Geologer identificerer dybe jordstrukturer, der kan signalere skjulte metallodder

Hvis verden skal opretholde en bæredygtig økonomi og afværge de værste virkninger af klimaændringer, mindst en industri vil snart skulle øge dramatisk:minedrift af metaller, der er nødvendige for at skabe en omfattende infrastruktur til vedvarende energiproduktion, opbevaring, transmission og brug. Problemet er, efterspørgslen efter sådanne metaller vil sandsynligvis langt overgå i øjeblikket både kendte forekomster og den eksisterende teknologi, der bruges til at finde flere malmlegemer.

Nu, i en ny undersøgelse, Forskere har opdaget tidligere uerkendte strukturelle linjer 100 miles eller mere nede i jorden, der ser ud til at signalere placeringen af ​​gigantiske aflejringer af kobber, at føre, zink og andre vitale metaller, der ligger tæt nok på overfladen til at blive udvundet, men for langt nede til at blive fundet ved hjælp af nuværende udforskningsmetoder. Opdagelsen kunne i høj grad indsnævre søgeområder, og reducere fodaftryk af fremtidige miner, siger forfatterne. Undersøgelsen vises i denne uge i bladet Natur Geovidenskab .

"Vi kan ikke komme væk fra disse metaller - de er i alt, og vi kommer ikke til at genbruge alt det, der nogensinde blev lavet, " sagde hovedforfatter Mark Hoggard, en postdoc-forsker ved Harvard University og Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory. "Der er et reelt behov for alternative kilder."

Undersøgelsen fandt ud af, at 85 procent af alle kendte uædle metalaflejringer i sedimenter - og 100 procent af alle "gigantiske" aflejringer (dem med mere end 10 millioner tons metal) - ligger over dybt begravede linjer, der omkranser planeten, der markerer kanterne af gamle kontinenter. Specifikt, aflejringerne ligger langs grænser, hvor jordens lithosfære - den stive, yderste beklædning af planeten, bestående af skorpen og den øvre kappe tynder ud til omkring 170 kilometer under overfladen.

Indtil nu, alle sådanne aflejringer er fundet stort set på overfladen, og deres placeringer har syntes at være noget tilfældige. De fleste opdagelser er dybest set gjort af geologer, der finkæmmer jorden og banker på sten med hamre. Geofysiske udforskningsmetoder, der bruger gravitation og andre parametre til at finde nedgravede malmlegemer, er kommet ind i de seneste årtier, men resultaterne har været overvældende. Den nye undersøgelse præsenterer geologer for en ny, højteknologisk skattekort, der fortæller dem, hvor de skal lede.

På grund af kravene fra moderne teknologi og væksten i befolkninger og økonomier, behovet for uædle metaller i de næste 25 år forventes at overstige alle de uædle metaller, der hidtil er udvundet i menneskehedens historie. Kobber bruges i stort set alle elektronikledninger, fra mobiltelefoner til generatorer; bly til fotovoltaiske celler, højspændingskabler, batterier og super kondensatorer; og zink til batterier, samt gødning i områder, hvor det er en begrænsende faktor i jord, inklusive store dele af Kina og Indien. Mange basismetalminer giver også sjældnere nødvendige elementer, herunder kobolt, iridium og molybdæn. En nylig undersøgelse tyder på, at for at udvikle en bæredygtig global økonomi, mellem 2015 og 2050 skal elektriske personbiler stige fra 1,2 mio. til 1 mia. batterikapacitet fra 0,5 gigawattimer til 12, 000; og solcellekapacitet fra 223 gigawatt til mere end 7, 000.

Den nye undersøgelse startede i 2016 i Australien, hvor meget af verdens førende, zink og kobber udvindes. Regeringen finansierede arbejde med at se, om miner i den nordlige del af kontinentet havde noget tilfælles. Det byggede på det faktum, at i de senere år, videnskabsmænd over hele verden har brugt seismiske bølger til at kortlægge litosfærens meget variable dybde, som rækker ned til 300 kilometer i kernerne af de ældste, uforstyrrede kontinentale masser, og tilspidses til næsten nul under de yngre klipper på havbundene. Efterhånden som kontinenterne har skiftet, kolliderede og splittet over mange æoner, deres undergrunde har udviklet ar-lignende litosfæriske uregelmæssigheder, hvoraf mange nu er blevet kortlagt.

Undersøgelsens forfattere fandt, at de rigeste australske miner lå pænt langs linjen, hvor tykke, gamle litosfære grader ud til 170 kilometer, når den nærmer sig kysten. De udvidede derefter deres undersøgelse til omkring 2, 100 sediment-hostede miner over hele verden, og fandt et identisk mønster. Nogle af de 170 kilometer lange grænser ligger nær de nuværende kystlinjer, men mange er beliggende dybt inde i kontinenterne, have dannet på forskellige punkter i den fjerne fortid, da kontinenterne havde forskellige former. Nogle er op til 2 milliarder år gamle.

Forskernes kort viser sådanne zoner, der går gennem alle kontinenterne, herunder områder i det vestlige Canada; Australiens kyster, Grønland og Antarktis; det vestlige, sydøstlige og Great Lakes-regioner i USA; og meget af Amazonas, nordvestlige og sydlige Afrika, det nordlige Indien og Centralasien. Mens nogle af de identificerede områder allerede er vært for enorme miner, andre er fuldstændig tomme på minekortet.

Forfatterne mener, at metalaflejringerne blev dannet, når tykke kontinentale klipper strakte sig ud og faldt ned for at danne en fordybning, som en tyggegummi trukket fra hinanden. Dette fortyndede litosfæren og gjorde det muligt for havvand at strømme ind. Over lange perioder, disse vandige lave pletter blev fyldt ud med metalbærende sedimenter fra tilstødende, højereliggende klipper. Saltvand cirkulerede derefter nedad, indtil det nåede dybder, hvor kemiske og temperaturforhold var helt rigtige for metaller, der blev opsamlet af vandet i dybe dele af bassinet, for at udfælde ud og danne gigantiske aflejringer, alt fra 100 meter til 10 kilometer under den daværende overflade. Nøgleingrediensen var dybden af ​​litosfæren. Hvor det er tykkest, lidt varme fra den varme nedre kappe stiger til potentielle malmdannende zoner nær overfladen, og hvor den er tyndest, der kommer meget varme igennem. Den 170 kilometer lange grænse ser ud til at være Goldilocks zone for at skabe de helt rigtige temperaturforhold, så længe den rigtige kemi også er til stede.

"Det rammer virkelig bare det søde sted, " sagde Hoggard. "Disse aflejringer indeholder masser af metal bundet i malm af høj kvalitet, så når du først finder noget som dette, du skal kun grave et hul." De fleste nuværende basismetalminer er spredte, destruktive operationer i åben grube. Men i mange tilfælde, indskud, der starter så langt som en kilometer, kan sandsynligvis udvindes økonomisk, og disse ville "næsten helt sikkert blive taget ud via meget mindre forstyrrende aksler, sagde Hoggard.

Undersøgelsen lover at åbne udforskning i hidtil dårligt udforskede områder, inklusive dele af Australien, Centralasien og det vestlige Afrika. Baseret på en foreløbig rapport fra det nye studie, som forfatterne præsenterede på en akademisk konference sidste år, nogle få virksomheder ser ud til allerede at have gjort krav på jord i Australien og Nordamerika. Men minedriften er notorisk hemmeligholdt, så det er endnu ikke klart, hvor udbredt en sådan aktivitet kan være.

"Dette er et virkelig dybt fund og er første gang nogen har foreslået, at mineralforekomster dannet i sedimentære bassiner ... på kun kilometers dybde i skorpen blev kontrolleret af kræfter på dybder på hundredvis af kilometer ved bunden af ​​litosfæren , " sagde en rapport i Mining Journal, der gennemgik den foreløbige præsentation sidste år.

Undersøgelsens andre forfattere er Karol Czarnota fra Geoscience Australia, hvem ledede det indledende australske kortlægningsprojekt; Fred Richards fra Harvard University og Imperial College London; David Huston fra Geoscience Australia; og A. Lynton Jaques og Sia Ghelichkhan fra Australian National University.

Hoggard har sat undersøgelsen ind i en global kontekst på sin hjemmeside:https://mjhoggard.com/2020/06/29/treasure-maps