劍橋大學的研究人員發現了一種全球模式，揭示了富含稀土元素的火山岩最有可能形成的地方。該研究將對約 9,000 個岩石樣本的化學分析與地球深處的地震測繪相結合，在這些礦物濃度與大陸最古老的地質結構之間建立了聯繫。
這項發現發表在《自然地球科學》雜誌上，為預測這些現代技術必需金屬的新礦床鋪平了道路。智慧型手機、電動車和風力渦輪機依賴這些元素，使得更有效的勘探在全球能源轉型的背景下具有經濟意義。
地球結構與金屬濃度之間的聯繫
由劍橋大學地球科學系埃米莉·鮑曼博士領導的研究小組發現，富含稀土的岩石主要出現在岩石圈較厚、較古老的地區的陡峭邊緣。岩石圈是地球的剛性外層，包括地殼和上地函。
富含溶解二氧化碳的岩石在過程中發揮重要作用。直到最近，當它們的經濟重要性對於技術和再生能源產業變得顯而易見時，這些不尋常的岩石仍被認為是地質奇觀。
研究人員利用地震產生的地震波創造不同大陸下方岩石圈的橫斷面影像。這種測繪的工作方式與聲納類似，揭示了地層厚度和結構的變化，從而解釋了礦床的地理分佈。
礦物富集地質過程
在高壓和寒冷的條件下，厚厚的岩石圈限制了深層發生的融化量。少量富含稀土的岩漿在地下緩慢形成，通常被困在岩石圈下方，在那裡它們冷卻並凝固成富含二氧化碳的火成岩。
後來的地質事件可能會再次部分融化這些岩石。當這種情況發生時，稀土元素變得越來越集中，直到數百萬年形成經濟上可行的沉積物。這個過程主要發生在古老而厚實的大陸根部的邊緣，那裡存在特定的溫度和壓力條件。
該研究的資深作者莎莉吉布森教授目前正在協調一項耗資 100 萬英鎊的研究項目，專門針對該主題。她強調了這些岩石的科學複雜性，這些岩石的名稱通常源自於它們的發現地點或它們所含的奇怪礦物，這使得科學家對分類感到困惑。
對全球礦產勘探的影響
繪圖為科學家提供了預測能力，以識別最有稀土礦藏潛力的區域。各國越來越多地尋求這些金屬的安全國內來源，減少對集中在中國的進口的依賴。
具有適合富集的化學成分的岩石僅出現在非常特定的位置。該研究揭示了可在大陸範圍內應用的系統模式，以指導礦產勘探探險和地質潛力評估。
稀土元素包括：
- 鑭、鈰、镨和釹
- 釤、銪、钆和铽
- 鏑、钬、鉺和鉥
- 鐿、镥和鈧
下一步和研究擴展
團隊計劃擴大研究範圍，將年齡超過 2 億年的岩石納入其中，其中蘊藏著世界上許多主要礦山和稀土礦床。造山和大陸裂谷等地質活動擾動了許多古老的岩石，使它們的初步分析更具挑戰性。
參與這項研究的地球物理學家謝爾蓋·列別捷夫教授解釋說，利用地震波繪製岩石圈地圖使我們能夠像水下聲納一樣可視化內部結構。此方法將回顧性地應用於先前的地質時期，以完善全球對礦床形成的理解。
吉布森承認，追溯到更早的時期將具有挑戰性，但他認為這項工作是準確預測礦物出現的基本一步。該研究建立了系統行為，使地質學家能夠在不同地質時代的岩石中尋找相似的模式。
該方法結合了多學科方法：彙編廣泛的地球化學數據、整合先進的地震技術和大陸結構的比較分析。鮑曼花了數年時間收集和處理來自幾個大陸的火成岩樣本的信息，創建了一個強大的數據庫來驗證有關礦物分佈的假設。
這些發現強調了基礎地質調查對於永續技術發展的重要性。對稀土不斷增長的需求將繼續推動由精細科學模型支持的礦產勘探研究，提高效率並減少無定向勘探對環境的影響。