Wygasłe wulkany bogatym źródłem pierwiastków ziem rzadkich

Metale ziem rzadkich, zwane też pierwiastkami ziem rzadkich (ang. rare-earth elements, REE), to grupa 17 pierwiastków chemicznych. W przyrodzie nie pojawiają się w czystej postaci, ponieważ łatwo wchodzą w reakcje w obecności tlenu i wody. Wbrew nazwie nie wszystkie występują rzadko w przyrodzie. Ich zawartość w skorupie ziemskiej to w sumie 164 ppm (1 ppm to jedna część na milion, czyli 0,0001 proc.). Dla porównania: tlenu w skorupie ziemskiej jest 464 000 ppm, a złota - 0.004 ppm. Metale ziem rzadkich zawdzięczają swoją nazwę silnemu rozproszeniu, ich złoża są niewielkie i zwykle nie nadają się do opłacalnej eksploatacji.

Tymczasem zapotrzebowanie światowej gospodarki na te surowce stale rośnie. REE, które mają wiele szczególnych właściwości (są np. nadprzewodnikami), stosuje się m.in. w elektronice, hutnictwie, atomistyce, medycynie albo biotechnologii. Z ich wykorzystaniem powstają m.in. smartfony, obiektywy do cyfrowych aparatów fotograficznych, turbiny wiatrowe, twarde dyski komputerowe, baterie, diody LED, lasery, silniki samochodów elektrycznych oraz monitory i telewizory. Za ok. 70 proc. całkowitej globalnej produkcji metali ziem rzadkich odpowiadają Chiny.

Badacze wciąż szukają nowych złóż REE. Według najnowszych badań, przeprowadzonych przez Australijski Uniwersytet Narodowy (ANU) i Chińską Akademię Nauk, obiecujące w tej kwestii mogą być niektóre wygasłe wulkany. Publikacja na ten temat ukazała się w czasopiśmie "Geochemical Perspectives Letters" (https://www.geochemicalperspectivesletters.org/article2436/).

Dr Michael Anenburg, geolog z ANU i współautor badania, powiedział, że w bogatych żelazo skałach magmowych, które wypełniają niektóre wygasłe wulkany, koncentracja metali ziem rzadkich jest znacznie wyższa niż w skałach z wulkanów aktywnych. "Nigdy nie widzieliśmy erupcji bogatej w żelazo magmy z aktywnego wulkanu, ale wiemy, że w niektórych wygasłych wulkanach, które mają miliony lat, takie erupcje występowały" - tłumaczył dr Anenburg. Dodał, że badania jego zespołu sugerują, że wysoka zawartość REE może występować w wygasłych wulkanach na całym świecie, np. w chilijskim El Laco.

Żeby sprawdzić, jak warunki powstawania magmy bogatej w żelazo wpływają na zawartość REE, naukowcy przeprowadzili kilkanaście doświadczeń. W Eksperymentalnym Laboratorium Petrologicznym ANU symulowali erupcje wulkaniczne i otrzymali skały podobne do tych z zasobnych w żelazo wygasłych wulkanów. Mieszanki chemiczne odpowiadające składem skałom wulkanicznym umieścili w piecu ciśnieniowym i przez dwa do pięciu dni podgrzewali je do 800-1500 st. C - do czasu ich całkowitego stopienia.

Analiza ich składu chemicznego i mineralogicznego wykazała najwyższą koncentrację REE w minerałach z grupy fosforanów, takich jak apatyt, monacyt i ksenotym. Zawartość pierwiastków ziem rzadkich w uzyskanych w laboratorium skałach była nawet 100 razy wyższa niż w niektórych eksploatowanych dziś złożach.

Największe światowe złoża metali ziem rzadkich znajdują się w Chinach, w Europie potentatem jest Szwecja. Według dr. Anenburga wkrótce głównym graczem na rynku REE może stać się Australia. Już teraz trwa tam eksploatacja złóż w Mount Weld w Australii Zachodniej oraz w pobliżu Dubbo w Nowej Południowej Walii i Alice Springs w Terytorium Północnym. Badania wygasłych wulkanów m.in. w południowo-wschodniej części kraju mogą znacznie wydłużyć tę listę.

Anna Bugajska