Исследователи выясняют, как формируются рудные месторождения

Новые компьютерные модели, созданные геологами из ETH Zurich, показывают, как формируются крупные месторождения меди и золота. Процесс обогащения этими металлами следует физическим принципам, схожим с добычей глубинной геотермальной энергии методом гидроразрыва горной породы.

Порфировые месторождения относятся к числу важнейших мировых источников меди, молибдена и золота. Они обеспечивают около трех четвертей современного мирового спроса на медь и имеют огромное экономическое значение. Поиск новых месторождений в земной коре зависит от нашего понимания того, как природа формирует такие гигантские скопления металлов, которые можно добывать с разумными экономическими и экологическими затратами.

Используя компьютерную модель, симулирующую эти динамические процессы, исследователи нашли ответ на этот вопрос. Их исследование опубликовано в Science.

Ключевые факторы: температура и давление

Месторождения формируются над кровлей магматической камеры под действующим вулканом. По мере кристаллизации магмы в гранитную породу выделяются богатые металлами и солями водные растворы. Эти флюиды поднимаются через жерло вулкана, уже затвердевшее в порфировую породу. На определенной высоте металлы осаждаются из восходящих флюидов, образуя залежь характерной грибообразной формы.

Моделирование демонстрирует, что для накопления металлов должны совместно работать определенные физические процессы. Самое важное — это взаимодействие температуры и давления флюида, которые влияют на растворимость металлов и хрупкость породы. Над магматической камерой формируется зона восходящих магматических флюидов, граничащая с более холодной областью, где циркулирует грунтовая вода. Именно на этой резкой границе, в пределах всего 200 метров, давление и температура резко падают, что заставляет флюид сбрасывать весь свой «груз» металлов.

На изгнание флюида из магматической камеры уходит около 50 000 лет. За это время зона осаждения почти не смещается, что позволяет накопить значительное количество меди примерно на глубине двух километров под поверхностью Земли.

Взаимодействие породы и флюида

«Это взаимодействие между поведением породы и динамикой флюида имеет решающее значение для нашей модели, потому что проницаемость породы сильно влияет на поток флюида и, таким образом, определяет, произойдет ли химическое обогащение до значительных экономических содержаний руды в конкретной точке», — подчеркивает ведущий автор исследования Филипп Вайс.

Значение модели выходит за рамки формирования рудных месторождений. Вода, закачиваемая в недра для использования геотермальной энергии, также управляется схожими принципами — хотя и в обратном порядке. Модель, учитывающая взаимосвязь механических и химических изменений в породе с потоком воды, особенно подходит для применения в геотермальной энергетике.