Επιστήμονες ίσως ανακάλυψαν τον «κρυφό οδικό χάρτη» της Γης για τα σπάνια μέταλλα που τροφοδοτούν τηλέφωνα, ηλεκτρικά οχήματα και καθαρή ενέργεια.
Επιστήμονες δημιούργησαν έναν παγκόσμιο «χάρτη θησαυρού» για στοιχεία σπάνιων γαιών, ανακαλύπτοντας πού είναι πιο πιθανό να σχηματιστούν τα παράξενα ηφαιστειογενή πετρώματα που τα περιέχουν. Συνδυάζοντας χιλιάδες δείγματα πετρωμάτων με σεισμικές εικόνες από το βαθύ εσωτερικό της Γης, η ομάδα διαπίστωσε ότι αυτά τα πλούσια σε μέταλλα πετρώματα τείνουν να εμφανίζονται κατά μήκος των αρχαίων, παχιών ριζών των ηπείρων.
Αυτά τα ασυνήθιστα πετρώματα, που κάποτε θεωρούνταν γεωλογικές παραδοξότητες, είναι πλέον εξαιρετικά σημαντικά επειδή περιέχουν πολλά από τα υλικά που χρησιμοποιούνται σε smartphone, ηλεκτρικά οχήματα και ανεμογεννήτριες.
Ερευνητές δημιούργησαν έναν νέο παγκόσμιο χάρτη που δείχνει πού εντοπίζονται ασυνήθιστα ηφαιστειογενή πετρώματα που συνδέονται με στοιχεία σπάνιων γαιών, αποκαλύπτοντας μια εντυπωσιακή σύνδεση με τα παλαιότερα και παχύτερα τμήματα των ηπείρων της Γης.
Η διεθνής ομάδα, με επικεφαλής επιστήμονες από το Τμήμα Επιστημών της Γης του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ, διαπίστωσε ότι αυτά τα πλούσια σε σπάνιες γαίες πυριγενή πετρώματα συνδέονται στενά με μεταβολές στη λιθόσφαιρα, το άκαμπτο εξωτερικό κέλυφος του πλανήτη.
Πώς η νέα μελέτη προβλέπει τα μελλοντικά κοιτάσματα
Τα ευρήματά τους υποδηλώνουν ότι η παχιά λιθόσφαιρα παίζει καθοριστικό ρόλο στον σχηματισμό των ειδών πετρωμάτων που είναι ικανά να συσσωρεύουν πολύτιμα μέταλλα με την πάροδο του χρόνου. Η μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στο Nature Geoscience, θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να εντοπίσουν νέα κοιτάσματα σπάνιων γαιών σε όλο τον κόσμο.
«Η έρευνά μας αρχίζει να παρέχει μια μορφή προβλεπτικής ικανότητας για το πού μπορούμε να αναμένουμε ότι θα σχηματιστούν αυτά τα πετρώματα και, κατ’ επέκταση, τα συνδεόμενα με αυτά κοιτάσματα στοιχείων σπάνιων γαιών», δήλωσε η Δρ. Έμιλι Μπόουμαν, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης από το Τμήμα Επιστημών της Γης του Κέιμπριτζ.
Τα στοιχεία σπάνιων γαιών αποτελούν κρίσιμα συστατικά σε πολλές σύγχρονες τεχνολογίες, συμπεριλαμβανομένων των smartphone, των ηλεκτρικών οχημάτων και των ανεμογεννητριών. Καθώς η ζήτηση για τεχνολογίες καθαρής ενέργειας αυξάνεται, οι χώρες αναζητούν όλο και περισσότερο ασφαλείς εγχώριες προμήθειες, αντί να βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στις εισαγωγές από την Κίνα.
Ο αρχαίος ηπειρωτικός φλοιός κρατά το κλειδί
Οι επιστήμονες προσπαθούν εδώ και καιρό να κατανοήσουν γιατί τα κοιτάσματα σπάνιων γαιών εμφανίζονται σε ορισμένες περιοχές και όχι σε άλλες.
«Υπάρχει σημαντικό επιστημονικό ενδιαφέρον για το γιατί τα κοιτάσματα σπάνιων γαιών σχηματίζονται εκεί που σχηματίζονται», δήλωσε η καθηγήτρια Σάλι Γκίμπσον, κύρια συγγραφέας της μελέτης από το Τμήμα Επιστημών της Γης του Κέιμπριτζ, η οποία αυτή τη στιγμή ηγείται ενός ερευνητικού έργου ύψους 1.16 εκατομμυρίων ευρώ (1 εκατομμυρίου λιρών) εστιασμένου σε αυτό το θέμα.
Οι περισσότερες προηγούμενες μελέτες εξέταζαν μεμονωμένα κοιτάσματα ή συγκεκριμένες περιοχές.
Αντίθετα, η παρούσα έρευνα εξέτασε το πρόβλημα σε παγκόσμια κλίμακα, διερευνώντας παράλληλα διεργασίες που συμβαίνουν βαθιά κάτω από την επιφάνεια της Γης.
Για τη διεξαγωγή της μελέτης, η Μπόουμαν συγκέντρωσε χημικά δεδομένα από περίπου 9.000 δείγματα πυριγενών πετρωμάτων που συλλέχθηκαν παγκοσμίως.
Όλα αυτά τα πετρώματα ήταν εμπλουτισμένα με διαλυμένο CO2, ένα σημαντικό συστατικό που αυξάνει την πιθανότητα συσσώρευσης στοιχείων σπάνιων γαιών.
«Μέχρι σχετικά πρόσφατα, αυτή η υποομάδα πυριγενών πετρωμάτων αποτελούσε απλώς αξιοπερίεργα φαινόμενα», δήλωσε η Γκίμπσον. «Οι γεωλόγοι τα συνέλεγαν με πάθος, ενώ οι προπτυχιακοί φοιτητές έμεναν άναυδοι μαζί τους στα εργαστηριακά μαθήματα. Όμως, τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει εξαιρετικά σημαντικά».
Πολλά από αυτά τα πετρώματα είναι άκρως ασυνήθιστα και εντοπίστηκαν αρχικά κατά τον 19ο και τις αρχές του 20ού αιώνα. Τα ονόματά τους προέρχονταν συχνά από τις τοποθεσίες όπου ανακαλύφθηκαν ή από τα παράξενα ορυκτά που περιείχαν.
«Η ορολογία είναι τόσο εκτενής που θα μπορούσες σχεδόν να φτιάξεις μια νέα γλώσσα από τα ονόματα αυτών των πετρωμάτων», δήλωσε η Γκίμπσον. «Αυτό, μαζί με την επιστημονική τους πολυπλοκότητα, προκάλεσε επιπλέον σύγχυση, και οι άνθρωποι έτειναν να απομακρύνονται από αυτά».
Τα σεισμικά κύματα αποκαλύπτουν κρυφά στοιχεία για τις σπάνιες γαίες
Οι ερευνητές συνδύασαν τη βάση δεδομένων των πετρωμάτων με λεπτομερή σεισμική απεικόνιση του εσωτερικού της Γης. Χρησιμοποιώντας κύματα σεισμών, η ομάδα κατάφερε να χαρτογραφήσει το πάχος και τη δομή της λιθόσφαιρας κάτω από διαφορετικές ηπείρους.
«Χρησιμοποιώντας σεισμικά κύματα από σεισμούς, μπορούμε να δημιουργήσουμε μια εικόνα διατομής της λιθόσφαιρας, περίπου όπως ένα σόναρ μπορεί να εντοπίσει χαρακτηριστικά στον πυθμένα της θάλασσας», δήλωσε ο καθηγητής Σεργκέι Λεμπέντεφ, γεωφυσικός που συμμετείχε στη μελέτη.
«Από αυτή τη χαρτογράφηση μπορούμε να δούμε ότι το πάχος της λιθόσφαιρας παίζει καθοδηγητικό ρόλο στο πού βρίσκουμε αυτά τα κοιτάσματα». Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι τα πετρώματα με τη σωστή χημική σύσταση για τον εμπλουτισμό σε σπάνιες γαίες εντοπίζονται κυρίως κατά μήκος των απότομων ορίων της παχύτερης και αρχαιότερης λιθόσφαιρας της Γης.
«Έπρεπε να ενώσουμε αυτά τα δύο κομμάτια του παζλ, τη χημική σύσταση των πετρωμάτων και τα σεισμικά δεδομένα, προκειμένου να κάνουμε τη σύνδεση», δήλωσε η Γκίμπσον. «Πετρώματα με τη σωστή χημική σύσταση για εμπλουτισμό εμφανίζονται μόνο σε πολύ συγκεκριμένα μέρη, κυρίως κατά μήκος των απότομων ορίων της παχύτερης και αρχαιότερης λιθόσφαιρας της Γης».
Πώς σχηματίζονται αργά τα κοιτάσματα σπάνιων γαιών βαθιά κάτω από τη γη
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η παχιά λιθόσφαιρα διατηρεί τα πετρώματα του μανδύα υπό συνθήκες υψηλής πίεσης και σχετικά χαμηλής θερμοκρασίας, περιορίζοντας τον βαθμό στον οποίο μπορεί να συμβεί τήξη. Υπό αυτές τις συνθήκες, μόνο μικρές ποσότητες μάγματος σχηματίζονται βαθιά κάτω από το έδαφος.
Αυτοί οι θύλακες μάγματος συχνά εγκλωβίζονται κάτω από τη λιθόσφαιρα, όπου ψύχονται αργά και στερεοποιούνται σε πυριγενή πετρώματα πλούσια σε CO2.
Μεταγενέστερα γεωλογικά γεγονότα μπορούν να λιώσουν μερικώς αυτά τα πετρώματα ξανά, επιτρέποντας στα στοιχεία σπάνιων γαιών να συσσωρευτούν ακόμη περισσότερο με την πάροδο του χρόνου, μέχρι που τελικά σχηματίζονται οικονομικά εκμεταλλεύσιμα κοιτάσματα.
Η ομάδα σχεδιάζει τώρα να επεκτείνει την έρευνά της ώστε να συμπεριλάβει πετρώματα παλαιότερα των 200 εκατομμυρίων ετών, τα οποία περιέχουν πολλά από τα σημαντικότερα ορυχεία και κοιτάσματα σπάνιων γαιών στον κόσμο.
«Για αυτήν την εργασία επικεντρωθήκαμε αρχικά σε κοιτάσματα που σχηματίστηκαν μετά τις κύριες φάσεις διάσπασης των μεγάλων ηπείρων της Γης», δήλωσε η Γκίμπσον. Η ίδια εξήγησε ότι η γεωλογική δραστηριότητα, όπως η ορογένεση και η δημιουργία ηπειρωτικών ρηγμάτων, έχει διαταράξει πολλά παλαιότερα πετρώματα, καθιστώντας τα πιο δύσκολα στην ανάλυση.
«Τώρα που διαπιστώσαμε ότι υπάρχει αυτή η συστηματική συμπεριφορά, μπορούμε να πάμε πιο πίσω στον χρόνο. Θα είναι πιο απαιτητικό, αλλά είμαι αισιόδοξη ότι αυτό θα αποτελέσει ένα βασικό βήμα για την πρόβλεψη της εμφάνισης ορυκτών».
