Нещодавнє дослідження показує, що утворення рідкісноземельних елементів відбувається в магмі над давніми зонами занурення, коли ця магма вступає в реакцію з речовинами, які виділяються під час занурення однієї тектонічної плити під іншу.
Новітнє дослідження здатне обмежити коло пошуку покладів рідкоземельних елементів. На світлині – шахта з видобутку мінералів, що містять рідкісні землі, у Національному заповіднику Мохаве. (Фото: David McNew/Getty Images) Підпишіться на нашу інформаційну розсилку
Ймовірно, науковці виявили новий метод для пошуку родовищ рідкоземельних елементів, надзвичайно важливих для технологічної та енергетичної галузей.
Рідкісноземельні елементи формуються кристалізацією у мантії Землі всередині скупчень магми, збагачених лужними металами, як-от натрій і калій, і карбонатними мінералами, такими як кальцит і доломіт. В нещодавньому дослідженні науковці продемонстрували, що ці типи магми, відомі як лужні та карбонатитові магми, виникають над давніми зонами субдукції, де одна тектонічна плита занурюється під іншу.
Дослідження, оприлюднене 8 квітня у виданні Science Advances, спростовує попередні теорії, які пов’язували родовища рідкоземельних елементів переважно з мантійними плюмами — великими грибоподібними колонами розпеченої розплавленої породи, які беруть початок поблизу ядра Землі. Можливо, мантійні плюми відіграють певну роль у формуванні рідкоземельних елементів, стверджують дослідники у праці. Однак, чіткого збігу між цими двома явищами не спостерігається, і плюми можуть бути надто гарячими для формування лужних і карбонатитових магм.
У дослідженні група застосувала передові способи моделювання для відтворення тектоніки плит Землі та процесів субдукції за останні 2 мільярди років. (Вчені вважають, що субдукція плит розпочалася щонайменше 3,1 мільярда років тому, але найкращі моделі охоплюють лише 2 мільярди років.) Далі дослідники зіставили розташування зон субдукції з локалізацією сучасних родовищ рідкісноземельних елементів і зонами мантії, де відомі скупчення лужної та карбонатитової магми.
Спендлер і його колеги встановили, що у всьому світі відомі родовища рідкоземельних елементів і осередки магми, які їх містять, нерідко розміщуються над давніми зонами субдукції.
Коли тектонічна плита занурюється під іншу плиту в зоні субдукції, рідини (такі як вода) і галогенні елементи (фтор, хлор, бром, йод, астат і теннесин) вивільняються у вищерозміщену мантію. Дослідники висунули гіпотезу, що ці субстанції вступають в реакцію з породами, такими як перидотит, створюючи «запліднені» ділянки мантії, які можуть залишатися стабільними протягом мільйонів років, перш ніж поступово розплавитися, утворюючи лужну або карбонатитову магму, а згодом і родовища рідкісноземельних елементів.
Різні геологічні процеси теоретично можуть розплавити збагачений матеріал мантії, зокрема мантійний плюм, розтягування та витончення континентів над ним, а також зниження тиску внаслідок дегляціації на поверхні Землі, пишуть дослідники у своїй праці. Незалежно від конкретного процесу, значна різниця у віці між деякими зонами субдукції та вищерозміщеними магматичними осередками й родовищами рідкісноземельних елементів, відзначена у дослідженні, свідчить про те, що збагачені ділянки можуть існувати протягом еонів.
«Цей часовий розрив є одним із найдивовижніших аспектів наших відкриттів», – повідомив Спендлер у своїй заяві. «Це показує, що мантія Землі може зберігати ці збагачені зони протягом надзвичайно тривалих періодів, перш ніж виникнуть сприятливі умови для формування мінеральних родовищ».
Результати продемонстрували, що 67% відомих скупчень лужної та карбонатитової магми та 72% відомих родовищ рідкісноземельних елементів розташовані на поверхні збагаченого мантійного матеріалу. Оскільки старіші родовища рідкісноземельних елементів, як правило, більші та мають вищий вміст, ніж новіші, дослідники повторно провели аналіз для родовищ віком понад 540 мільйонів років і виявили, що 92% з них розміщені над збагаченими зонами мантії.
Мантія Землі — це прошарок планети під земною корою, який оточує зовнішнє ядро. (Зображення: KATERYNA KON/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images)
Науковці стверджують, що родовища рідкісноземельних елементів, які у дослідженні не було пов’язано зі збагаченими ділянками мантії, ймовірно, пов’язані із зонами субдукції, вік яких перевищує 2 мільярди років. Примітно, що в регіонах світу, де перетинаються декілька ділянок збагаченої мантії, було виявлено більше лужних і карбонатитових магматичних скупчень, а також родовищ рідкісноземельних елементів, зазначають вони.
Існує 17 рідкісноземельних елементів — ітрій, скандій і 15 металевих елементів, розташованих у нижній частині періодичної таблиці. Ці елементи є важливими складовими акумуляторів електромобілів, вітрових турбін і смартфонів, але досі пошук родовищ, достатньо великих для видобутку, був непростим завданням.
Результати можуть допомогти державам і корпораціям виявляти більше родовищ рідкісноземельних елементів, йдеться у заяві співавтора дослідження Ендрю Мердіта, дослідника Школи фізики, хімії та наук про Землю Університету Аделаїди. «Зосереджуючись на цих давніх тектонічних зонах, розвідувальні компанії та уряди можуть застосувати більш цілеспрямований і ефективний підхід до пошуку нових родовищ», – підкреслив Мердіт.
Найкращими місцями для пошуків можуть бути райони з давніми зонами субдукції, а також магма, що утворилася за низьких температур, і високостабільні ділянки кори та верхньої мантії, наголошують науковці у дослідженні.
Вони додали, що вдосконалення моделей і подальший аналіз минулих геологічних епох можуть допомогти вченим виявити ще більш перспективні регіони.
Вікторина «Що всередині Землі»: перевірте свої знання про приховані шари нашої планети
ТЕМИ
Sourse: www.livescience.com