Пока крупнейшие экономики мира пытаются обеспечить себе доступ к редкоземельным элементам, без которых уже невозможно представить производство современной техники, электромобилей и ветряных турбин, учёные предложили обратить внимание на неожиданный источник этих стратегических ресурсов — давно потухшие вулканы. Исследователи считают, что богатые железом вулканические породы могут содержать значительные концентрации редкоземельных элементов, а поиск подобных древних месторождений способен в будущем снизить риск дефицита и ослабить зависимость мировой промышленности от ограниченного числа поставщиков, передает inbusiness.kz со ссылкой на IFL Science.
Речь идёт об элементах от лантана до лютеция в периодической таблице, а также о скандии и иттрий. Все они объединены под общим названием "редкоземельные элементы". При этом само название может создавать неправильное впечатление об их распространённости. Многие из этих элементов на самом деле встречаются в земной коре чаще, чем серебро или ртуть, а по распространённости могут быть сопоставимы с медью.
"Проблема заключается не столько в абсолютном количестве этих элементов на планете, сколько в том, как они распределены в природе. В отличие от некоторых других полезных ископаемых, редкоземельные элементы не проходят через такие же эффективные естественные процессы концентрации. В результате, месторождения с достаточно высоким содержанием элементов, чтобы их добыча была коммерчески выгодной, обнаруживаются значительно реже", - пишет IFL Science.
Именно эта особенность в последние годы превратила редкоземельные элементы из относительно узкой геологической темы в один из ключевых вопросов мировой экономики и геополитики.
Причина проста: целый ряд этих элементов стал необходим для производства высокотехнологичной продукции. Их используют в потребительской электронике, включая смартфоны и телевизоры с плоским экраном. Но настоящий скачок спроса произошёл после распространения технологий, связанных с энергетическим переходом.
"Некоторые редкоземельные элементы необходимы для производства постоянных магнитов, которые применяются в электромобилях и ветряных турбинах. Для ветроэнергетики такие магниты особенно важны в морских установках, где снижение потребности в техническом обслуживании становится серьёзным преимуществом. Чем дальше от берега расположена энергетическая установка, тем сложнее и дороже проводить ремонтные работы, поэтому надёжность оборудования напрямую влияет на его экономическую эффективность",- поясняет научно-популярное издание.
Таким образом, редкоземельные элементы оказались связаны сразу с несколькими крупнейшими мировыми трендами — развитием электромобилей, расширением возобновляемой энергетики, ростом производства электроники и борьбой государств за технологическую независимость.
"На этом фоне особое значение приобрела роль Китая. Страна раньше западных государств оценила стратегическую важность редкоземельных элементов и сегодня занимает доминирующие позиции не только в их добыче, но и в переработке. Это даёт Пекину серьёзное влияние на глобальные цепочки поставок", - отмечает IFL Science.
Китай уже использовал ограничения, связанные с редкоземельными технологиями, чтобы сохранить своё преимущество в производстве. Такая ситуация заставила западные правительства и горнодобывающие компании искать альтернативные источники сырья и обращаться за помощью к геологам.
Одним из исследователей, предложивших новый взгляд на проблему, стал доктор Майкл Аненберг из Австралийского национального университета. Вместе с коллегами он обратил внимание на необычные свойства некоторых древних вулканических месторождений.
Учёные исходили из того, что отдельные старые вулканические образования отличаются высоким содержанием железа. Причём речь идёт о вулканах, которые давно прекратили активность.
"Мы никогда не видели, чтобы богатая железом магма извергалась из действующего вулкана, но знаем, что некоторые потухшие вулканы, которым миллионы лет, имели этот загадочный тип извержения", — сказал Аненберг.
Именно эта особенность стала отправной точкой для нового исследования. Учёные предположили, что месторождения железооксидного апатита, известные как IOA, могут иметь происхождение, связанное с древней вулканической активностью. При этом точное происхождение таких месторождений до сих пор остаётся предметом научных дискуссий.
Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи провели лабораторный эксперимент. Они расплавили породы, богатые фосфатами и силикатами железа, при температурах от 800 °C до 1150 °C, что соответствует диапазону примерно от 1470 °F до 2100 °F. При этом использовались давления, характерные для глубинных слоёв Земли.
Результат оказался особенно интересным для поиска новых ресурсов. Учёным удалось воспроизвести многие характеристики месторождений IOA, включая их характерные пузырьки. Более того, созданные в лаборатории породы, похожие на IOA, оказались обогащены более лёгкими редкоземельными элементами по сравнению с более тяжёлыми.
Такая особенность уже наблюдалась в некоторых природных месторождениях, что усилило предположение исследователей о возможной связи между древними богатыми железом вулканическими системами и редкоземельными ресурсами.
"Наши результаты показывают, что эти богатые железом потухшие вулканы по всему миру, такие как Эль-Лако в Чили, могут быть исследованы на наличие редкоземельных элементов", — сказал Аненберг.
Если эта идея подтвердится при дальнейших геологических исследованиях, подход к поиску редкоземельных ресурсов может заметно измениться. Вместо того чтобы рассматривать каждый перспективный участок исключительно с точки зрения уже известных геологических моделей, специалисты смогут целенаправленно изучать древние вулканические районы, где в прошлом существовали условия для формирования богатых железом пород.
"И потенциальные примеры уже существуют. В прошлом году было установлено, что одно из месторождений IOA на севере Швеции содержит крупнейший ресурс редкоземельных элементов в Европе", - уточняет IFL Science.
Это обстоятельство особенно важно на фоне растущей стоимости таких ресурсов. Однако высокая цена редкоземельных элементов объясняется не только их сравнительно низкой концентрацией в большинстве месторождений. Не менее серьёзная проблема связана непосредственно с их извлечением и разделением.
Различные редкоземельные элементы обладают чрезвычайно схожими химическими свойствами. Поэтому после добычи руды недостаточно просто извлечь содержащиеся в ней элементы — их необходимо разделить друг от друга. Сегодня это сложный, дорогостоящий и технологически непростой процесс.
Исследователи по всему миру уже изучают новые способы добычи и переработки редкоземельных элементов. Однако многие из этих подходов пока не доказали свою эффективность при промышленном масштабировании.
Именно здесь поиск месторождений с определённым соотношением редкоземельных элементов может дать дополнительное преимущество. Если в конкретном месторождении одни элементы значительно преобладают над другими, это потенциально позволяет сократить количество этапов последующего разделения.
Иными словами, значение древних вулканов может заключаться не только в самом наличии редкоземельных элементов. Не менее важно то, какие именно элементы там сосредоточены и насколько удобным может оказаться их последующее извлечение.
Для мировой экономики это вопрос уже далеко не только о стоимости сырья. Контроль над редкоземельными элементами постепенно превращается в один из факторов международной политики. Спрос на них растёт одновременно с развитием отраслей, которые государства считают стратегическими.
Доминирование Китая в добыче и переработке редкоземельных элементов уже вызвало опасения, что в случае серьёзного политического конфликта другие страны могут столкнуться с ограничением доступа к необходимому сырью.
Подобный сценарий сравнивают с ограничениями на экспорт нефти в 1970-х годах, которые серьёзно ударили по мировой экономике. Некоторые эксперты даже предупреждали, что возможное использование редкоземельных элементов в качестве инструмента политического давления способно увеличить риск мирового конфликта.
При этом нынешнее исследование имеет примечательную международную особенность. Первые два автора научной работы связаны с Китайской академией наук, один из них также работает в Австралийском национальном университете. Судя по всему, исследователи при этом не рассматривают свои выводы исключительно как инструмент усиления позиции одной страны и готовы помочь другим государствам найти собственные месторождения, пригодные для промышленной разработки.
Это может оказаться особенно важным в условиях, когда крупнейшие экономики мира стремятся сократить зависимость от отдельных поставщиков стратегического сырья.
Если древние богатые железом вулканические системы действительно окажутся систематически связаны с перспективными концентрациями редкоземельных элементов, геологи получат новый ориентир для поиска месторождений. Тогда вулканы, которые перестали извергаться миллионы лет назад, могут неожиданно оказаться частью современной технологической гонки.
Перспектива выглядит парадоксально: геологические процессы, происходившие в глубинах Земли миллионы лет назад, сегодня могут влиять на производство электромобилей, развитие ветроэнергетики, выпуск электроники и даже на международные отношения.
При этом речь пока не идёт о том, что каждое потухшее вулканическое образование автоматически является крупным источником редкоземельных элементов. Учёным ещё предстоит определить, насколько широко обнаруженная закономерность применима к природным месторождениям и сможет ли предложенный подход привести к появлению экономически выгодных проектов.
Однако сама идея уже меняет направление поиска. Пока мировая экономика пытается решить проблему ограниченного предложения редкоземельных элементов, ответ может находиться не в новых технологиях добычи уже известных месторождений, а в правильном выборе мест, где эти ресурсы искать.
Исследование опубликовано в открытом доступе в научном журнале Geochemical Perspectives Letters. Именно его результаты стали основой для вывода о перспективности изучения богатых железом потухших вулканов как потенциальных источников редкоземельных элементов.
Читайте по теме:
В Казахстане выявили крупные прогнозные ресурсы редкоземельных металлов
