# Nieuwe studie: zeldzame-aardmetaalafzettingen liggen boven oude botsingszones

Een nieuw onderzoek laat zien dat de meeste afzettingen van zeldzame aardmetalen-bronnen van metalen die onmisbaar zijn voor elektronica en schone-energietechnologieën-bovenop oeroude, begraven botsingszones liggen. Zulke zones ontstonden op plekken waar tektonische platen ooit op elkaar botsten en vervolgens diep onder continenten wegzonken.

Die uitkomst zet de huidige mijnbouwkaart in een ander licht: wat we aan de oppervlakte winnen, blijkt vaak de zichtbare uitkomst van diepe tektonische veranderingen die lang vóór het latere smelten al in de ondergrond werden “klaargelegd”, nog voordat er erts ontstond dat economisch winbaar werd.

Begraven tektonische sporen

Op gereconstrueerde continentkaarten bleken de duidelijkste overeenkomsten te liggen langs voormalige continentale randen waar langdurige plaatbotsingen druk uitoefenden en in de diepte chemisch veranderde zones achterlieten.

Door die begraven zones door de tijd heen te volgen, brachten Carl Spandler, hoogleraar aan de Universiteit van Adelaide, en zijn collega’s hetzelfde patroon in kaart bij 412 gedocumenteerde locaties.

Hun analyse liet zien dat ongeveer 29 miljoen vierkante mijl (75 miljoen vierkante kilometer) continentale korst boven deze diep gelegen, veranderde gebieden ligt. De sterkste clustering zat daar waar meerdere oude gordels elkaar overlappen.

Die hoge concentratie is lastig weg te zetten als toeval en roept de vervolgvraag op: waardoor veranderden die oude, begraven zones uiteindelijk in gesteenten die rijk zijn aan erts?

Diepe mantelveranderingen door subductie

Wanneer de ene plaat onder de andere wegduikt-subductie, het proces dat korst terugvoert de mantel in-gaan water, koolstof en spoorelementen mee omlaag.

Een deel van dat materiaal kan later weer omhoogkomen in de bovenliggende mantellithosfeer, de stijve schil onder continenten, en daar de chemie blijvend aanpassen.

Die chemische “overdruk” verlaagt de temperatuur waarbij later smelten kan optreden, waardoor ongebruikelijke magma’s kunnen ontstaan zonder dat er uitzonderlijk veel extra warmte nodig is.

In plaats van meteen erts te vormen, lijkt de botsingsfase de diepe korst vooral te vullen met ingrediënten die zeer lang op hun plek kunnen blijven.

Waarom carbonatieten en zeldzame aardmetalen samenhangen

Veel van de rijkste afzettingen van zeldzame aardmetalen zitten in carbonatieten: zeldzame stollingsgesteenten die vol zitten met carbonaatmineralen, en dus niet lijken op ‘gewone’ lava’s.

Deze magma’s ontstaan diep onder continenten, waar kleine hoeveelheden smelten elementen concentreren die slecht passen in veelvoorkomende mineralen.

Werk van de Amerikaanse Geologische Dienst (USGS) beschrijft carbonatieten al sinds de jaren 60 als de belangrijkste bron van lichte zeldzame aardmetalen.

Ongeveer 67% van deze gastgesteenten bleek binnen dezelfde oude zones te vallen, wat een directe koppeling legt tussen ertsdragende magma’s en die diepe tektonische voorgeschiedenis.

Timing van de vorming

De tijdsdimensie doorbrak een eenvoudige oorzaak-gevolgketen, omdat de begraven ‘voorbereidingsfase’ en het moment waarop magma werd gevormd vaak extreem ver uit elkaar liggen.

“Deze tijdsvertraging is een van de meest verrassende aspecten van onze bevindingen,” zei Spandler.

In sommige gevallen liep het tijdsverschil uiteen van miljoenen jaren tot bijna 2 miljard jaar.

Die vertraging scheidt de oude chemische ‘primer’ van de latere trigger, en laat ruimte voor meerdere routes waarlangs smelten alsnog op gang kan komen.

Waar overlap het sterkst is

De dichtste overeenkomsten doken op op continenten die herhaaldelijk botsingen hebben meegemaakt, vooral in Noord-Amerika, Zuidelijk Afrika en China.

Oude, stabiele blokken die bekendstaan als kratonen-de taaiste overgebleven stukken van continenten-lijken zulke verrijkte diepe zones bijzonder goed te bewaren.

Rond 85% van de in kaart gebrachte ‘vruchtbare’ regio’s overlapt met andere regio’s, een aanwijzing dat verschillende oude gebeurtenissen hun effecten als het ware hebben gestapeld.

Ook plekken die onder het Antarctische ijs verborgen liggen zouden binnen dit patroon kunnen passen, maar zulke afzettingen zijn lastig hard te maken.

Waarom mantelpluimen terrein verliezen

Eerdere verklaringen gaven vaak de hoofdrol aan mantelpluimen: opstijgende kolommen heet gesteente.

Veel carbonatieten-zeldzame vulkanische gesteenten die de meeste zeldzame-aardmetaalafzettingen herbergen-tonen echter geen duidelijke band met zulke warmtebronnen, en hun chemie wijst juist op vorming bij lagere temperaturen.

Omdat de nieuwe kaart deze afzettingen in plaats daarvan laat samenvallen met oude zones waar tektonische platen ooit botsten, verzwakt dat het idee dat opstijgende pluimen van heet gesteente het grootste deel van de ‘voorbereiding’ hebben verzorgd.

Dat sluit pluimen niet uit als latere aanjager, maar plaatst ze minder in het middelpunt.

Triggers na lange vertragingen

Er moest alsnog een latere verstoring optreden, want een verrijkte mantel smelt niet vanzelf tot een afzetting.

Slenkvorming (rifting), deformatie, warmte in de buurt of drukontlasting kunnen het voorbereide gesteente allemaal over de-door verrijking verlaagde-smelttemperatuur duwen.

Zodra het smelten begint, hopen zeldzame elementen zich op omdat ze liever in de vloeistof blijven dan in veelvoorkomende kristallen terechtkomen.

Dat verloop maakt begrijpelijk waarom ertsen ver van een actieve plaatgrens kunnen voorkomen en toch een oudere ‘vingerafdruk’ meedragen.

Exploratie wordt gerichter

Voor mineralenexploratie deed het onderzoek meer dan alleen oude gesteenten verklaren: het verkleinde ook het mondiale zoekgebied.

Slechts ongeveer 35% van de continentale korst viel binnen de in kaart gebrachte vruchtbare zones, terwijl juist die gebieden het merendeel van de afzettingen bevatten.

“Dit onderzoek laat zien dat de ingrediënten voor deze kritieke mineraalafzettingen vele miljoenen tot zelfs miljarden jaren geleden al zijn neergelegd,” zei Spandler.

Dat maakt verkenning doelgerichter, omdat oude tektonische gordels bedrijven en overheden in staat kunnen stellen om met minder giswerk te zoeken.

Beperkingen van de kaart

Niet elke afzetting viel binnen de afgebakende zones, en het model liet bewust meerdere erts-vormende processen buiten beschouwing.

Kortdurende subductie, latere verplaatsing van de korst, erosie en mantelpluimen kunnen allemaal tot ‘missers’ leiden of oude signalen maskeren.

De oudste, verborgen brongebieden reiken bovendien verder terug dan het tijdvenster van 2 miljard jaar dat de kaart bestrijkt, waardoor een deel van de diepe geschiedenis buiten beeld blijft.

Zelfs met die beperkingen kwamen willekeurige controles maar in ongeveer een derde van de gevallen in vruchtbare zones uit-ruim onder de werkelijke matchgraad.

Erfenis van de diepe aarde

Oeroude botsingen lijken continenten te hebben ‘geladen’ met de juiste chemie, terwijl jongere verstoringen bepaalden wanneer die begraven ingrediënten uiteindelijk smolten.

Nauwkeurigere tektonische reconstructies kunnen de doelen verder aanscherpen, vooral in met ijs bedekte regio’s en in terrein dat ouder is dan de huidige kaart kan volgen.