Геологи наконец-то разгадали тайну залежей редкоземельных элементов

Редкоземельные элементы (РЗЭ) – это 17 ценных химических элементов, которые крайне важны для производства самых разных технических устройств – от смартфонов до дисководов, ветряных двигателей, спутников, электромобилей, медицинского оборудования и т.д. Несмотря на то, что в их названии присутствует слово «редкий», на самом деле эти вещества могут встречаться в относительно большом количестве в земной коре, но их неравномерное распределение затрудняет их добычу из-под земли, не говоря уже о том, что сделать это бережно по отношению к окружающей среде просто невозможно. Из-за этого концентрированные залежи РЗЭ считаются высокоценным природным ресурсом, и ученые всего мира постоянно ищут новые способы их обнаружения и добычи.

В новом исследовании команда ученых под руководством геолога Майкла Аненберга из Австралийского национального университета изучала химические механизмы, лежащие в основе формирования редкоземельных элементов, в частности внутри и вокруг пирогенных карбонатитовых пород.

«Именно эти редкие породы и продукты их разрушения служат источником наиболее ценных РЗЭ, – говорится в исследовании. – При этом нет единой модели, объясняющей все особенности образования залежей РЗЭ, что затрудняет их разведку».

Чтобы изучить процесс рудоносности, связанный с карбонатитовыми залежами редкоземельных элементов, Аненберг и его команда смоделировали процесс, происходящий при нагревании карбонатитовых пород под высоким давлением, а затем их охлаждение и снижение давления. Для этого они помещали небольшое количество синтетического карбонатита в серебряных или никелевых капсулах в поршневой цилиндр, затем нагревали образцы до 1200°С при давлении в 2,5 гигапаскалей, после чего постепенно охлаждали их до 200°С и снижали давление до 0,2 гигапаскалей.

«Нашей задачей было выяснить, что заставляет редкоземельные элементы «выделяться» из карбонатитовой породы и формировать высокометаморфизованные локальные отложения», – пишет Аненберг.

До сих пор считалось, что для того, чтобы сделать редкоземельные элементы растворимыми, необходимы определенные лиганды – молекулы, способные связываться с РЗЭ, включая хлор и фтор. Однако проведенный эксперимент заставил ученых пересмотреть это мнение и предположить, что для перемещения РЗЭ внутри карбонатитовых пород необходимы щелочные вещества, а растворимость РЗЭ придают натрий и калий. Содержащие щелочи карбонатиты способны формировать богатые редкоземельными элементами жидкости, которые в схожих с магматическими условиях могут перемещаться на большие расстояния, сохраняя высокую способность к растворению.

«Проведенный эксперимент помогает лучше понять, где именно в карбонатитовых интрузиях могут находиться залежи таких ценных элементов, как «тяжелый» диспрозий и «легкий» неодим», – говорит геолог Франс Уолл из Университета Эксетера (Великобритания).