Røntgenbilleder af sten viser deres superflydende fortid, og afslører mineralaflejringer, der er vigtige for batterier

Nye røntgenteknologier afslører nogle af de utrolige processer, der fandt sted i Jordens geologiske historie – og skulle hjælpe os med at identificere nye højværdimalme.

Vi ser, at nogle af de mest værdifulde ophobninger af metaller, der nogensinde er udvundet af mennesker, dannet af smeltede sten, og især fra smeltede sulfidmineraler (dem, der har svovl som en vigtig komponent).

Disse metalophobninger, kaldet malmforekomster, indeholder nikkel, kobber og kobolt-metaller, der er kritiske komponenter i lithium-ion-batterier.

Selv til nuværende priser, store eksempler på sådanne engang smeltede malmlegemer indeholder nikkel for hundreder af milliarder dollars, normalt med værdifulde biprodukter kobber, kobolt, platin og palladium.

Vi skal blive ved med at finde nye, højkvalitetsforekomster – som det nyligt opdagede Nova-Bollinger malmlegeme øst for Kalgoorlie i det vestlige Australien – for at holde trit med den uundgåelige stigning i efterspørgslen. På nuværende fremskrivninger, en ny af disse er nødvendig hvert år for at følge med efterspørgslen efter nikkel i lithium-ion-batterier.

En bedre forståelse af, hvordan disse aflejringer er dannet, dybt i jordskorpen for millioner af år siden, vil hjælpe os med at forbedre vores succesrate for udforskning.

VVS-system i gamle vulkaner

Den geologiske proces, der dannede malme fra smeltede sulfider, har meget til fælles med smeltning (den procedure, som mennesker har brugt i årtusinder til at udvinde rene metaller fra svovlholdige mineraler).

For millioner af år siden, smeltede jernsulfidmineraler reagerede med magma i ældgamle vulkaners VVS-system - og rensede faktisk de essentielle metaller nikkel, kobber, kobolt og platin. Disse mineraler akkumulerede i tilstrækkelige koncentrationer, således at de kunne udvindes, når erosion havde blotlagt malmen ved overfladen.

I løbet af de sidste par år, vi har i høj grad forbedret vores forståelse af, hvordan disse bemærkelsesværdige malmforekomster blev dannet. Denne forståelse er opbygget ved hjælp af nye teknikker til billeddannelse af malmene i to og tre dimensioner, ved hjælp af røntgenteknologier hos CSIRO og Australian Synchrotron.

Vi har brugt en teknik kaldet microbeam X-ray element mapping til at lave detaljerede 2-D billeder af malmene og klipperne, de sidder i.

Nogle af disse billeder - såsom det øverst i denne historie - er skabt på røntgenfluorescensmikroskopi-strålelinjen ved den australske synkrotron, anvendelse af Maia -detektorsystemet. Dette gør det muligt at indsamle gigapixel-billeder i løbet af få minutter.

Som at tænde lyset

Som supplement til denne teknik, vi har også anvendt højopløsnings 3-D røntgentomografi – svarende til en hospitals-CT-scanning – for i 3D at afsløre detaljer om formen og størrelsen af ​​dråberne af sulfidvæske, der dannede malmene.

Effekten har været at tænde et lys i et mørkt rum:Vi har set træk inde i faste klipper, som ikke tidligere er blevet afsløret.

Sulfid væsker, det viser sig, har bemærkelsesværdige fysiske egenskaber. De opfører sig som en varm kniv gennem smør:så ætsende, at de kan smelte gennem faste sten, ender i nogle tilfælde ti meter væk fra deres oprindelige værtsklipper.

Vi ved nu, at orebodies dannes i meget bestemte dele af de gamle "VVS -systemer", der fodrede magmaer til vulkanerne ovenfor. Malmene blev dannet, hvor den strømmende magma var så varm, at den smeltede klipperne omkring den.

Den "varme kniv" sulfidvæske fortsatte derefter med at smelte ind i gulvet, sådan, at malmene nu findes sprøjtet ind i de underliggende ikke-vulkanske klipper.

I tilfældet med de supergigantiske nikkelmalme i Norilsk-regionen i Sibirien, klipperne, der smeltede, tilførte også svovlen til at danne malmlegemerne.

Faktisk, så meget svovl blev frigivet ved denne proces, at meget af det, sammen med enorme mængder nikkel, faktisk brød ud i atmosfæren, bidrager til den største masseudryddelse i Jordens historie.

Nål i høstakke mål

Denne type arbejde hjælper os med at forbedre geologiske modeller, som efterforskningsindustrien bruger til at udforske nye aflejringer.

Nikkelsulfidmalme er notorisk vanskelige "nål i høstak"-mål, og vi er nødt til at bringe vores bedste kombination af geofysiske detektionsteknikker og prædiktive geologiske modeller.

Så hvor næste?

Forskning er i gang:både i de grundlæggende processer ved malmdannelse og i konsekvenserne af denne forståelse for, hvor og hvordan man skal lede efter nye aflejringer.

Nogle af de mineraler, der dannes sammen med sulfidmalmene, kan spredes ved erosion, og floder transporterer dem lange afstande fra selve aflejringerne.

Vi lærer at genkende disse kemisk karakteristiske korn, på samme måde bruger diamantforskere "indikatormineraler" til at finde frugtbare kimberlitter (kildestenen til diamanter).

Vi laver også mere grundlæggende forskning, såsom at bruge analogt materiale (saltvand og olivenolie fungerer meget godt, det viser sig) og beregningsvæskedynamiske modeller på supercomputere for at se nærmere på fysikken i, hvordan magmatiske malme kommer til at se ud, som de gør.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.