Découverte d’un processus ancien qui a créé des éléments de terres rares – et cela pourrait nous aider à localiser des gisements désespérément nécessaires

Les chercheurs ont peut-être trouvé un nouveau moyen de localiser les gisements d’éléments de terres rares essentiels aux industries technologique et énergétique.

Éléments de terres rares cristallisent dans le manteau terrestre à l’intérieur de gouttes de magma riches en métaux alcalins, tels que le sodium et le potassium, et en minéraux carbonatés, tels que la calcite et la dolomite. Dans une nouvelle étude, les scientifiques ont découvert que ces types de magmas, connus sous le nom de magmas alcalins et carbonatites, se forment au-dessus d’anciens magmas. zones de subductionoù une plaque tectonique plonge sous une autre.

« Cette recherche montre que les ingrédients de ces gisements minéraux critiques ont été mis en place il y a plusieurs millions, voire plusieurs milliards d’années », a déclaré l’auteur principal de l’étude. Carl Spandlerprofesseur de minéralogie, pétrologie, géochimie et géologie économique à l’Université d’Adélaïde en Australie, a déclaré dans un communiqué déclaration. « En identifiant où ces processus anciens se sont produits, nous pouvons réduire considérablement les zones de recherche pour de futures découvertes. »

L’étude, publiée le 8 avril dans la revue Avancées scientifiquesdéfis précédents théories que lié les dépôts de terres rares principalement dans les panaches du manteau – des colonnes géantes en forme de champignon de roches en fusion chauffées au rouge qui prennent leur origine près du noyau de la Terre. Il est possible que les panaches du manteau soient impliqués dans la production d’éléments de terres rares, ont écrit les chercheurs dans l’étude. Cependant, il n’y a pas de chevauchement clair entre les deux et les panaches peuvent être trop chauds pour produire des magmas alcalins et carbonatites.

Dans l’étude, l’équipe a utilisé des techniques de modélisation avancées pour reconstruire l’atmosphère de la Terre. tectonique des plaques et les processus de subduction au cours des 2 derniers milliards d’années. (Les scientifiques pensent que la subduction des plaques a commencé il y a au moins 3,1 milliards d’annéesmais les meilleurs modèles remontent à seulement 2 milliards d’années.) Ensuite, les chercheurs ont comparé les positions des zones de subduction avec les emplacements des gisements de terres rares actuels et des régions du manteau où l’on sait qu’il existe des blobs de magma alcalin et carbonatite.

Spandler et ses collègues ont découvert que, à l’échelle mondiale, les gisements connus d’éléments de terres rares et les poches de magma qui les hébergent apparaissent fréquemment au-dessus d’anciennes zones de subduction.

Lorsqu’une plaque tectonique plonge sous une autre plaque au niveau d’une zone de subduction, des fluides (tels que l’eau) et des éléments halogènes (fluor, chlore, brome, iode, astatine et tennessine) sont libérés dans le manteau sus-jacent. Les chercheurs ont proposé que ces substances réagissent avec des roches telles que la péridotite, créant des régions du manteau « fertilisées » qui peuvent rester stables pendant des millions d’années, avant de fondre progressivement pour produire du magma alcalin ou carbonatite et, par la suite, des gisements de terres rares.

Divers processus géologiques pourraient théoriquement faire fondre les matériaux fertilisés du manteau, notamment un panache du manteau, l’étirement et l’amincissement des continents au-dessus et une diminution de la pression résultant de la déglaciation à la surface de la Terre, ont écrit les chercheurs dans l’étude. Quel que soit le processus spécifique, l’énorme écart d’âge entre certaines zones de subduction et les blobs de magma et les dépôts de terres rares sus-jacents dans l’étude suggère que les régions fertilisées peuvent durer pendant des éternités.

« Ce décalage est l’un des aspects les plus surprenants de nos conclusions », a déclaré Spandler dans le communiqué. « Cela montre que le manteau terrestre peut stocker ces zones enrichies pendant des périodes incroyablement longues avant que les conditions idéales ne soient réunies pour former des gisements minéraux. »

Les résultats ont montré que 67 % des blobs de magma alcalin et carbonatite connus et 72 % des gisements de terres rares connus se trouvent au-dessus du matériau fertilisé du manteau. Étant donné que les gisements de terres rares plus anciens ont tendance à être plus grands et de meilleure qualité que les plus récents, les chercheurs ont refait l’analyse des gisements vieux de plus de 540 millions d’années et ont découvert que 92 % d’entre eux sont situés au-dessus des régions du manteau fertilisées.

Les gisements de terres rares qui n’étaient pas connectés aux régions fécondées du manteau dans l’étude sont probablement liés à des zones de subduction vieilles de plus de 2 milliards d’années, ont écrit les chercheurs. Notamment, il y avait davantage de blobs de magma alcalin et carbonatite et de gisements de terres rares dans les régions du monde où plusieurs zones de manteau fertilisées se chevauchent, ont-ils écrit.

Il existe 17 éléments de terres rares : l’yttrium, le scandium et les 15 éléments métalliques trouvés au fond du tableau périodique. Ces éléments sont des composants essentiels des batteries de véhicules électriques, des éoliennes et des smartphones, mais jusqu’à présent, localiser des gisements suffisamment importants pour être exploités était un défi.

Les résultats pourraient aider les pays et les entreprises à découvrir davantage de gisements d’éléments de terres rares, co-auteur de l’étude Andrew Merdithchercheur à l’École de physique, de chimie et des sciences de la Terre de l’Université d’Adélaïde, a déclaré dans le communiqué. « En se concentrant sur ces anciennes zones tectoniques, les sociétés d’exploration et les gouvernements peuvent adopter une approche plus ciblée et plus efficace pour découvrir de nouveaux gisements », a déclaré Merdith.

Les meilleurs endroits où observer pourraient être les zones qui ont d’anciennes zones de subduction, ainsi que du magma qui s’est formé à basse température et des régions de croûte et de manteau supérieur très stables, ont écrit les chercheurs dans l’étude.

Affiner les modèles et remonter plus loin dans le temps pourrait aider les scientifiques à localiser encore plus de régions potentielles, ont-ils ajouté.

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