Niektoré z dnešných najdôležitejších surovinových ložísk mohli mať svoj začiatok hlboko v geologickej minulosti. Nová štúdia naznačuje, že významná časť karbonatitov a ložísk prvkov vzácnych zemín sa vyskytuje v častiach kontinentov, ktoré ležia blízko dávnych subdukčných zón. Ak sa tento vzťah potvrdí aj ďalšími dátami, mohol by pomôcť lepšie pochopiť, kde hľadať zdroje kritických minerálov.
Ancient Subduction May Have Seeded Today’s Critical Mineral Deposits.
Pozornosť vedcov pritom priťahuje aj Ol Doinyo Lengai v Tanzánii, aktívna sopka známa nezvyčajnou karbonatitovou lávou. Karbonatity sú horniny tvorené z viac ako 50 % karbonátov, teda minerálov príbuzných látkam, ktoré tvoria napríklad morské útesy. V prípade Ol Doinyo Lengai ide o mimoriadne nízkoteplotnú a málo viskóznu lávu. Karbonatity sa však nevyskytujú len tam: sú známe zo všetkých kontinentov a ich vek siaha od veľmi mladých výskytov až po približne 3 miliardy rokov staré horniny v Grónsku.
Práve karbonatity sú dôležité aj z hospodárskeho hľadiska, pretože často súvisia s kritickými minerálmi. V texte sa ako príklady spomínajú terbium či praseodymium, teda prvky využívané okrem iného v technológiách a magnetoch. Podľa Kathryn Goodenough z British Geological Survey, ktorá sa na štúdii nepodieľala, je karbonatit dobrým miestom, kde začať, ak chce človek identifikovať horninu, ktorá by mohla hostiť prvky vzácnych zemín.
Tím vedený Carlom Spandlerom z Adelaide University publikoval v Science Advances analýzu, ktorá skúmala priestorový vzťah medzi karbonatitmi, ložiskami prvkov vzácnych zemín a oblasťami kontinentov spojenými s dávnou subdukciou. Vedci vychádzali z predstavy, že zdroj karbonatitov nevzniká v bežne „vyčerpanej“ časti plášťa, z ktorej už bola magma odobratá, ale v častiach plášťa obohatených o prchavé látky a stopové kovy.
Jedným z navrhovaných mechanizmov je metasomatóza spojená so subdukciou. Keď sa jedna litosférická doska podsúva pod druhú, z podsúvanej dosky môžu do nadložnej časti unikať tekutiny a taveniny bohaté na halogény, oxid uhličitý, fosfor a ďalšie zložky. Tie môžu meniť horniny v plášťovej litosfére nadložnej dosky. Práve takto mohla podľa autorov vzniknúť takzvaná „fertilized mantle lithosphere“, teda obohatená plášťová litosféra, ktorá sa neskôr stala zdrojom karbonatitov a s nimi spojených ložísk.
Na testovanie tejto myšlienky použili autori softvér GPlates, ktorý umožňuje rekonštruovať pohyb tektonických platní v hlbokej minulosti. Pomocou neho identifikovali 43 oblastí predstavujúcich regióny, kde subdukcia trvala 100 miliónov rokov alebo dlhšie. Tieto oblasti interpretovali ako zóny obohatenej plášťovej litosféry.
Následné porovnanie ukázalo, že 67 % karbonatitov a 72 % rudných ložísk prvkov vzácnych zemín leží v rámci týchto oblastí. Korelácia teda nie je úplná, no podľa autorov je dostatočne výrazná na to, aby podporila hypotézu o dôležitej úlohe dávnej subdukcie pri príprave zdroja mnohých takýchto ložísk. Sám Spandler upozornil, že stopercentná zhoda by v geológii skôr vzbudzovala podozrenie než dôveru.
Autori zároveň navrhujú dvojkrokový model vzniku karbonatitov. Prvý krok predstavuje práve dávne obohatenie plášťovej litosféry. Druhým krokom je neskorší spúšťač, ktorý vyvolá tavenie a vznik karbonátovej magmy. Podľa autora môže týmto impulzom byť takmer čokoľvek, čo litosféru „postrčí“ k taveniu, napríklad plášťový chochol alebo kontinentálny rift. Aj Ol Doinyo Lengai leží pri East African Rift, o ktorom sa niekedy uvažuje aj v súvislosti s plášťovým chocholom.
Do diskusie preto vstupuje aj staršia predstava, podľa ktorej môžu mať niektoré karbonatity súvis s plášťovými chocholmi a veľkými vyvretými provinciami. Richard Ernst, ktorý sa na novej štúdii nepodieľal, pripomenul, že vek niektorých karbonatitových ložísk koreluje s vekom blízkych veľkých vyvretých provincií. Podľa Spandlera by však v takých prípadoch mohol chochol pôsobiť skôr ako spúšťač než ako celý pôvodný zdroj obohatenia.
Nie všetci odborníci však považujú otázku za uzavretú. Goodenough upozornila, že pri niektorých karbonatitoch možno sledovať časový odstup medzi obohatením plášťa a neskorším uložením magmy, čo dvojkrokový model podporuje. Zároveň pripomenula, že karbonatity vyžadujú skôr chladnejšie podmienky a len menší rozsah tavenia plášťa, zatiaľ čo plášťové chocholy bývajú horúce a spájajú sa s rozsiahlym tavením. Zástancovia chocholov naopak argumentujú, že karbonatity sa často nachádzajú pri okrajoch veľkých vyvretých provincií, mimo ich najhorúcejších častí.
Ernst zároveň podotkol, že nová práca prináša silný priestorový argument pre úlohu subdukcie, no zatiaľ nie izotopický dôkaz, ktorý by takýto mechanizmus zdroja priamo vyžadoval. Práve to podľa neho otvára testovateľnú hypotézu pre ďalšie geochemické štúdie. Novšie výskumy navyše naznačujú, že v niektorých prípadoch sa mohli na vzniku karbonatitov podieľať aj plášťové chocholy, aj plášťová litosféra.
Význam práce presahuje samotné karbonatity. Ak sa podarí lepšie identifikovať oblasti dávno obohatenej plášťovej litosféry, geológovia by mohli cielenejšie skúmať regióny s potenciálom pre ložiská kritických minerálov. Samotní autori však zdôrazňujú, že ide o koreláciu, nie o úplne uzavretý príbeh, a že budúce modely aj geochemické dáta môžu obraz ešte spresniť.
Prečo sú karbonatity také nezvyčajné
Karbonatity patria medzi geologicky výnimočné horniny aj preto, že ich zloženie sa výrazne odlišuje od bežnejších silikátových magiem. Všeobecne platí, že práve ich chemická osobitosť z nich robí dôležitý objekt výskumu aj prieskumu surovín. Príklad Ol Doinyo Lengai ukazuje, že karbonatitová vulkanická aktivita môže vyzerať veľmi odlišne od predstáv o „typickej“ sopke.
V širšom geologickom kontexte subdukcia neznamená len recykláciu oceánskej litosféry, ale aj presun vody, oxidu uhličitého a ďalších prchavých zložiek do hĺbky. Keď sa tieto látky a taveniny dostávajú do nadložnej plášťovej litosféry, môžu meniť jej chemické vlastnosti. Práve takýto proces metasomatózy je podľa skúmanej hypotézy kľúčový: nevytvára ešte samotný karbonatit, ale pripravuje chemicky obohatený zdroj, z ktorého sa môže neskôr vytvoriť.
Snímka zobrazuje: Over a dark blue-green square appear the words Special Report: The State of the Science 1 Year On.
Použitie GPlates je dôležité najmä preto, že prepája dnešné rozloženie ložísk s hlbokou tektonickou minulosťou kontinentov. Takéto modely majú prirodzene svoje limity a s rastúcim vekom rekonštrukcií rastie aj neistota. Aj tak však môžu odhaliť veľké priestorové vzorce, ktoré by pri pohľade len na súčasnú mapu nebolo vidieť. V tomto prípade ide práve o prepojenie medzi dlhodobo aktívnymi subdukčnými okrajmi a neskoršími výskytmi karbonatitov a ložísk prvkov vzácnych zemín.
Prečo na tom záleží pre kritické minerály
Kritické minerály a prvky sú dôležité preto, že bez nich sa nezaobídu viaceré moderné technológie. Všeobecne sem patria materiály potrebné pre magnety, elektroniku, energetické technológie či špecializované priemyselné aplikácie. Štúdie, ktoré pomáhajú lepšie určiť geologické prostredia vhodné na ich výskyt, preto nemajú len akademický význam. Môžu ovplyvniť aj to, ako sa budú plánovať budúce prieskumné programy.
Čo zostáva otvorené a čo bude nasledovať
Nová práca neposkytuje posledné slovo, ale skôr rámec pre ďalšie testovanie. Otvorené zostáva najmä to, do akej miery boli v jednotlivých prípadoch rozhodujúce subdukčné procesy, plášťové chocholy alebo kombinácia oboch. Dôležité budú najmä ďalšie geochemické a izotopové analýzy konkrétnych ložísk. Zároveň možno očakávať, že s rastúcim výkonom výpočtov a pribúdajúcimi dátami budú rekonštrukcie tektonickej minulosti presnejšie a použiteľné aj pri iných otázkach geológie kontinentov.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívny
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
