Le nuove tecnologie a raggi X rivelano alcuni degli incredibili processi che hanno avuto luogo nella storia geologica della Terra e dovrebbero aiutarci a identificare nuovi minerali di alto valore.

Vediamo che alcuni dei più preziosi accumuli di metalli mai estratti dall'uomo si sono formati da rocce fuse, e in particolare dai minerali di solfuro fuso (quelli che presentano lo zolfo come componente principale).

Questi accumuli metallici, chiamati giacimenti minerari, contengono nichel, rame e cobalto – metalli che sono componenti critici delle batterie agli ioni di litio.

Anche ai prezzi attuali, grandi esempi di tali corpi minerali una volta fusi contengono centinaia di miliardi di dollari di nichel, solitamente con preziosi sottoprodotti di rame, cobalto, platino e palladio.

Abbiamo bisogno di continuare a trovare nuovi, giacimenti di alta qualità, come il giacimento minerario Nova-Bollinger scoperto di recente a est di Kalgoorlie nell'Australia occidentale, per tenere il passo con l'inevitabile aumento della domanda. Sulle proiezioni attuali, uno nuovo è necessario ogni anno per tenere il passo con la domanda di nichel nelle batterie agli ioni di litio.

Una migliore comprensione di come si sono formati questi depositi, nel profondo della crosta terrestre milioni di anni fa, ci aiuterà a migliorare il nostro tasso di successo dell'esplorazione.

Sistema idraulico negli antichi vulcani

Il processo geologico che ha formato i minerali dai solfuri fusi ha molto in comune con la fusione (la procedura utilizzata dalle persone per millenni per estrarre metalli puri da minerali contenenti zolfo).

Milioni di anni fa, i minerali di solfuro di ferro fuso hanno reagito con il magma nel sistema idraulico di antichi vulcani - in effetti scavando i metalli essenziali nichel, rame, cobalto e platino. Questi minerali si accumulavano in concentrazioni sufficienti da poter essere estratti una volta che l'erosione avesse esposto il minerale in superficie.

Negli ultimi anni, abbiamo notevolmente migliorato la nostra comprensione di come si siano formati questi notevoli giacimenti di minerali. Questa comprensione è stata acquisita utilizzando nuove tecniche di imaging dei minerali in due e tre dimensioni, utilizzando le tecnologie a raggi X al CSIRO e al Synchrotron australiano.

Abbiamo utilizzato una tecnica chiamata mappatura degli elementi a raggi X a microfascio per creare immagini 2-D dettagliate dei minerali e delle rocce in cui si trovano.

Alcune di queste immagini - come quella all'inizio di questa storia - sono create sulla linea di luce della microscopia a fluorescenza a raggi X al sincrotrone australiano, applicando il sistema di rilevamento Maia. Ciò consente di raccogliere immagini gigapixel in pochi minuti.

Come accendere la luce

A complemento di questa tecnica, abbiamo anche applicato la tomografia a raggi X 3D ad alta risoluzione, l'equivalente di una TAC ospedaliera, per rivelare dettagli 3D sulla forma e le dimensioni delle goccioline di liquido solfuro che hanno formato i minerali.

L'effetto è stato quello di accendere una luce in una stanza buia:abbiamo visto caratteristiche all'interno di rocce solide che non erano state rivelate in precedenza.

liquidi solforati, si scopre, hanno notevoli proprietà fisiche. Si comportano come un coltello caldo nel burro:così corrosivi che possono sciogliersi attraverso le rocce solide, finendo in alcuni casi a decine di metri di distanza dalle rocce originarie.

Ora sappiamo che i corpi minerali si formano in parti molto particolari degli antichi "sistemi idraulici" che alimentavano i magmi ai vulcani sovrastanti. I minerali si sono formati dove il magma che scorreva era così caldo da fondere le rocce attorno ad esso.

Il liquido di solfuro del "coltello caldo" ha poi continuato a sciogliersi nel pavimento, tale che i minerali si trovano ora iniettati nelle rocce non ignee sottostanti.

Nel caso dei minerali di nichel supergiganti della regione di Norilsk in Siberia, le rocce che si sciolsero fornirono anche lo zolfo per formare i minerali.

Infatti, così tanto zolfo è stato rilasciato da questo processo che gran parte di esso, insieme a grandi quantità di nichel, è stato effettivamente eruttato nell'atmosfera, contribuendo alla più grande estinzione di massa nella storia della Terra.

Ago nei bersagli del pagliaio

Questo tipo di lavoro ci aiuta a migliorare i modelli geologici che l'industria dell'esplorazione utilizza per esplorare nuovi giacimenti.

I minerali di solfuro di nichel sono notoriamente difficili obiettivi "ago nel pagliaio", e dobbiamo portare la nostra migliore combinazione di tecniche di rilevamento geofisico e modelli geologici predittivi.

Allora, qual è il prossimo?

La ricerca è in corso:sia sui processi fondamentali della formazione del minerale sia sulle implicazioni di questa comprensione per dove e come cercare nuovi giacimenti.

Alcuni dei minerali che si formano insieme ai minerali di solfuro possono essere dispersi dall'erosione, e i fiumi li trasportano per lunghe distanze dai depositi stessi.

Stiamo imparando a riconoscere questi grani chimicamente distintivi, allo stesso modo gli esploratori di diamanti usano i "minerali indicatori" per trovare fertili kimberliti (la roccia fonte dei diamanti).

Stiamo anche facendo ricerche più fondamentali, come l'utilizzo di materiale analogico (acqua salata e olio d'oliva funzionano molto bene, si scopre) e modelli di fluidodinamica computazionale su supercomputer per esaminare la fisica di come i minerali magmatici arrivano ad avere l'aspetto che hanno.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.