Một thanh nhôm từ đồ uống có thể được tìm thấy trong một dạng đá mới trên bờ biển Cumbrian ở Scotland. Phát hiện này đã cung cấp cho các nhà khoa học cái nhìn sâu sắc đáng kinh ngạc về tác động của hoạt động của con người lên các quá trình và vật liệu tự nhiên của Trái đất.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Glasgow đã phát hiện ra rằng xỉ, một sản phẩm thải công nghiệp do ngành công nghiệp thép tạo ra, đang biến thành đá rắn chỉ sau 35 năm.
Phát hiện này thách thức nhiều thế kỷ hiểu biết về các quá trình địa chất của hành tinh, trong đó nghiên cứu chỉ ra rằng đá hình thành tự nhiên trong hàng triệu năm.
Các nhà nghiên cứu đã ghi chép lại một 'chu kỳ đá nhân tạo nhanh' mới lần đầu tiên, mô phỏng các chu kỳ đá tự nhiên nhưng liên quan đến vật liệu của con người trong khoảng thời gian tăng tốc. Họ tin rằng chu kỳ này có thể sẽ diễn ra tại các địa điểm công nghiệp tương tự trên toàn cầu.
Nhóm nghiên cứu cảnh báo rằng sự phát triển nhanh chóng và thiếu quy hoạch của đá xung quanh các bãi rác thải công nghiệp có thể tác động tiêu cực đến hệ sinh thái, đa dạng sinh học, quản lý bờ biển và quy hoạch đất đai.
Trong một bài báo được công bố trên tạp chí Địa chất, Các nhà nghiên cứu giải thích cách phân tích chi tiết một mỏ xỉ dài hai km tại Derwent Howe ở West Cumbria đã dẫn đến khám phá của họ về một chu kỳ hệ thống Trái Đất mới.
Derwent Howe là nơi có các xưởng đúc sắt và thép trong những năm 19th và 20thtrong nhiều thế kỷ, và bờ biển của nó đã tích tụ 27 triệu mét khối xỉ lò trong suốt lịch sử công nghiệp của nó.
Các mỏ xỉ đã hình thành nên các vách đá từ vật liệu phế thải đang bị xói mòn bởi sóng biển và thủy triều. Nhóm nghiên cứu đã nhận thấy những hình dạng bất thường thú vị trong các vách đá và bắt đầu quan sát chi tiết tại 13 địa điểm trên khắp bờ biển.
Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm sử dụng kính hiển vi điện tử, nhiễu xạ tia X và quang phổ Raman đã giúp họ xác định rằng vật liệu xỉ của Derwent Howe chứa các trầm tích canxi, sắt, magiê và mangan. Các nguyên tố này có phản ứng hóa học cao, là chìa khóa gây ra quá trình hình thành đá nhanh hơn.
Khi xỉ bị biển xói mòn, nó sẽ phơi bày vật liệu ra nước biển và không khí, tương tác với các thành phần phản ứng của xỉ để tạo ra xi măng tự nhiên bao gồm canxit, goethite và brucite. Các loại xi măng này là cùng một vật liệu liên kết các loại đá trầm tích tự nhiên, nhưng các phản ứng hóa học khiến quá trình này diễn ra nhanh hơn nhiều so với những gì chúng ta đã giả định đối với vật liệu tương tự trong chu trình đá tự nhiên.
Tiến sĩ Amanda Owen thuộc Khoa Khoa học Địa lý và Trái đất của Đại học Glasgow là tác giả liên hệ của bài báo. Tiến sĩ Owen cho biết: “Trong vài trăm năm, chúng ta đã hiểu chu kỳ đá là một quá trình tự nhiên kéo dài hàng nghìn đến hàng triệu năm.
“Điều đáng chú ý ở đây là chúng tôi đã phát hiện ra rằng những vật liệu nhân tạo này được kết hợp vào các hệ thống tự nhiên và trở nên lithified – về cơ bản là biến thành đá – trong suốt nhiều thập kỷ. Điều này thách thức sự hiểu biết của chúng ta về cách một tảng đá được hình thành và cho thấy rằng vật liệu thải mà chúng ta tạo ra trong quá trình tạo ra thế giới hiện đại sẽ có tác động không thể đảo ngược đến tương lai của chúng ta.”
Phân tích trong phòng thí nghiệm của nhóm nghiên cứu được củng cố nhờ việc phát hiện bất ngờ các vật liệu hiện đại mắc kẹt trong một số mẫu của họ, giúp họ suy luận được quá trình hóa đá của xỉ đã diễn ra trong bao lâu.
Tiến sĩ John MacDonald, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi đã có thể xác định niên đại của quá trình này với độ chính xác đáng kinh ngạc". "Chúng tôi đã tìm thấy cả một đồng xu của Vua George V từ năm 1934 và một miếng nhôm có thiết kế mà chúng tôi nhận ra là không thể sản xuất trước năm 1989 được nhúng trong vật liệu.
“Điều này cho chúng ta một khung thời gian tối đa là 35 năm cho sự hình thành đá này, trong vòng một đời người. Đây là một ví dụ thu nhỏ về cách mà tất cả các hoạt động chúng ta đang thực hiện trên bề mặt Trái đất cuối cùng sẽ kết thúc trong hồ sơ địa chất dưới dạng đá. Tuy nhiên, quá trình này đang diễn ra với tốc độ đáng kinh ngạc, chưa từng có.”
Tiến sĩ David Brown, đồng tác giả thứ ba của bài báo, cho biết: “Xỉ chứa tất cả các nguyên tố cần thiết để biến thành đá khi tiếp xúc với nước biển và không khí, vì vậy tôi nghĩ rất có thể hiện tượng tương tự này cũng xảy ra ở bất kỳ mỏ xỉ tương tự nào dọc theo bờ biển tương đối lộ thiên với một số tác động của sóng ở bất kỳ đâu trên thế giới.
“Chất thải xỉ thép là một hiện tượng toàn cầu và như chúng tôi đã ghi nhận, khi chất thải từ mỏ kiềm tiếp xúc với nước và không khí, có khả năng vật liệu rời sẽ bị kết dính.”
Những phát hiện này đại diện cho ví dụ đầu tiên được ghi chép đầy đủ và có niên đại về chu kỳ đá nhân loại hóa nhanh chóng trên đất liền. Trong bài báo, nhóm nghiên cứu lưu ý rằng một quá trình tương tự đã từng được quan sát thấy ở hệ thống ven biển Gorronodatxe gần Bilbao, Tây Ban Nha. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu ở đó không thể xác định được quá trình này đã diễn ra trong bao lâu vì chất thải đã được lắng đọng xuống biển trước khi được đưa trở lại bãi biển.
Tiến sĩ Owen nói thêm: “Khi chất thải lần đầu tiên được đổ xuống, chúng ở trạng thái lỏng lẻo và có thể di chuyển tùy theo nhu cầu. Phát hiện của chúng tôi cho thấy chúng ta không có nhiều thời gian như chúng ta nghĩ để tìm một nơi để đặt chúng ở nơi có tác động tối thiểu đến môi trường – thay vào đó, chúng ta có thể chỉ mất vài thập kỷ trước khi chúng biến thành đá, thứ khó quản lý hơn nhiều.
“Trên các bờ biển như Derwent Howe, quá trình hóa đá đã biến một bãi biển cát thành một nền đá rất, rất nhanh chóng. Sự xuất hiện nhanh chóng của đá có thể ảnh hưởng cơ bản đến các hệ sinh thái trên và dưới nước và thay đổi cách bờ biển phản ứng với những thách thức của mực nước biển dâng cao và thời tiết khắc nghiệt hơn khi hành tinh của chúng ta ấm lên. Hiện tại, không có điều nào trong số này được tính đến trong các mô hình xói mòn quản lý đất đai của chúng tôi, đây là chìa khóa giúp chúng tôi cố gắng thích ứng với biến đổi khí hậu.
“Chúng tôi hiện đang tìm kiếm thêm nguồn tài trợ để hỗ trợ nghiên cứu sâu hơn tại các địa điểm lắng đọng xỉ khác trên khắp châu Âu, điều này sẽ giúp chúng tôi hiểu sâu hơn về chu trình đá vụn nhân tạo nhanh mới này.”
Bài báo của nhóm, 'Bằng chứng cho chu kỳ đá nhân loại hóa nhanh', được công bố trên tạp chí Geology. Nghiên cứu được hỗ trợ bởi nguồn tài trợ từ Hiệp hội Địa chất (London)
