Рентгеновские снимки пород раскрывают их сверхтекучее прошлое и помогают находить месторождения, важные для аккумуляторов

Новые рентгеновские технологии раскрывают невероятные процессы, происходившие в геологической истории Земли, и должны помочь в поиске новых высокоценных руд. Исследования показывают, что одни из самых ценных скоплений металлов, когда-либо добытых человеком, образовались из расплавленных пород, особенно из расплавленных сульфидных минералов (содержащих серу в качестве основного компонента). Эти скопления, называемые рудными месторождениями, содержат никель, медь и кобальт — металлы, критически важные для литий-ионных аккумуляторов.

Понимание того, как эти месторождения сформировались миллионы лет назад в глубоких слоях земной коры, поможет повысить эффективность их поиска. Чтобы удовлетворить растущий спрос на никель для аккумуляторов, необходимо постоянно открывать новые высококачественные месторождения, подобные недавно обнаруженному месторождению Nova-Bollinger к востоку от Калгурли в Западной Австралии.

Металлические руды образовались из расплавленных сульфидов в «трубопроводных системах» древних вулканов. Миллионы лет назад расплавленные сульфиды железа реагировали с магмой, эффективно извлекая из неё никель, медь, кобальт и платину. Эти минералы накапливались в концентрациях, достаточных для добычи после того, как эрозия обнажила руду на поверхности. Прорыв в понимании этих процессов стал возможен благодаря новым методам визуализации руд в 2D и 3D с использованием рентгеновских технологий в CSIRO и Australian Synchrotron.

Использование микропучкового рентгенофлуоресцентного картирования и высокоразрешающей 3D-томографии позволило, по словам учёных, «включить свет в тёмной комнате». Исследователи увидели внутри твёрдых пород ранее недоступные детали. Оказалось, что сульфидные расплавы обладают замечательными физическими свойствами: они ведут себя как «горячий нож, режущий масло», — настолько коррозионно-активны, что могут проплавлять себе путь через твёрдые породы. Теперь известно, что рудные тела формируются в специфических частях древних магматических систем, где текучая магма была достаточно горячей, чтобы плавить окружающие породы.

В случае супергигантских никелевых руд района Норильска в Сибири, породы, которые плавились, также поставляли серу для формирования рудных тел. Более того, в этом процессе высвободилось так много серы, что её значительная часть вместе с огромными количествами никеля была выброшена в атмосферу, что, вероятно, способствовало величайшему массовому вымиранию в истории Земли.

Это исследование помогает совершенствовать геологические модели, которые использует разведочная промышленность для поиска новых месторождений. Сейчас работа продолжается как в области фундаментальных процессов рудообразования, так и в применении этих знаний для определения новых перспективных районов поиска.