Изучение потухших вулканов представляет собой сложную задачу, так как из них не происходит извержений. Однако благодаря экспериментальным методам ученые смогли воспроизвести определённый тип вулкана, что позволило глубже понять свойства магмы. Одним из важных открытий стало то, что некоторые виды магмы эффективно концентрируют редкоземельные элементы. Несмотря на своё название, эти элементы не так уж и редки, но их трудно обнаружить. Новые исследования, опубликованные в журнале Geochemical Perspectives Letters, показывают, что редкоземельные элементы можно найти именно в потухших вулканах.
В природе существует тип магмы с аномально высоким содержанием железа, который встречается настолько редко, что за всю историю наблюдений не было зафиксировано ни одного извержения с её участием. В настоящее время такие магмы изучаются только в вулканах, потухших миллионы лет назад. Наиболее известные из них — это Эль-Лако в Чили и Кируна в Швеции, где долгое время велась добыча железной руды.
В прошлом году компания LKAB объявила, что Кируна является крупнейшим источником редкоземельных элементов в Европе. Это открытие заставило ученых задуматься о том, как в вулканическом железном руднике могли оказаться редкие элементы. Хотя исследователям известны различные горные породы, богатые редкими элементами, ни одна из них не может сравниться с Кируной или другими потухшими вулканами по уровню содержания железа.
Вопрос о том, является ли это геологической случайностью или же в богатых железом магмах существуют характеристики, способствующие накоплению редкоземельных элементов, остается открытым. Несмотря на большое количество известных потухших вулканов, их содержание в редкоземельных элементах никогда не исследовалось. Богатые железом породы, хотя и встречаются редко, легко обнаруживаются благодаря их высокому магнитному полю.
Чтобы проверить свою гипотезу, ученые воссоздали вулкан в лабораторных условиях. Для этого они использовали поршневой цилиндр, в который поместили синтетический материал, имитирующий вулканические породы и магму. Капсулы, наполненные этим материалом, нагревали до температуры 1 100 °C и подвергали давлению, эквивалентному глубине 15 км в земной коре, что приводило к его плавлению.
В таких экстремальных условиях было установлено, что богатая железом магма содержится внутри пузырьков более привычного типа магмы, встречающейся в современных активных вулканах. Эти пузырьки с высоким содержанием железа имеют отличную от окружающей среды плотность и вязкость, что позволяет им отделяться от небогатой железом магмы, подобно тому, как вода и масло разделяются на разные слои.
Богатые железом магмы способны захватывать редкие элементы с такой эффективностью, что их концентрация может достигать почти 200 раз выше, чем в обычных магмах. Это открытие свидетельствует о том, что находка в Кируне не является случайной, и подобные результаты можно ожидать от большинства, если не от всех, богатых железом вулканов.
Добыча редкоземельных металлов сосредоточена в нескольких странах, среди которых ведущую роль занимает Китай, а также Соединенные Штаты, Мьянма и Австралия. Редкоземельные элементы считаются «критически важными минералами» из-за их значимости и рисков, связанных с цепочками поставок, особенно в свете геополитических обстоятельств. Увеличение спроса на эти материалы ведет к росту инвестиций в исследования и поиски новых месторождений. Чем больше информации о запасах, тем более эффективно отрасль сможет выбирать подходящие для добычи участки, что позволит минимизировать финансовые, экологические и социальные издержки.
На территориях, богатых железными рудами, образовавшимися на месте потухших вулканов, часто ведется добыча железа. Исследования показывают, что существующие рудники могут быть переоборудованы для производства редкоземельных элементов, что позволит сделать добычу полезных ископаемых более ценным процессом. Это также даст возможность избежать открытия новых шахт и сократить негативное воздействие на экологию.
Также стоит отметить, что ранее исследования индийской миссии Chandrayaan-3 подтвердили гипотезу о существовании океана расплавленной породы на Луне в прошлом. 23 августа 2023 года посадочный модуль Vikram успешно приземлился на южной стороне Луны, после чего был развернут марсоход Pragyan для изучения местности.