Nieuwe röntgentechnologieën onthullen enkele van de ongelooflijke processen die plaatsvonden in de geologische geschiedenis van de aarde - en zouden ons moeten helpen nieuwe hoogwaardige ertsen te identificeren.

We zien dat enkele van de meest waardevolle ophopingen van metalen die ooit door mensen zijn gedolven, gevormd zijn uit gesmolten gesteenten, en in het bijzonder van gesmolten sulfidemineralen (die met zwavel als een belangrijke component).

Deze metaalophopingen, ertsafzettingen genoemd, nikkel bevatten, koper en kobalt – metalen die kritische componenten zijn van lithium-ionbatterijen.

Zelfs tegen de huidige prijzen, grote voorbeelden van dergelijke ooit gesmolten ertsen bevatten voor honderden miljarden dollars aan nikkel, meestal met waardevolle bijproducten koper, kobalt, platina en palladium.

We moeten blijven zoeken naar nieuwe, hoogwaardige afzettingen - zoals het recent ontdekte Nova-Bollinger-ertslichaam ten oosten van Kalgoorlie in West-Australië - om de onvermijdelijke toename van de vraag bij te houden. Op de huidige prognoses, er is elk jaar een nieuwe nodig om aan de vraag naar nikkel in lithium-ionbatterijen te voldoen.

Een beter begrip van hoe deze afzettingen zijn ontstaan, diep in de aardkorst miljoenen jaren geleden, zal ons helpen ons exploratie-succespercentage te verbeteren.

Sanitair systeem in oude vulkanen

Het geologische proces dat ertsen heeft gevormd uit gesmolten sulfiden heeft veel gemeen met smelten (de procedure die mensen al millennia gebruiken om zuivere metalen te winnen uit zwavelhoudende mineralen).

Miljoenen jaren geleden, gesmolten ijzersulfidemineralen reageerden met magma in het leidingsysteem van oude vulkanen - in feite wegvangen de essentiële metalen nikkel, koper, kobalt en platina. Deze mineralen verzamelden zich in voldoende concentraties zodat ze konden worden gedolven zodra erosie het erts aan de oppervlakte had blootgelegd.

De afgelopen jaren is we hebben ons begrip van hoe deze opmerkelijke ertsafzettingen zijn gevormd aanzienlijk verbeterd. Dit begrip is opgebouwd met behulp van nieuwe technieken voor het afbeelden van de ertsen in twee en drie dimensies, met behulp van röntgentechnologieën bij CSIRO en het Australische Synchrotron.

We hebben een techniek gebruikt die microbeam X-ray element mapping wordt genoemd om gedetailleerde 2D-beelden te maken van de ertsen en de rotsen waarin ze zich bevinden.

Sommige van deze afbeeldingen - zoals die bovenaan dit verhaal - zijn gemaakt op de röntgenfluorescentiemicroscopiebundellijn van de Australische Synchrotron, toepassing van het Maia-detectiesysteem. Hierdoor kunnen gigapixelbeelden binnen enkele minuten worden verzameld.

Zoals het licht aandoen

Als aanvulling op deze techniek, we hebben ook 3D-röntgentomografie met hoge resolutie toegepast - het equivalent van een CT-scan van een ziekenhuis - om in 3D-details de vorm en grootte van de druppeltjes sulfidevloeistof die de ertsen vormden, te onthullen.

Het effect was om een ​​licht aan te doen in een donkere kamer:we hebben kenmerken gezien in massieve rotsen die nog niet eerder zijn onthuld.

Sulfide vloeistoffen, het blijkt, opmerkelijke fysieke eigenschappen hebben. Ze gedragen zich als een heet mes door boter:zo corrosief dat ze zich een weg kunnen smelten door massieve rotsen, eindigen in sommige gevallen tientallen meters verwijderd van hun oorspronkelijke gastgesteente.

We weten nu dat ertsen zich vormen in zeer specifieke delen van de oude "sanitairsystemen" die magma's naar de vulkanen erboven voedden. De ertsen vormden zich waar het stromende magma zo heet was dat het de rotsen eromheen smolt.

De "hete mes" sulfide vloeistof bleef vervolgens smelten in de vloer, zodat de ertsen nu worden gevonden geïnjecteerd in de onderliggende niet-stollingsgesteenten.

In het geval van de superreuzen nikkelertsen in de regio Norilsk in Siberië, de rotsen die smolten leverden ook de zwavel om de ertsen te vormen.

In feite, bij dit proces kwam zoveel zwavel vrij dat veel ervan, samen met grote hoeveelheden nikkel, daadwerkelijk in de atmosfeer is uitgebarsten, bijdragen aan de grootste massa-extinctie in de geschiedenis van de aarde.

Naald in hooiberg doelen

Dit soort werk helpt ons de geologische modellen te verbeteren die de exploratie-industrie gebruikt om nieuwe afzettingen te onderzoeken.

Nikkelsulfide-ertsen zijn notoir moeilijke "naald in hooiberg" doelen, en we moeten onze beste combinatie van geofysische detectietechnieken en voorspellende geologische modellen gebruiken.

Dus waar volgende?

Er wordt onderzoek gedaan:zowel naar de fundamentele processen van ertsvorming als naar de implicaties van dit begrip voor waar en hoe nieuwe afzettingen te zoeken.

Sommige mineralen die samen met de sulfide-ertsen worden gevormd, kunnen door erosie worden verspreid, en rivieren transporteren ze over lange afstanden van de afzettingen zelf.

We leren hoe we deze chemisch onderscheidende granen kunnen herkennen, op dezelfde manier gebruiken diamantontdekkingsreizigers "indicatormineralen" om vruchtbare kimberlieten te vinden (de bronsteen voor diamanten).

We doen ook meer fundamenteel onderzoek, zoals het gebruik van analoog materiaal (zout water en olijfolie werken heel goed, het blijkt) en computationele vloeistofdynamische modellen op supercomputers om te kijken naar de fysica van hoe magmatische ertsen eruit komen te zien zoals ze doen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.