火山可能会揭示在哪里挖掘矿物以用于未来能源技术

在悉尼西北约 400 公里处，达博以南，坐落着一大块有趣的岩石，大约在 2.15 亿年前由火山喷发形成。

这个遗址被称为 Toongi 矿床，是富含所谓的稀土：从电动汽车到太阳能电池板和手机的现代技术必不可少的 16 种金属元素的集合。

目前正在努力开采这笔存款，但未来几十年对稀土的需求可能会巨大.

要了解更多信息，我们需要了解这些存款是如何形成的以及为什么形成的。我们关于澳大利亚火山的最新研究发表在自然、通信、地球与环境》中，展示了火山内部形成的微小晶体如何为稀土矿床的形成提供线索，以及我们如何找到更多的稀土矿床。

稀土和熔化的地幔

稀土元素矿床的形成始于地壳深处的地幔部分熔化。

地幔以富含铁和镁的矿物为主。这些矿物还含有少量其他元素，包括稀土元素。

当地幔熔化形成岩浆时，稀土元素很容易进入岩浆中。如果熔化量小，岩浆中稀土元素的比例高于熔化量大时，例如，在洋中脊，大量岩浆冲向表面并形成新的洋壳。

当这种岩浆向地球表面迁移时，它会冷却下来，并开始形成新的矿物。这些矿物质主要由氧、硅、钙、铝、镁和铁组成。

这意味着剩余的岩浆含有更高浓度的稀土元素。这些残留的液体将继续通过地壳上升，直到它在表面凝固或喷发。

从格陵兰岛到新南威尔士州中部

如果岩浆在地壳中冷却并结晶，它会形成含有高含量关键金属的岩石。发生这种情况的一个地方是格陵兰岛南部的 Gardar 火成杂岩体，其中包含几个稀土元素矿床。

在澳大利亚新南威尔士州中部，富含稀土元素的岩浆在地表喷发。它们被统称为地质名称 Benolong Volcanic Suite。

这间套房内是 Toongi 矿床 – 古代火山管道系统的一部分。这是含有非常高水平关键金属的凝结岩浆的“侵入”。

富含稀土元素的岩浆并不常见，而那些富含稀土元素以进行高效开采的岩浆则更为罕见，全世界已知的例子很少。即使我们对岩浆的形成方式了如指掌，但要更好地理解和预测富含关键金属的岩浆的产地，还有很多工作要做。

晶体记录火山历史

您可能想知道科学家是如何了解我们脚下几公里（有时是几十公里）发生的事情的。我们通过研究到达地表的岩石，学到了很多关于地球内部的知识。

岩浆从地球内部升起时发生的过程为沿途结晶的矿物的化学成分留下了线索。特别是一种矿物 – 斜辉石 – 在保存这些线索方面特别有效，例如小小的水晶球.

幸运的是，Benolong 火山套间的许多岩石中都有斜辉石晶体。这使我们能够检查非矿化岩石的历史，并将其与矿化的 Toongi 侵入体进行比较。

Toongi 的岩石有什么不同

我们发现 Toongi 岩石有两个重要的区别。

首先，非矿化火山岩组中的斜辉石含有大量稀土元素。这告诉我们，对于火山岩组中的大多数岩石，关键金属被“锁”在斜辉石中，而不是留在残余熔体中。

相比之下，来自 Toongi 的斜辉石晶体显示出低水平的稀土元素。在这里，这些元素包含在不同的矿物中，Eudialyte （真透析液），可以开采稀土元素。

其次，也是最有趣的是，来自 Toongi 的斜辉石具有类似于沙漏形状.这是由晶体某些部分的不同元素引起的。这是一个令人兴奋的观察结果，因为它表明由于晶体形成时释放的气体而发生了快速结晶。

相比之下，我们没有发现在没有高含量稀土的岩石中快速结晶的证据。

我们的工作意味着我们现在可以追踪澳大利亚及其他地区其他死火山中斜辉石的组成和分区，以找出哪些火山可能积累相关的稀土元素矿床。

这项研究为理解关键金属积累，以及我们如何找到它们来为绿色、可再生能源提供动力，以实现可持续的未来。

布雷纳因·辛普森， 博士生，昆士兰大学;卡尔·斯潘德勒副教授阿德莱德大学和特蕾莎·乌比德， ARC 未来研究员和火成岩岩石学/火山学副教授，昆士兰大学

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