De zeldzame aardmetalen die wijzen op ‘nieuw energiegoud’ krijgen een nieuwe ‘schatkaart’ uit de diepten van de aarde. Uit een nieuw mondiaal onderzoek van de afdeling Aardwetenschappen van de Universiteit van Cambridge is gebleken dat speciale met kooldioxide verrijkte stollingsgesteenten die rijk zijn aan zeldzame aardelementen nauw verwant zijn aan de dikke lithosfeer, de oudste en dikste continentale ‘wortels’ op aarde, wat belangrijke aanwijzingen oplevert voor de zoektocht naar nieuwe afzettingen van zeldzame aardmetalen.

Het onderzoek werd geleid door de afdeling Aardwetenschappen van de Universiteit van Cambridge, en het onderzoeksteam bracht de verspreiding van ongewoon koolstofdioxiderijke stollingsgesteenten over de hele wereld in kaart. Men denkt dat dit type stollingsgesteente de belangrijkste bron van zeldzame aardelementen is. Uit de analyse blijkt dat deze rotsen geconcentreerd zijn aan de randen van de dikste en oudste delen van de lithosfeer van de aarde, wat wijst op een systematisch verband tussen diepe geologische structuren en de verrijking van zeldzame aardmetalen.

Onderzoekers wezen erop dat de dikste gebieden van de lithosfeer een ‘broeinest’ vormen voor de verrijking van zeldzame aardmetalen: de mantelrotsen kunnen hier slechts in zeer beperkte mate gedeeltelijk smelten onder omstandigheden van hoge druk en lagere temperaturen, en produceren slechts een kleine hoeveelheid magma. Deze magma's met een klein volume kunnen gemakkelijk lange tijd op de bodem van de lithosfeer worden "opgesloten", en blijven gedurende miljoenen jaren van evolutie een verscheidenheid aan metaalelementen concentreren, waaronder zeldzame aardmetalen, en vormen uiteindelijk minerale afzettingen met ontwikkelingswaarde.

Dr. Emilie Bowman, hoofdauteur van het artikel van de afdeling Aardwetenschappen van de Universiteit van Cambridge, zei dat het onderzoek “ons enige voorspellende kracht geeft over waar dit soort gesteenten, en de daarvan afgeleide afzettingen van zeldzame aardmetalen, waarschijnlijk zullen voorkomen.” Zij en haar team verzamelden chemische gegevens over ongeveer 9.000 stollingsgesteentemonsters van over de hele wereld, die allemaal het gemeenschappelijke kenmerk delen van hoge niveaus van opgeloste koolstofdioxide, waarvan wordt gedacht dat het een sleutelrol speelt bij de verrijking van zeldzame aardelementen.

Dit speciale type stollingsgesteente is lange tijd een beetje een marginale groep binnen de geologische gemeenschap geweest: ze hebben veel namen en vreemde minerale samenstellingen. Veel van de namen zijn terug te voeren op de 19e en vroege 20e eeuw en hebben vaak betrekking op het gebied waar ze voor het eerst werden ontdekt. Sommige geologen maken grapjes dat het zelfstandige naamwoordensysteem voor deze rotsen bijna een nieuwe taal zou kunnen vormen. Vanwege de verwarrende classificatie en complexe wetenschappelijke vraagstukken bleven veel onderzoekers er in het verleden van weg.

De doorbraak van het team deze keer was het combineren van deze complexe gesteentechemische informatie met seismische beeldgegevens van de interne structuur van de aarde. Geofysici Sergei Lebedev en Siyuan Sui die aan het onderzoek deelnamen, gebruikten seismische golven om de interne structuur van de aarde te 'doorzien', vergelijkbaar met sonar om de landvormen van de zeebodem te schetsen. Door dit soort "profielbeeldvorming" zagen onderzoekers duidelijk de ruimtelijke veranderingen in de lithosferische dikte, en bevestigden verder dat de lithosferische dikte een "leidende" rol speelt bij het beheersen van de verspreiding van met zeldzame aardmetalen verwante gesteenten.

De resultaten laten zien dat gesteenten met gunstige chemische omstandigheden die de verrijking van zeldzame aardmetalen bevorderen, voornamelijk geconcentreerd zijn nabij de steile randen van de oudste en dikste lithosfeergebieden – de randen van de ‘wortels’ van grote oude landmassa’s. Dit betekent dat bij het inzetten van exploratiewerk op mondiale schaal in de toekomst, als deze dikke lithosferische grenszones als sleutelgebieden worden beschouwd, dit naar verwachting de efficiëntie van het vinden van nieuwe afzettingen van zeldzame aardmetalen aanzienlijk zal verbeteren.

Zeldzame aardelementen zijn een van de belangrijkste materialen in veel moderne technologieën zoals smartphones, elektrische auto's en windturbines. Terwijl landen aandacht blijven besteden aan de zekerheid van de lokale aanvoer van belangrijke mineralen, is een nauwkeuriger begrip van de geologische processen en ruimtelijke distributiepatronen van afzettingen van zeldzame aardmetalen een belangrijke grens geworden in de geologie van hulpbronnen en strategisch onderzoek. Dit onderzoek levert nieuwe ideeën op voor dit vakgebied door uit te gaan van de diepe structuur van de aarde.

Wat het mineralisatiemechanisme betreft, gaat het door het onderzoeksteam voorgestelde model ervan uit dat de dikke lithosfeer de mantelgesteenten lange tijd in een staat van hoge druk en relatief lage temperatuur houdt, waardoor het smelten op grote schaal wordt verhinderd en lokaal slechts een kleine hoeveelheid magma wordt gegenereerd. Deze kleine kooldioxiderijke magmacapsules blijven op de bodem van de lithosfeer achter en koelen af ​​en stollen uit tot ongewoon CO₂-rijke stollingsgesteenten. Vervolgens werden deze rotsen, onder invloed van latere tektonische of thermische gebeurtenissen, gedeeltelijk weer gesmolten, waardoor zeldzame aardmetalen verder geconcentreerd raakten, en uiteindelijk evolueerden ze naar zeldzame aardafzettingen met industriële waarde.

Sally Gibson, corresponderend auteur van het artikel en professor aan de afdeling Aardwetenschappen van de Universiteit van Cambridge, leidt momenteel een gerelateerd onderzoeksproject ter waarde van £ 1 miljoen. Ze zei dat eerder onderzoek zich meestal richtte op individuele afzettingen of lokale gebieden, maar dat dit werk systematisch onderzoek deed naar zeldzame aardmetalen op mondiale schaal en het perspectief uitbreidde naar de diepten van de aarde. Deze transformatie ‘van punt naar oppervlak, van ondiep naar diep’ is de sleutel tot het ontdekken van universele wetten.

De resultaten die dit keer zijn gepubliceerd, richten zich op zeldzame aardmetalen en minerale afzettingen die na 200 miljoen jaar (200 miljoen jaar) zijn gevormd, dat wil zeggen het gemineraliseerde systeem dat is gevormd na de belangrijkste fase van het uiteenvallen van de grote oude continentale blokken van de aarde. Het onderzoeksteam is van plan om in de volgende stap de tijdsscope uit te breiden naar een langere geologische geschiedenis, inclusief oude rotsen die meer dan 200 miljoen jaar oud zijn. Veel belangrijke zeldzame aardmijnen over de hele wereld zijn verspreid in deze oude lagen. Echter, beïnvloed door gewelddadige tektonische processen zoals het bouwen van bergen en kloven, ondergaan oude rotsen vaak complexe transformaties, waardoor hun gedetailleerde interpretatie uitdagender wordt.

Gibson wees erop dat nu voorlopig is bevestigd dat er een systematisch distributieverband bestaat tussen dit type gesteente en de dikke lithosfeer. In de volgende fase zullen we proberen deze regel te extrapoleren naar langere geologische perioden om de toepasbaarheid ervan onder verschillende tektonische achtergronden en verschillende geologische tijdperken te testen. Hoewel dit werk moeilijker is, wordt verwacht dat het een "belangrijke schakel" zal worden in toekomstige exploratievoorspellingen van zeldzame aardmetalen en andere belangrijke mineralen.