năm 2013, các nhà khoa học Australia phát hiện dấu vết vàng siêu nhỏ bên trong lá bạch đàn mọc trên vùng đất khô cằn miền Tây Australia. Và từ Australia tới Siberia, nhiều nghiên cứu cho thấy cây cối đôi khi có thể mang theo dấu vết của vàng và khoáng sản nằm sâu dưới lòng đất. Điều đó đang mở ra một hướng thăm dò hoàn toàn khác - nơi những chiếc lá trở thành “tín hiệu địa hóa” của tự nhiên.

Khi cây cối bắt đầu trở thành “bản đồ khoáng sản”

Trong suốt hàng nghìn năm, con người đào xuống lòng đất để tìm kim loại quý. Nhưng bước sang thế kỷ XXI, một hướng tiếp cận khác đang xuất hiện rõ rệt: thay vì chỉ nhìn vào đất đá, các nhà khoa học bắt đầu quan sát cây cối, nước ngầm và cả những tín hiệu sinh học âm thầm của tự nhiên.

Nếu thế kỷ XIX là thời đại của địa chất học, thế kỷ XX là thời đại của địa vật lý và vệ tinh, thì bước sang thế kỷ XXI, ngành thăm dò khoáng sản lại bắt đầu mở rộng sang một hướng tiếp cận rất khác: sinh học.

Trong phần lớn lịch sử khai khoáng, con người quen với hình ảnh máy khoan xuyên lòng đất, thuốc nổ phá đá, máy bay khảo sát từ trường hay những bản đồ địa chất phủ đầy ký hiệu màu sắc. Nhưng càng về sau, các mỏ dễ phát hiện dần cạn kiệt. Nhiều thân quặng mới nằm sâu dưới lớp trầm tích dày, bị che phủ bởi rừng rậm, sa mạc hoặc băng tuyết. Điều đó buộc ngành khai khoáng phải tìm kiếm những “tín hiệu” tinh vi hơn.

Và trong nhiều trường hợp, chính cây cối lại là thứ đầu tiên “biết” bên dưới lòng đất có gì. Bởi rễ cây không chỉ hút nước. Chúng hút cả các nguyên tố hóa học tồn tại trong đất đá. Nếu phía dưới tồn tại thân quặng chứa vàng, đồng, nickel hay uranium, một lượng cực nhỏ nguyên tố liên quan có thể hòa tan trong nước ngầm. Theo thời gian, cây hấp thụ chúng và tích tụ trong lá, vỏ cây, nhựa cây, rễ, thậm chí trong tro sau khi đốt.

Đó là nền tảng của một lĩnh vực gọi là sinh địa hóa học thăm dò (biogeochemical exploration) - phương pháp sử dụng sinh vật để truy tìm dấu vết khoáng sản nằm sâu dưới lòng đất.

Một trong những ví dụ nổi tiếng nhất diễn ra tại Australia. Năm 2013, các nhà khoa học thuộc Tổ chức Nghiên cứu Khoa học và Công nghiệp Khối Thịnh vượng chung Australia (CSIRO) công bố nghiên cứu trên tạp chí Nature Communications cho thấy cây bạch đàn tại vùng Kalgoorlie có thể hấp thụ các hạt vàng siêu nhỏ từ tầng đất sâu hàng chục mét rồi vận chuyển chúng lên lá. Phát hiện này nhanh chóng gây chú ý trong giới địa chất và khai khoáng vì nó cho thấy thực vật có thể hoạt động như một dạng “máy lấy mẫu tự nhiên” đối với các thân quặng bị che phủ dưới lòng đất.

Theo các nhà nghiên cứu, lượng vàng trong lá cực kỳ nhỏ - gần như không có giá trị khai thác trực tiếp. Nhưng với ngành thăm dò khoáng sản, điều quan trọng không nằm ở giá trị của chiếc lá, mà nằm ở tín hiệu địa hóa mà nó mang theo.

Từ đây, cây cối bắt đầu được nhìn bằng một cách khác. Một chiếc lá không còn chỉ là đối tượng nghiên cứu của thực vật học. Nó có thể trở thành mẫu địa hóa, chỉ dấu khoáng hóa, thậm chí là một “cảm biến sinh học” của lòng đất. Nói cách khác, tự nhiên đôi khi không che giấu kho báu. Nó âm thầm tiết lộ chúng.

Những cây bạch đàn tại Tây Australia từng khiến giới khoa học chú ý khi trên lá của chúng xuất hiện các hạt nano vàng siêu nhỏ - dấu vết cho thấy bên dưới có thể tồn tại thân quặng quý. (Ảnh: IFL Science)

Cuộc cách mạng “xanh” trong thăm dò khoáng sản

Ý tưởng sử dụng thực vật để tìm kiếm khoáng sản thực ra không hoàn toàn mới. Ngay từ đầu thế kỷ XX, một số nhà khoa học đã nhận ra rằng thảm thực vật tại các khu vực giàu khoáng sản thường có biểu hiện khác biệt về màu sắc, mật độ sinh trưởng hoặc thành phần hóa học. Nhưng phải tới giai đoạn giữa thế kỷ XX, khi địa hóa học và khoa học phân tích phát triển mạnh, các nghiên cứu sinh địa hóa học mới thực sự bùng nổ tại Liên Xô, Canada và Australia.

Bối cảnh lúc đó cũng thay đổi rất nhanh. Nhiều mỏ lộ thiên lớn, dễ phát hiện trên bề mặt dần bị khai thác cạn kiệt. Các thân quặng mới thường nằm sâu hơn, khó tiếp cận hơn và bị che phủ dưới lớp đất đá hoặc trầm tích dày. Điều này khiến chi phí khoan thăm dò tăng mạnh, trong khi áp lực môi trường đối với ngành khai khoáng ngày càng lớn.

Chính trong bối cảnh đó, các phương pháp “không phá hủy bề mặt” bắt đầu được chú ý nhiều hơn.

So với hoạt động khoan thăm dò truyền thống vốn đòi hỏi mở đường, phá đá, sử dụng máy móc hạng nặng và có thể làm biến đổi cảnh quan tự nhiên - việc lấy mẫu lá cây, vỏ cây hay rễ cây gần như không tạo ra tác động đáng kể lên môi trường xung quanh. Đó là lý do nhiều nhà nghiên cứu xem sinh địa hóa học như một dạng “thăm dò khoáng sản xanh” (green exploration) - hướng thăm dò khoáng sản thân thiện môi trường hơn trong thời đại ngành khai khoáng chịu áp lực ngày càng lớn về phát triển bền vững. Theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS), các phương pháp sinh địa hóa học hiện ngày càng được quan tâm trong hoạt động thăm dò khoáng sản tại những khu vực khó tiếp cận hoặc nhạy cảm về môi trường.

Trong nhiều trường hợp, các nhà khoa học không cần khoan sâu xuống lòng đất ngay từ đầu. Nhiều nghiên cứu gần đây tại Australia và Canada cho rằng các phương pháp sinh địa hóa học có thể giúp giảm đáng kể số lượng hố khoan khảo sát ban đầu, từ đó hạn chế tác động lên hệ sinh thái bề mặt. Họ chỉ cần phân tích mô thực vật, đo hàm lượng nguyên tố và tìm kiếm các dị thường sinh học bất thường. Điều đó tạo ra một thay đổi rất lớn trong tư duy thăm dò hiện đại.

Con người không còn chỉ tìm quặng bằng cách đào xuống lòng đất. Họ bắt đầu học cách đọc những tín hiệu hóa học rất nhỏ mà tự nhiên âm thầm để lại trên lá cây và thảm thực vật.

Nga và những chiếc lá chứa vàng nano

Một trong những hướng nghiên cứu gây chú ý nhất của sinh địa hóa học thăm dò đến từ Nga - nơi các nhà khoa học từng dành nhiều thập niên nghiên cứu mối liên hệ giữa thực vật và khoáng sản nằm sâu dưới lòng đất.

Trong các khu vực khoáng hóa tại Siberia và vùng Viễn Đông, nhiều nghiên cứu cho thấy một số loài cây như bạch dương, thông hay các loại cỏ vùng lạnh có khả năng hấp thụ và tích tụ các nguyên tố liên quan tới hệ quặng vàng trong mô sinh học. Điều đặc biệt là các nhà khoa học không chỉ phát hiện asen hay antimon - những nguyên tố thường đi kèm hệ khoáng hóa vàng nhiệt dịch mà trong một số trường hợp còn phát hiện cả các hạt vàng kích thước nano tồn tại trong lá cây và mô thực vật.

Trong thời gian dài, vàng được xem là kim loại gần như “trơ” về mặt hóa học. Giới khoa học từng cho rằng thực vật hầu như không thể hấp thụ vàng với lượng đủ để phát hiện. Nhưng các nghiên cứu địa hóa sau này cho thấy thực tế phức tạp hơn nhiều. Trong những điều kiện đặc biệt, vàng có thể tồn tại ở dạng ion hòa tan hoặc các hạt cực nhỏ trong nước ngầm. Khi rễ cây hút nước và khoáng chất, một phần các nguyên tố này cũng được hấp thụ, sau đó vận chuyển lên thân, vỏ và lá cây.

Dĩ nhiên, lượng vàng tồn tại trong thực vật cực kỳ nhỏ, hoàn toàn không có ý nghĩa khai thác trực tiếp. Không ai có thể “hái lá lấy vàng”. Nhưng với ngành thăm dò khoáng sản, điều quan trọng không nằm ở giá trị kinh tế của chiếc lá, mà nằm ở tín hiệu địa hóa mà nó mang theo.

Nếu trong mô thực vật xuất hiện vàng nano, asen, antimon hoặc các nguyên tố thường đi kèm hệ khoáng hóa, đó có thể là dấu vết sinh học cho thấy phía dưới tồn tại thân quặng.

Đặc biệt, asen và antimon được xem là những nguyên tố chỉ dấu rất quan trọng đối với các hệ quặng vàng nhiệt dịch. Trong nhiều trường hợp, cây cối có thể tiết lộ sự tồn tại của khoáng sản ngay cả khi toàn bộ thân quặng nằm sâu dưới lớp đất đá dày và hoàn toàn không lộ ra trên bề mặt.

Hình minh họa mô phỏng các hạt nano vàng hiện diện trên lá cây tại khu vực có thân quặng nằm sâu dưới lòng đất. (Ảnh minh họa AI)

Điều này tạo ra một thay đổi rất lớn trong tư duy thăm dò hiện đại. Con người không còn chỉ đi tìm quặng. Họ bắt đầu đi tìm dấu hiệu sinh học của quặng.

Nếu trước kia người tìm vàng phải cúi mình đãi cát trong những dòng suối lạnh, quan sát màu đất hay lần theo các mạch đá lộ thiên, thì ngày nay, người làm thăm dò khoáng sản hiện đại đôi khi ngồi trước màn hình máy tính để đọc những tín hiệu sinh học được thu thập từ lá cây, đất và dữ liệu môi trường.

Nếu nhìn lại toàn bộ lịch sử thăm dò khoáng sản, có thể thấy đó là một hành trình rất dài của cách con người “lắng nghe” Trái đất. Họ từng quan sát màu đất để đoán quặng, đãi vàng bằng nước, phá núi bằng thuốc nổ, dùng máy bay khảo sát từ trường và vệ tinh phân tích phổ ánh sáng để tìm các dị thường địa chất nằm sâu dưới lòng đất. Và giờ đây, ngành khai khoáng lại bước thêm một bước khác: lắng nghe cả những tín hiệu sinh học âm thầm của tự nhiên.

Có lẽ đây là thay đổi thú vị nhất của ngành thăm dò hiện đại. Tự nhiên không chỉ che giấu khoáng sản. Trong nhiều trường hợp, nó đang âm thầm tiết lộ chúng thông qua cây cối, nước ngầm và những biến đổi hóa học rất nhỏ mà mắt thường hoàn toàn không thể nhận ra. Vấn đề chỉ còn là con người có đủ kiên nhẫn, công nghệ và hiểu biết để đọc được những tín hiệu ấy hay không.

Thiên Hương