La maggior parte del litio utilizzato per realizzare le batterie agli ioni di litio che alimentano l'elettronica moderna proviene dall'Australia e dal Cile. Ma gli scienziati di Stanford dicono che ci sono grandi depositi nelle fonti proprio qui in America:i supervulcani.

In uno studio pubblicato oggi in Comunicazioni sulla natura , gli scienziati descrivono in dettaglio un nuovo metodo per localizzare il litio nei depositi di laghi supervulcanici. I risultati rappresentano un passo importante verso la diversificazione dell'offerta di questo prezioso metallo bianco-argenteo, poiché il litio è una risorsa strategica energeticamente critica, ha detto la coautrice dello studio Gail Mahood, un professore di scienze geologiche alla Stanford's School of Earth, Scienze energetiche e ambientali.

"Dovremo utilizzare veicoli elettrici e grandi batterie di accumulo per ridurre la nostra impronta di carbonio, "Ha detto Mahood. "È importante identificare le risorse di litio negli Stati Uniti in modo che la nostra fornitura non si basi su singole società o paesi in un modo che ci renda soggetti a manipolazioni economiche o politiche".

I supervulcani possono produrre massicce eruzioni da centinaia a migliaia di chilometri cubi di magma, fino a 10, 000 volte più di una tipica eruzione di un vulcano hawaiano. Producono anche grandi quantità di pomice e ceneri vulcaniche che si diffondono su vaste aree. Appaiono come enormi buchi nel terreno, note come caldere, piuttosto che la forma a cono tipicamente associata ai vulcani perché l'enorme perdita di magma provoca il collasso del tetto della camera dopo l'eruzione.

Il buco risultante spesso si riempie d'acqua per formare un lago:il lago craterico dell'Oregon è un ottimo esempio. In decine di migliaia di anni, le piogge e le sorgenti termali rilasciano il litio dai depositi vulcanici. Il litio si accumula, insieme ai sedimenti, nel lago della caldera, dove si concentra in un'argilla chiamata hectorite.

L'esplorazione dei supervulcani per il litio diversificherebbe la sua offerta globale. I principali depositi di litio sono attualmente estratti da depositi di salamoia nelle saline ad alta quota in Cile e da depositi di pegmatite in Australia. I supervulcani presentano pochi rischi di eruzione perché sono antichi.

"La caldera è il bacino deposizionale ideale per tutto questo litio, " ha detto l'autore principale Thomas Benson, un recente dottorato di ricerca alla Stanford Earth, che ha iniziato a lavorare allo studio nel 2012.

Fin dalla sua scoperta nel 1800, il litio è stato ampiamente utilizzato nei trattamenti psichiatrici e nelle armi nucleari. A partire dagli anni 2000, il litio è diventato il componente principale delle batterie agli ioni di litio, che oggi forniscono energia portatile per qualsiasi cosa, dai cellulari e laptop alle auto elettriche. Volvo Cars ha recentemente annunciato il suo impegno a produrre solo nuovi modelli dei suoi veicoli come opzioni ibride o alimentate a batteria a partire dal 2019, segno che la domanda di batterie agli ioni di litio continuerà ad aumentare.

"Abbiamo avuto una corsa all'oro, così sappiamo come, perché e dove si trova l'oro, ma non abbiamo mai avuto una scarica di litio, " ha detto Benson. "La domanda di litio ha superato la comprensione scientifica della risorsa, quindi è essenziale che la scienza fondamentale alla base di queste risorse recuperi il ritardo".

Lavorando all'indietro

Per identificare quali supervulcani offrono le migliori fonti di litio, i ricercatori hanno misurato la concentrazione originale di litio nel magma. Poiché il litio è un elemento volatile che passa facilmente da solido a liquido a vapore, è molto difficile da misurare direttamente e le concentrazioni originali sono poco conosciute.

Così, i ricercatori hanno analizzato minuscoli frammenti di magma intrappolati nei cristalli durante la crescita all'interno della camera magmatica. Queste "inclusioni di fusione, " completamente incapsulato all'interno dei cristalli, sopravvivere alla supereruzione e rimanere intatto durante il processo di invecchiamento. Come tale, le inclusioni di fusione registrano le concentrazioni originali di litio e altri elementi nel magma. I ricercatori hanno tagliato i cristalli dell'ospite per esporre queste bolle di magma conservate, che hanno un diametro compreso tra 10 e 100 micron, quindi li ha analizzati con la microsonda a ioni sensibili ad alta risoluzione nel laboratorio SHRIMP-RG a Stanford Earth.

"Capire come il litio viene trasportato nei magmi e cosa causa l'arricchimento di un centro vulcanico in litio non è mai stato fatto in modo sistematico prima d'ora, " ha detto Benson.

Il team ha analizzato campioni da una serie di ambienti tettonici, compreso il deposito di Kings Valley nel campo vulcanico di McDermitt situato al confine tra Nevada e Oregon, che eruttò da 16,5 a 15,5 milioni di anni fa ed è noto per essere ricco di litio. Hanno confrontato i risultati di questo centro vulcanico con i campioni del complesso della caldera di High Rock in Nevada, Sierra la Primavera in Messico, Pantelleria nel Canale di Sicilia, Yellowstone nel Wyoming e Hideaway Park in Colorado, e ha determinato che le concentrazioni di litio variavano ampiamente in funzione dell'impostazione tettonica del supervulcano.

"Se hai molto magma in eruzione, non deve contenere tanto litio per produrre qualcosa che sia degno di interesse economico come pensavamo in precedenza, "Ha detto Mahood. "Non hai bisogno di concentrazioni straordinariamente elevate di litio nel magma per formare depositi e riserve di litio".

Migliorare l'identificazione

Oltre ad esplorare per il litio, i ricercatori hanno analizzato altri oligoelementi per determinare le loro correlazioni con le concentrazioni di litio. Di conseguenza, hanno scoperto una correlazione precedentemente sconosciuta che ora consentirà ai geologi di identificare i supervulcani candidati per i depositi di litio in un modo molto più semplice rispetto alla misurazione del litio direttamente nelle inclusioni di fusione. Gli oligoelementi possono essere utilizzati come proxy per la concentrazione di litio originale. Per esempio, una maggiore abbondanza di rubidio facilmente analizzabile nei depositi sfusi indica più litio, mentre alte concentrazioni di zirconio indicano meno litio.

"Possiamo essenzialmente utilizzare il contenuto di zirconio per determinare il contenuto di litio entro circa 100 parti per milione, " ha detto Benson. "Ora che abbiamo un modo per trovare facilmente più di questi depositi di litio, mostra che questo fondamentale lavoro geologico può aiutare a risolvere i problemi della società, è davvero eccitante".