火山可能會揭示在哪里挖掘礦物以用于未來能源技術

在悉尼西北約 400 公里處，達博以南，坐落著一大塊有趣的巖石，大約在 2.15 億年前由火山噴發形成。

這個遺址被稱為 Toongi 礦床，是富含所謂的稀土：從電動汽車到太陽能電池板和手機的現代技術必不可少的 16 種金屬元素的集合。

目前正在努力開采這筆存款，但未來幾十年對稀土的需求可能會巨大.

要了解更多信息，我們需要了解這些存款是如何形成的以及為什么形成的。我們關于澳大利亞火山的最新研究發表在自然、通信、地球與環境》中，展示了火山內部形成的微小晶體如何為稀土礦床的形成提供線索，以及我們如何找到更多的稀土礦床。

稀土和熔化的地幔

稀土元素礦床的形成始于地殼深處的地幔部分熔化。

地幔以富含鐵和鎂的礦物為主。這些礦物還含有少量其他元素，包括稀土元素。

當地幔熔化形成巖漿時，稀土元素很容易進入巖漿中。如果熔化量小，巖漿中稀土元素的比例高于熔化量大時，例如，在洋中脊，大量巖漿沖向表面并形成新的洋殼。

當這種巖漿向地球表面遷移時，它會冷卻下來，并開始形成新的礦物。這些礦物質主要由氧、硅、鈣、鋁、鎂和鐵組成。

這意味著剩余的巖漿含有更高濃度的稀土元素。這些殘留的液體將繼續通過地殼上升，直到它在表面凝固或噴發。

從格陵蘭島到新南威爾士州中部

如果巖漿在地殼中冷卻并結晶，它會形成含有高含量關鍵金屬的巖石。發生這種情況的一個地方是格陵蘭島南部的 Gardar 火成雜巖體，其中包含幾個稀土元素礦床。

在澳大利亞新南威爾士州中部，富含稀土元素的巖漿在地表噴發。它們被統稱為地質名稱 Benolong Volcanic Suite。

這間套房內是 Toongi 礦床 – 古代火山管道系統的一部分。這是含有非常高水平關鍵金屬的凝結巖漿的“侵入”。

富含稀土元素的巖漿并不常見，而那些富含稀土元素以進行高效開采的巖漿則更為罕見，全世界已知的例子很少。即使我們對巖漿的形成方式了如指掌，但要更好地理解和預測富含關鍵金屬的巖漿的產地，還有很多工作要做。

晶體記錄火山歷史

您可能想知道科學家是如何了解我們腳下幾公里（有時是幾十公里）發生的事情的。我們通過研究到達地表的巖石，學到了很多關于地球內部的知識。

巖漿從地球內部升起時發生的過程為沿途結晶的礦物的化學成分留下了線索。特別是一種礦物 – 斜輝石 – 在保存這些線索方面特別有效，例如小小的水晶球.

幸運的是，Benolong 火山套間的許多巖石中都有斜輝石晶體。這使我們能夠檢查非礦化巖石的歷史，并將其與礦化的 Toongi 侵入體進行比較。

Toongi 的巖石有什么不同

我們發現 Toongi 巖石有兩個重要的區別。

首先，非礦化火山巖組中的斜輝石含有大量稀土元素。這告訴我們，對于火山巖組中的大多數巖石，關鍵金屬被“鎖”在斜輝石中，而不是留在殘余熔體中。

相比之下，來自 Toongi 的斜輝石晶體顯示出低水平的稀土元素。在這里，這些元素包含在不同的礦物中，Eudialyte （真透析液），可以開采稀土元素。

其次，也是最有趣的是，來自 Toongi 的斜輝石具有類似于沙漏形狀.這是由晶體某些部分的不同元素引起的。這是一個令人興奮的觀察結果，因為它表明由于晶體形成時釋放的氣體而發生了快速結晶。

相比之下，我們沒有發現在沒有高含量稀土的巖石中快速結晶的證據。

我們的工作意味著我們現在可以追蹤澳大利亞及其他地區其他死火山中斜輝石的組成和分區，以找出哪些火山可能積累相關的稀土元素礦床。

這項研究為理解關鍵金屬積累，以及我們如何找到它們來為綠色、可再生能源提供動力，以實現可持續的未來。

布雷納因·辛普森， 博士生，昆士蘭大學;卡爾·斯潘德勒副教授阿德萊德大學和特蕾莎·烏比德， ARC 未來研究員和火成巖巖石學/火山學副教授，昆士蘭大學

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