แมกมาที่พบตามซากภูเขาไฟโบราณดับสนิท อาจเป็นที่มาของแหล่งพลังงานแห่งอนาคต

เมื่อต้นปี 2023 มีรายงานการค้นพบแร่ธาตุหายาก หรือ ‘แรร์เอิร์ธ’ ปริมาณมากกว่า 1 ล้านตันในพื้นที่คิรูนา ทางตอนเหนือของประเทศสวีเดน

ถือเป็นข่าวที่สร้างความตื่นเต้นในวงการด้านนี้อยู่พอสมควร ด้วยเหตุที่แร่ธาตุหายากเป็นของจำเป็นในการผลิตพลังงานสะอาด ทั้งแบตเตอรี่สำหรับยานยนต์ไฟฟ้า หรือรถ EV, นำมาผลิตซีเรียม (Ce) ที่ถูกใช้ในตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อลดมลพิษจากก๊าซไอเสีย ผลิตเป็นสินค้าอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยต่างๆ ยกตัวอย่างเช่น สมาร์ทโฟนที่เราใช้กันทุกวันนี้ ในแต่ละเครื่องก็มีแร่ธาตุหายากถึง 8 ชนิด และนำมาผลิตเป็นแม่เหล็กนีโอไดเมียม (Nd) ซึ่งเป็นแม่เหล็กแรงสูงที่ใช้ในเครื่อง MRI ทางการแพทย์ 

ทุกวันนี้ 60% ของผลผลิตทั่วโลกล้วนแล้วแต่มาจากประเทศจีน การพบแหล่งแร่ธาตุหายากในสวีเดนจึงถือเป็นโอกาสที่ประเทศต่างๆ ในยุโรปจะสามารถลดการนำเข้าที่ต้องพึ่งพาจีนในตัวเลขที่มากถึง 98% ลงไปได้

ทำไมถึงเรียกว่าแร่ธาตุหายาก

แรร์เอิร์ธ (Rare-Earth Element) หรือแร่ธาตุหายาก เป็นกลุ่มธาตุ 15 ชนิดในตารางธาตุที่เรียกว่าชุดแลนทาไนด์ เป็นส่วนประกอบสำคัญในการผลิตวัสดุเฉพาะทางต่างๆ ในทางอุตสาหกรรมที่ไม่สามารถหาสิ่งอื่นมาทดแทนได้ ที่สำคัญคือแม้แรร์เอิร์ธจะเป็นแร่ธาตุที่พบได้ทั่วไปในชั้นเปลือกโลก แต่ด้วยคุณสมบัติทางธรณีเคมีที่มักพบได้แบบกระจัดกระจายในลักษณะที่มีความเข้มข้นต่ำ จนไม่คุ้มค่าในการขุดขึ้นมาใช้ จึงได้ชื่อเรียกว่าแร่ธาตุหายาก

งานวิจัยล่าสุด

ดร.ไมเคิล อาเนนเบิร์ก ผู้เชี่ยวชาญจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย ตั้งข้อสังเกตจากเรื่องราวการค้นพบแร่ธาตุหายากในพื้นที่คิรูนาของสวีเดนถึงเหตุผลที่ว่า ทำไมแรร์เอิร์ธปริมาณมากมายถึงไปกองรวมกันอยู่ตรงนั้น มันไม่น่าจะมาด้วยความบังเอิญ แต่อาจเป็นเพราะพื้นที่ตรงนั้นมีลักษณะที่พิเศษ นั่นคือเป็นพื้นที่ของภูเขาไฟโบราณที่ดับสนิทไปแล้ว

โดยพื้นที่คิรูนานั้นแท้จริงแล้วคือภูเขาไฟไม่มีพลัง ซึ่งก็คือภูเขาไฟโบราณอายุ 1,600 ล้านปีที่ดับสนิทมาตั้งแต่ยุคนั้น การระเบิดครั้งสุดท้ายทำให้สารละลายที่มีธาตุเหล็กสูงในแมกมาตกตะกอนลงบนผนังฐานของแร่พอร์ฟิรีไซเอไนต์ จากนั้นชั้นแร่จะถูกปกคลุมด้วยตะกอนภูเขาไฟ (ควอตซ์พอร์ฟิรี) และหินตะกอน ซึ่งแน่นอนว่าภูเขาไฟไม่มีพลัง ชนิดที่มีธาตุเหล็กในแมกมาสูงขนาดนี้เป็นของที่ไม่อาจสำรวจพบได้ง่ายๆ ทีมงานของ ดร.ไมเคิล อาเนนเบิร์ก จึงต้องวิจัยผ่านแบบจำลอง 

ทีมงานสร้างห้องแมกมาจำลองขึ้นมาโดยใช้หินสังเคราะห์ที่มีองค์ประกอบคล้ายตัวอย่างหินที่เก็บจากคิรูนา ประเทศสวีเดน ซึ่งก็คือภูเขาไฟโบราณที่ดับสนิท หรือภูเขาไฟไม่มีพลังดังกล่าว จากนั้นก็นำตัวอย่างหินไปใส่ในเตาเผาที่มีแรงดันสูงและอุณหภูมิที่สูงมาก จนเมื่อหินหลอมละลายก็จะกลายเป็นสิ่งที่คล้ายแมกมา ทีมงานพบว่าแมกมาที่อุดมไปด้วยเหล็กจากคิรูนาจะดูดซับธาตุหายากทั้งหมดจากสภาพแวดล้อมโดยรอบในอัตราที่สูงกว่าแมกมาที่พบจากภูเขาไฟอื่นๆ ถึง 200 เท่า

แน่นอนว่าแม้ภูเขาไฟโบราณที่มีแมกมาอุดมด้วยธาตุเหล็กจะหายาก แต่ในความเห็นของ ดร.ไมเคิล อาเนนเบิร์ก นั้นน่าจะสำรวจพบได้ในทวีปหรือประเทศอื่นๆ เช่น สหรัฐอเมริกา ชิลี และออสเตรเลีย โดยการค้นพบในครั้งนี้ถือเป็นข้อมูลอันมีค่าสำหรับนักธรณีวิทยาภาคสนาม ในการช่วยค้นหาแหล่งแร่ธาตุหายากที่มีคุณค่าและมีมูลค่าทางเศรษฐกิจ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความหลากหลายให้กับห่วงโซ่อุปทานแร่ธาตุหายากได้

สำหรับในสวีเดนนั้น เนื่องจากบริเวณคิรูนาซึ่งเต็มไปด้วยธาตุเหล็ก และมีการทำเหมืองเหล็กมานับ 100 ปีแล้ว ดร.ไมเคิล อาเนนเบิร์ก ให้ความเห็นว่าให้มองเป็นการสร้างมูลค่าเพิ่ม และด้วยปริมาณดังกล่าว “เราอาจไม่จำเป็นต้องขุดทรัพยากรจากที่ใหม่อีกต่อไป” เขากล่าวปิดท้าย

ทีมงานตีพิมพ์​ผลงาน​ศึกษา​ครั้งนี้​ลงในวารสาร: https://www.geochemicalperspectivesletters.org/article2436/

ภาพ: Leon Neal / Getty Images 

อ้างอิง:

• https://edition.cnn.com/2024/09/24/climate/magma-extinct-volcanoes-rare-earth-metals/index.html
• https://lynasrareearths-com.translate.goog/about-us/what-are-rare-earths