Pesquisadores av Universidade av Cambridge har identifierat ett globalt mönster som avslöjar var vulkaniska bergarter berikade med sällsynta jordartselement är mest sannolikt att bildas. Studien kombinerade kemisk analys av cirka 9 000 stenprover med seismisk kartläggning av det djupa inre av Terra, vilket etablerade ett samband mellan dessa mineralkoncentrationer och de äldsta geologiska strukturerna på kontinenterna.
Upptäckten, publicerad i tidskriften Nature Geoscience, banar väg för att förutsäga nya avlagringar av dessa väsentliga metaller för modern teknik. Smartphones, elfordon och vindkraftverk är beroende av dessa element, vilket gör prospektering mer effektiv och ekonomiskt relevant i samband med global energiomställning.
Conexão mellan markstruktur och metallkoncentration
Teamet, ledd av Dra. Emilie Bowman av Departamento av Ciências av Terra av Cambridge fann att sällsynta jordartsmetaller förekommer främst i de branta kanterna av regioner med tjockare, äldre litosfär. Litosfären är det styva yttre lagret av Terra, som inkluderar skorpan och den övre delen av manteln.
Bergarter berikade med löst CO₂ spelar en grundläggande roll i denna process. Essas ovanliga bergarter ansågs geologiska kuriosa fram till nyligen, när deras ekonomiska betydelse blev uppenbar för teknik och förnybar energiindustri.
Forskarna använde seismiska vågor från jordbävningar för att skapa tvärsnittsbilder av litosfären under olika kontinenter. Esse-kartläggning fungerade på ett liknande sätt som ekolod, och avslöjade variationer i tjockleken och strukturen på jordens lager som förklarar den geografiska fördelningen av avlagringarna.
Processo geologisk mineralkoncentration
Sob högtryck och kalla förhållanden, den tjocka litosfären begränsar mängden smältning som sker på djupet. Pequenas mängder av sällsynt jordartsmetallberikad magma bildas långsamt under jorden, ofta fångade under litosfären, där de svalnar och stelnar till CO₂-rika magmatiska bergarter.
Senare geologiska Eventos kan delvis smälta dessa bergarter igen. Quando Detta inträffar, sällsynta jordartsmetaller blir alltmer koncentrerade, tills ekonomiskt livskraftiga avlagringar bildas under miljontals år. Esse-processen sker huvudsakligen vid kanterna av gamla och tjocka kontinentala rötter, där specifika temperatur- och tryckförhållanden råder.
Professora Sally Gibson, senior författare till studien, samordnar för närvarande ett forskningsprojekt på 1 miljon pund som är dedikerat till ämnet. Ela lyfte fram den vetenskapliga komplexiteten hos dessa bergarter, vars namn ofta härrör från platserna där de upptäcktes eller de konstiga mineralerna de innehöll, vilket gör klassificeringen förvirrande för forskare.
Implicações för global mineralprospektering
Kartläggning erbjuder forskare prediktiv förmåga att identifiera regioner med störst potential för sällsynta jordartsmetaller. Países söker alltmer säkra inhemska källor för dessa metaller, vilket minskar beroendet av import koncentrerad till China.
Rochas med lämplig kemisk sammansättning för anrikning förekommer endast på mycket specifika platser. Forskningen avslöjade systematiska mönster som kan tillämpas på kontinental skala för att vägleda mineralprospekteringsexpeditioner och geologisk potentialbedömning.
Sällsynta jordartselement inkluderar:
- Lantânio, cerium, praseodym och neodym
- Samário, europium, gadolinium och terbium
- Disprósio, holmium, erbium och thulium
- Itérbio, lutetium och scandio
Próximas forskningssteg och expansion
Teamet planerar att utöka studien till att omfatta stenar som är mer än 200 miljoner år gamla, som innehåller många av världens stora gruvor och sällsynta jordartsmetaller. Atividades Geologiska egenskaper som bergsbyggnad och kontinental sprickning har stört många äldre bergarter, vilket gör dem mer utmanande att analysera initialt.
Professor Sergei Lebedev, en geofysiker som är involverad i studien, förklarade att kartläggning av litosfären med hjälp av seismiska vågor gör att vi kan visualisera inre strukturer som är jämförbara med undervattensonar. Essa metodik kommer att tillämpas retrospektivt på tidigare geologiska perioder för att förfina den globala förståelsen av bildning av mineralfyndigheter.
Gibson erkände att det kommer att vara en utmaning att gå ännu längre tillbaka i tiden, men anser att detta arbete är ett grundläggande steg mot att exakt förutsäga mineralförekomster. Forskningen etablerade ett systematiskt beteende som gör att geologer kan leta efter liknande mönster i bergarter av olika geologiska åldrar.
Metodiken kombinerade multidisciplinära tillvägagångssätt: sammanställning av omfattande geokemiska data, integration av avancerad seismisk teknologi och jämförande analys av kontinentala strukturer. Bowman tillbringade år med att samla in och bearbeta information från magmatiska bergarter från flera kontinenter, och skapade en robust databas för att validera hypoteser om mineralfördelning.
Resultaten från Esses förstärker betydelsen av grundläggande geologisk forskning för hållbar teknisk utveckling. Den växande efterfrågan på sällsynta jordartsmetaller kommer att fortsätta att driva på mineralprospekteringsforskning med stöd av förfinade vetenskapliga modeller, öka effektiviteten och minska miljöpåverkan från oriktad prospektering.