位於悉尼西北約 400 公里處，達博以南，有一個巨大而有趣的岩石體，大約 2.15 億年前由火山噴發形成。
該地點被稱為 Toongi 礦床富含所謂的稀土： 16 種金屬元素的集合，對電動汽車、太陽能電池板和移動電話等現代技術至關重要。
正在努力開採這筆存款，但未來幾十年對稀土的需求可能會巨大的。
為了找到更多，我們需要了解這些沉積物是如何以及為何形成的。我們對澳大利亞火山的最新研究發表於自然通訊地球與環境，展示了火山內部形成的微小晶體如何為稀土礦床的形成提供線索，以及我們如何找到更多稀土礦床。
稀土和融化的地幔
稀土元素礦床的形成始於地殼深處的地幔部分熔化。
地幔主要由富含鐵和鎂的礦物質組成。這些礦物還含有少量其他元素，包括稀土元素。
當地幔熔化形成岩漿時，稀土元素很容易進入岩漿中。如果熔化量較小，則岩漿中的稀土元素比例高於熔化量較大的情況——例如，在洋中脊，大量岩漿湧到地表並形成新的洋殼。
當岩漿向地球表面遷移時，它會冷卻並開始形成新的礦物質。這些礦物質主要由氧、矽、鈣、鋁、鎂和鐵組成。
這意味著剩餘的岩漿含有更高濃度的稀土元素。這些殘留的液體將繼續上升穿過地殼，直到凝固或在地表噴發。
從格陵蘭島到新南威爾士州中部
如果岩漿在地殼中冷卻並結晶，就會形成含有高含量關鍵金屬的岩石。發生這種情況的地方之一是格陵蘭島南部的加達爾火成岩雜岩體，其中含有多種稀土元素礦床。
在澳大利亞新南威爾士州中部，富含稀土元素的岩漿在地表噴發。它們的地質學名稱被統稱為貝諾隆火山群。
該套房內有 Toongi 沉積物——古代火山管道系統的一部分。這是含有非常高含量的關鍵金屬的凝結岩漿的“入侵”。
富含稀土元素的岩漿並不常見，而那些富含稀土元素、足以進行有效開采的岩漿則更加罕見，全世界只有少數已知的例子。儘管我們對岩漿是如何形成的了解一清二楚，但為了更好地理解和預測富含關鍵金屬的岩漿的位置，還有很多工作要做。
晶體記錄火山歷史
您可能想知道科學家如何對我們腳下數公里（有時是數十公里）處發生的情況了解得如此之多。通過研究到達地表的岩石，我們了解了很多關於地球內部的信息。
岩漿從地球內部升起時發生的過程為沿途結晶的礦物的化學成分留下了線索。特別是一種礦物——單斜輝石——在保存這些線索方面特別有效，就像小水晶球。
幸運的是，貝諾隆火山群的許多岩石中都含有單斜輝石晶體。這使我們能夠研究非礦化岩石的歷史，並將其與礦化 Toongi 侵入岩進行比較。
Toongi 的岩石有何不同
我們發現Toongi岩石有兩個重要的區別。
首先，非礦化火山岩套中的單斜輝石含有大量稀土元素。這告訴我們，對於火山岩組中的大多數岩石來說，關鍵金屬被“鎖定”在單斜輝石中，而不是保留在殘餘熔體中。
相比之下，Toongi 的單斜輝石晶體中稀土元素含量較低。在這裡，這些元素包含在不同的礦物中，尤迪亞利特，可以開採稀土元素。
(辛普森、烏比德和斯潘德勒/自然通訊地球與環境,抄送）
其次，也是最有趣的，來自 Toongi 的單斜輝石具有類似於沙漏形狀。這是由晶體某些部分存在不同元素引起的。這是一個令人興奮的觀察結果，因為它表明由於晶體形成時氣體的釋放而發生了快速結晶。
相比之下，我們沒有發現沒有高含量稀土的岩石中快速結晶的證據。
我們的工作意味著我們現在可以追踪澳大利亞及其他地區其他死火山中單斜輝石的成分和分區，以找出哪些火山可能積累相關的稀土元素礦床。
這項研究為理解如何關鍵金屬積累，以及我們如何找到它們來為可持續的未來提供綠色、可再生能源。
布倫南·辛普森，博士生，昆士蘭大學;卡爾·斯潘德勒， 副教授，阿德萊德大學， 和特蕾莎·烏比德, ARC 未來研究員和火成岩/火山學副教授，昆士蘭大學
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