Die Ressourcen der Seltenen Erden, die auf „Gold der neuen Energie“ hinweisen, bekommen eine neue „Schatzkarte“ aus den Tiefen der Erde. Eine neue globale Studie des Department of Earth Sciences der Universität Cambridge hat herausgefunden, dass spezielle mit Kohlendioxid angereicherte magmatische Gesteine, die reich an Seltenerdelementen sind, eng mit der dicken Lithosphäre, den ältesten und dicksten kontinentalen „Wurzeln“ der Erde, verbunden sind, was wichtige Hinweise für die Suche nach neuen Seltenerdvorkommen liefert.

Die Forschung wurde vom Department of Earth Sciences der Universität Cambridge geleitet und das Forschungsteam kartierte die Verteilung ungewöhnlich kohlendioxidreicher magmatischer Gesteine ​​auf der ganzen Welt. Es wird angenommen, dass diese Art von magmatischem Gestein die Hauptquelle für Seltenerdelemente ist. Die Analyse zeigt, dass sich diese Gesteine ​​an den Rändern der dicksten und ältesten Teile der Lithosphäre der Erde konzentrieren, was auf einen systematischen Zusammenhang zwischen tiefen geologischen Strukturen und der Anreicherung seltener Erden hinweist.

Die Forscher wiesen darauf hin, dass die dicksten Bereiche der Lithosphäre eine „Brutstätte“ für die Anreicherung seltener Erden darstellen: Die Mantelgesteine ​​können hier unter Hochdruck- und Niedertemperaturbedingungen nur in sehr begrenztem Umfang teilweise schmelzen und nur geringe Mengen Magma produzieren. Diese kleinvolumigen Magmen bleiben leicht für lange Zeit am Boden der Lithosphäre „gesperrt“ und konzentrieren im Laufe der Millionen von Jahren der Entwicklung weiterhin eine Vielzahl von Metallelementen, einschließlich seltener Erden, und bilden schließlich Mineralvorkommen mit Entwicklungswert.

Dr. Emilie Bowman, Hauptautorin des Artikels vom Department of Earth Sciences der Universität Cambridge, sagte, die Forschung „liefert uns eine gewisse Vorhersagekraft darüber, wo diese Gesteinsarten und die daraus abgeleiteten Seltenerdvorkommen wahrscheinlich vorkommen.“ Sie und ihr Team haben chemische Daten zu etwa 9.000 magmatischen Gesteinsproben aus der ganzen Welt zusammengestellt, die alle das gemeinsame Merkmal eines hohen Gehalts an gelöstem Kohlendioxid aufweisen, das vermutlich eine Schlüsselrolle bei der Anreicherung von Seltenerdelementen spielt.

Lange Zeit war diese besondere Art von magmatischem Gestein in der geologischen Gemeinschaft eher ein Randgebiet: Sie hat viele Namen und seltsame Mineralzusammensetzungen. Viele der Namen lassen sich bis ins 19. und frühe 20. Jahrhundert zurückverfolgen und stehen oft in Zusammenhang mit der Gegend, in der sie erstmals entdeckt wurden. Einige Geologen scherzen, dass das Substantivsystem für diese Gesteine ​​fast eine neue Sprache darstellen könnte. Aufgrund der verwirrenden Klassifizierung und der komplexen wissenschaftlichen Fragestellungen haben viele Forscher in der Vergangenheit davon Abstand genommen.

Der Durchbruch des Teams bestand dieses Mal darin, diese komplexen Informationen zur Gesteinschemie mit seismischen Bilddaten der inneren Struktur der Erde zu kombinieren. Die an der Studie beteiligten Geophysiker Sergei Lebedev und Siyuan Sui verwendeten seismische Wellen, um die innere Struktur der Erde zu „durchschauen“, ähnlich wie Sonar, um die Landformen am Meeresboden zu skizzieren. Durch diese Art der „Profilbildgebung“ konnten die Forscher die räumlichen Veränderungen der Lithosphärendicke deutlich erkennen und außerdem bestätigen, dass die Lithosphärendicke eine „leitende“ Rolle bei der Steuerung der Verteilung seltenerdbezogener Gesteine ​​spielt.

Die Ergebnisse zeigen, dass Gesteine ​​mit günstigen chemischen Bedingungen, die die Anreicherung seltener Erden fördern, hauptsächlich in der Nähe der steilen Ränder der ältesten und dicksten Lithosphärenregionen konzentriert sind – den Rändern der „Wurzeln“ großer alter Landmassen. Dies bedeutet, dass bei künftigen Explorationsarbeiten im globalen Maßstab, wenn diese mächtigen lithosphärischen Grenzzonen als Schlüsselbereiche betrachtet werden, eine deutliche Verbesserung der Effizienz bei der Suche nach neuen Seltenerdvorkommen erwartet wird.

Seltenerdelemente sind eines der Schlüsselmaterialien in vielen modernen Technologien wie Smartphones, Elektroautos und Windkraftanlagen. Da Länder weiterhin auf die Sicherheit der lokalen Versorgung mit Schlüsselmineralien achten, ist ein genaueres Verständnis der geologischen Prozesse und räumlichen Verteilungsmuster von Seltenerdvorkommen zu einem wichtigen Ziel in der Ressourcengeologie und strategischen Forschung geworden. Diese Forschung liefert neue Ideen für dieses Gebiet, indem sie von der Tiefenstruktur der Erde ausgeht.

Im Hinblick auf den Mineralisierungsmechanismus geht das vom Forschungsteam vorgeschlagene Modell davon aus, dass die dicke Lithosphäre die Mantelgesteine ​​über einen langen Zeitraum in einem Zustand hohen Drucks und relativ niedriger Temperatur hält, wodurch ein großflächiges Schmelzen verhindert wird und lokal nur eine geringe Menge Magma entsteht. Diese kleinen kohlendioxidreichen Magmakapseln verbleiben am Boden der Lithosphäre, kühlen ab und verfestigen sich zu ungewöhnlich CO₂-reichem magmatischem Gestein. Anschließend wurden diese Gesteine ​​unter der Einwirkung späterer tektonischer oder thermischer Ereignisse teilweise wieder geschmolzen, wodurch sich die Seltenerdelemente weiter konzentrierten und sich schließlich zu Seltenerdvorkommen mit industriellem Wert entwickelten.

Sally Gibson, korrespondierende Autorin des Artikels und Professorin am Department of Earth Sciences der University of Cambridge, leitet derzeit ein entsprechendes Forschungsprojekt im Wert von 1 Million Pfund. Sie sagte, dass sich frühere Forschungen normalerweise auf einzelne Lagerstätten oder lokale Gebiete konzentrierten, diese Arbeit jedoch systematisch seltenerdbezogene Gesteine ​​auf globaler Ebene untersuchte und die Perspektive auf die Tiefen der Erde erweiterte. Diese Transformation „vom Punkt zur Oberfläche, vom Flachen in die Tiefe“ ist der Schlüssel zur Entdeckung universeller Gesetze.

Die dieses Mal veröffentlichten Ergebnisse konzentrieren sich auf seltenerdbezogene Gesteine ​​und Mineralablagerungen, die nach 200 Millionen Jahren (200 Millionen Jahren) entstanden sind, also auf das mineralisierte System, das sich nach der Hauptzerfallsphase der großen alten Kontinentalblöcke der Erde gebildet hat. Das Forschungsteam plant, den Zeitrahmen im nächsten Schritt auf eine längere geologische Geschichte auszudehnen, einschließlich alter Gesteine, die mehr als 200 Millionen Jahre alt sind. Viele wichtige Seltenerdminen auf der ganzen Welt sind in diesen alten Schichten verteilt. Durch heftige tektonische Prozesse wie Gebirgsbildung und Rissbildung unterliegen alte Gesteine ​​jedoch oft komplexen Veränderungen, was ihre detaillierte Interpretation schwieriger macht.

Gibson wies darauf hin, dass nun vorläufig bestätigt sei, dass es einen systematischen Verbreitungszusammenhang zwischen dieser Gesteinsart und der dicken Lithosphäre gebe. Im nächsten Schritt werden wir versuchen, diese Regel auf längere geologische Zeiträume zu übertragen, um ihre Anwendbarkeit unter verschiedenen tektonischen Hintergründen und unterschiedlichen geologischen Zeitaltern zu testen. Obwohl diese Arbeit schwieriger ist, wird erwartet, dass sie ein „Schlüsselglied“ für zukünftige Explorationsvorhersagen für seltene Erden und andere Schlüsselmineralien wird.