ケンブリッジ大学の研究者らは、希土類元素が豊富に含まれる火山岩が最も形成される可能性が高い場所を明らかにする地球規模のパターンを特定した。この研究では、約9,000の岩石サンプルの化学分析と地球深部内部の地震探査を組み合わせて、これらの鉱物濃度と大陸の最古の地質構造との関連性を確立した。
Nature Geoscience 誌に掲載されたこの発見は、現代技術に必要なこれらの必須金属の新たな鉱床を予測する道を切り開きます。スマートフォン、電気自動車、風力タービンはこれらの要素に依存しているため、世界的なエネルギー移行の文脈において、より効率的な探査が経済的に重要になります。
アース構造と金属濃度の関係
ケンブリッジ大学地球科学部のエミリー・ボウマン博士が率いる研究チームは、レアアースを豊富に含む岩石が、主に厚く古い岩石圏を持つ地域の急峻な端に現れることを発見した。リソスフェアは地球の硬い外層であり、地殻と上部マントルが含まれます。
溶存 CO₂ が豊富な岩石は、このプロセスにおいて基本的な役割を果たします。これらの珍しい岩石は、技術産業や再生可能エネルギー産業にとってその経済的重要性が明らかになった最近まで、地質学的珍品と考えられていました。
研究者らは、地震による地震波を利用して、さまざまな大陸の下にあるリソスフェアの断面画像を作成した。このマッピングはソナーと同様の方法で機能し、堆積物の地理的分布を説明する地球の層の厚さと構造の変化を明らかにしました。
鉱物濃縮の地質学的過程
高圧と低温の条件下では、厚いリソスフェアにより、深部で起こる融解の量が制限されます。レアアースが豊富な少量のマグマは地下でゆっくりと形成され、多くの場合リソスフェアの下に閉じ込められ、そこで冷えて固まって CO₂ に富んだ火成岩になります。
その後の地質学的現象により、これらの岩石が再び部分的に溶ける可能性があります。これが起こると、経済的に実行可能な鉱床が数百万年かけて形成されるまで、希土類元素の濃度がますます高まります。このプロセスは主に、特定の温度と圧力条件が優勢な古代の厚い大陸の根の端で発生します。
この研究の上級著者であるサリー・ギブソン教授は現在、このテーマに特化した100万ポンドの研究プロジェクトを調整している。彼女は、これらの岩石の科学的複雑さを強調しました。その名前は、発見された場所やそこに含まれる奇妙な鉱物に由来することが多く、科学者にとって分類を混乱させています。
世界的な鉱物探査への影響
マッピングは、科学者にレアアース鉱床の可能性が最も高い地域を特定する予測力を提供します。各国はこれらの金属の安全な国内供給源をますます求めており、中国に集中する輸入への依存を減らしている。
濃縮に適切な化学組成を持つ岩石は、非常に特定の場所でのみ発生します。この研究により、鉱物探査遠征や地質学的ポテンシャルの評価を導くために大陸規模で適用できる体系的なパターンが明らかになりました。
希土類元素には次のものが含まれます。
- ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム
- サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム
- ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム
- イッテルビウム、ルテチウム、スカンジウム
次のステップと研究の拡大
研究チームは、世界の主要な鉱山やレアアース鉱床の多くを含む2億年以上前の岩石を対象に研究を拡大する予定だ。造山や大陸の亀裂などの地質学的活動により、多くの古い岩石が乱され、初期の分析がより困難になっています。
この研究に携わった地球物理学者セルゲイ・レベデフ教授は、地震波を使ってリソスフェアをマッピングすることで、水中ソナーに匹敵する内部構造を視覚化できると説明した。この方法論は、鉱床形成の世界的な理解をさらに深めるために、過去の地質時代に遡及的に適用されます。
ギブソン氏は、時間をさらに遡ることが困難であることを認めていますが、この研究は鉱物の発生を正確に予測するための基本的なステップであると考えています。この研究により、地質学者が異なる地質年代の岩石の類似パターンを探すことができる体系的な挙動が確立されました。
この方法論は、広範な地球化学データの編集、高度な地震探査技術の統合、大陸構造の比較解析など、学際的なアプローチを組み合わせたものです。ボーマン氏は何年もかけて複数の大陸の火成岩サンプルから情報を収集して処理し、鉱物分布に関する仮説を検証するための堅牢なデータベースを作成しました。
これらの発見は、持続可能な技術開発のための基礎的な地質調査の重要性を裏付けています。レアアースの需要の高まりにより、洗練された科学モデルに裏付けられた鉱物探査研究が今後も推進され、効率が向上し、無指向性探査による環境への影響が軽減されるでしょう。
