By 
Згаслі вулкани важко вивчати – ми ніколи не бачимо їх виверження. Використовуючи унікальну експериментальну техніку, ми змогли відтворити певний тип згаслого вулкана в лабораторії, дізнавшись більше про магму, яку виробляють ці вулкани. Ми виявили, що деякі рідкісні типи магми напрочуд ефективні в концентрації рідкоземельних елементів. Це група металів з вирішальним застосуванням у кількох високотехнологічних галузях, таких як магніти для електромобілів і вітрових турбін .
Попит на рідкоземельні елементи різко зростає, оскільки суспільство відходить від викопного палива та електрифікує виробництво енергії та транспорт. Незважаючи на назву, рідкоземельні елементи не є особливою рідкістю. Найбільшою проблемою є пошук гірських порід, у яких ці метали сконцентровані достатньо, щоб їх було економічно вигідно видобувати. Дослідження, опубліковане в журналі Geochemical Perspectives Letters, показує, що деякі згаслі вулкани є чудовим місцем для огляду.
Багата залізом магма в згаслих вулканах
Існує загадковий тип магми, який містить надзвичайно велику кількість заліза. Це настільки рідко, що в історії не було вивержень із таким типом магми. Натомість відомо лише про згаслі вулкани, які діяли багато мільйонів років тому.
Найвідомішим прикладом такого вулкана є Ель-Лако в Чилі. Іншим яскравим прикладом є Кіруна у Швеції, де протягом багатьох десятиліть видобувається залізна руда. Минулого року її операційна компанія LKAB оголосила Кіруну найбільшим ресурсом рідкоземельних металів у Європі.
Відкриття в Кіруні змусило нас (і багатьох інших) задуматися, чому в вулканічній залізній шахті є рідкоземельні ресурси. Ми вже знаємо про багато інших типів гірських порід, що містять рідкоземельні елементи, і жоден з них не схожий на Кіруну та інші згаслі багаті залізом вулкани.
Чи це була просто геологічна випадковість, чи є щось притаманне багатим на залізо магмам, що робить їх багатими на рідкісні землі? Зрештою, багато з цих багатих залізом згаслих вулканів відомі, але ніхто ніколи не потрудився перевірити, чи є в них рідкоземельні ресурси. Крім того, багаті залізом породи часто легко знайти через їхній сильний магнітний сигнал, незважаючи на їхню рідкість. Чи варто їх додати до цільового списку дослідників рідкісних земель?
Відтворення вулканізму в пляшці
Щоб перевірити цю гіпотезу, ми використали машину під назвою поршневий циліндр. Ми поміщаємо синтетичний матеріал, схожий на вулканічні породи та магму, у маленькі капсули або «пляшки» з благородних металів, таких як платина. Потім ми затиснули їх до глибини, еквівалентної 15 кілометрам у земній корі, і нагріли до 1100°C, розплавивши їх у рідину.
У цих екстремальних умовах ми виявили, що багата залізом магма існує у вигляді бульбашок всередині більш поширеного типу магми, відомого практично з усіх сучасних діючих вулканів. Багата залізом магма поглинає рідкоземельні елементи з навколишньої рідини.
Ці бульбашки, багаті на залізо, матимуть різну щільність і в’язкість і будуть відділятися від середовища, у якому вони бідні, подібно до того, як змішані вода й нафта згодом розділяться на окремі шари.
Багаті залізом магми настільки ефективно поглинають рідкоземельні елементи, що їх вміст майже у 200 разів перевищує вміст звичайних магм навколо них. Це означає, що відкриття в Кіруні не було випадковістю. Це те, чого ми можемо очікувати від більшості, якщо не всіх, багатих залізом вулканів.
Чому нам потрібно більше родовищ рідкоземельних елементів?
Виробництво рідкоземельних елементів зосереджено лише в кількох країнах – переважно в Китаї, а також у Сполучених Штатах, М’янмі та Австралії. Тому рідкоземельні землі класифікуються як «важливі мінерали»: вони мають важливе використання, але страждають від ризику ланцюжка поставок через геополітичні фактори.
Оскільки попит на рідкоземельні елементи різко зріс, це призвело до значних інвестицій у дослідження та розвідку додаткових родовищ. Чим більше родовищ відомо, тим краще галузь може вибрати родовища, які дадуть рідкісноземельні елементи з найменшими фінансовими, екологічними та суспільними витратами.
Згаслі багаті залізом вулкани часто видобувають залізну руду. Наші результати показують, що існуючі шахти в таких місцях потенційно можуть бути модифіковані для виробництва рідкоземельних елементів.
Це було б позитивним результатом – існуюча операція видобутку може отримати додаткову вартість. У деяких випадках шахтні відходи можуть бути перероблені для вилучення цих критичних металів. Це означало б, що нові шахти для рідкоземельних елементів можуть навіть не знадобитися, запобігаючи непотрібному порушенню природного середовища.
Comments