位于悉尼西北约 400 公里处，达博以南，有一个巨大而有趣的岩石体，大约 2.15 亿年前由火山喷发形成。
该地点被称为 Toongi 矿床富含所谓的稀土： 16 种金属元素的集合，对电动汽车、太阳能电池板和移动电话等现代技术至关重要。
正在努力开采这笔存款，但未来几十年对稀土的需求可能会巨大的。
为了找到更多，我们需要了解这些沉积物是如何以及为何形成的。我们对澳大利亚火山的最新研究发表于自然通讯地球与环境，展示了火山内部形成的微小晶体如何为稀土矿床的形成提供线索，以及我们如何找到更多稀土矿床。
稀土和融化的地幔
稀土元素矿床的形成始于地壳深处的地幔部分熔化。
地幔主要由富含铁和镁的矿物质组成。这些矿物还含有少量其他元素，包括稀土元素。
当地幔熔化形成岩浆时，稀土元素很容易进入岩浆中。如果熔化量较小，则岩浆中的稀土元素比例高于熔化量较大的情况——例如，在洋中脊，大量岩浆涌到地表并形成新的洋壳。
当岩浆向地球表面迁移时，它会冷却并开始形成新的矿物质。这些矿物质主要由氧、硅、钙、铝、镁和铁组成。
这意味着剩余的岩浆含有更高浓度的稀土元素。这些残留的液体将继续上升穿过地壳，直到凝固或在地表喷发。
从格陵兰岛到新南威尔士州中部
如果岩浆在地壳中冷却并结晶，就会形成含有高含量关键金属的岩石。发生这种情况的地方之一是格陵兰岛南部的加达尔火成岩杂岩体，其中含有多种稀土元素矿床。
在澳大利亚新南威尔士州中部，富含稀土元素的岩浆在地表喷发。它们的地质学名称被统称为贝诺隆火山群。
该套房内有 Toongi 沉积物——古代火山管道系统的一部分。这是含有非常高含量的关键金属的凝结岩浆的“入侵”。
富含稀土元素的岩浆并不常见，而那些富含稀土元素、足以进行有效开采的岩浆则更加罕见，全世界只有少数已知的例子。尽管我们对岩浆是如何形成的了解一清二楚，但为了更好地理解和预测富含关键金属的岩浆的位置，还有很多工作要做。
晶体记录火山历史
您可能想知道科学家如何对我们脚下数公里（有时是数十公里）处发生的情况了解得如此之多。通过研究到达地表的岩石，我们了解了很多关于地球内部的信息。
岩浆从地球内部升起时发生的过程为沿途结晶的矿物的化学成分留下了线索。特别是一种矿物——单斜辉石——在保存这些线索方面特别有效，就像小水晶球。
幸运的是，贝诺隆火山群的许多岩石中都含有单斜辉石晶体。这使我们能够研究非矿化岩石的历史，并将其与矿化 Toongi 侵入岩进行比较。
Toongi 的岩石有何不同
我们发现Toongi岩石有两个重要的区别。
首先，非矿化火山岩套中的单斜辉石含有大量稀土元素。这告诉我们，对于火山岩组中的大多数岩石来说，关键金属被“锁定”在单斜辉石中，而不是保留在残余熔体中。
相比之下，Toongi 的单斜辉石晶体中稀土元素含量较低。在这里，这些元素包含在不同的矿物中，尤迪亚利特，可以开采稀土元素。
(辛普森、乌比德和斯潘德勒/自然通讯地球与环境,抄送）
其次，也是最有趣的，来自 Toongi 的单斜辉石具有类似于沙漏形状。这是由晶体某些部分存在不同元素引起的。这是一个令人兴奋的观察结果，因为它表明由于晶体形成时气体的释放而发生了快速结晶。
相比之下，我们没有发现没有高含量稀土的岩石中快速结晶的证据。
我们的工作意味着我们现在可以追踪澳大利亚及其他地区其他死火山中单斜辉石的成分和分区，以找出哪些火山可能积累相关的稀土元素矿床。
这项研究为理解如何关键金属积累，以及我们如何找到它们来为可持续的未来提供绿色、可再生能源。
布伦南·辛普森，博士生，昆士兰大学;卡尔·斯潘德勒， 副教授，阿德莱德大学， 和特蕾莎·乌比德, ARC 未来研究员和火成岩/火山学副教授，昆士兰大学
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