Фото: Кембриджский университет
Картографирование магматических пород, богатых CO2, показывает, что залежи редкоземельных элементов тесно связаны с мощными древними литосферными ядрами континентов. Толщина литосферы определяет формирование и обогащение этих пород, причем залежи в основном залегают вдоль крутых краев самой толстой части литосферы. Этот атлас предоставляет прогнозную основу для поиска новых ресурсов редкоземельных элементов.
В новом атласе представлено глобальное распределение необычных магматических пород, содержащих критически важные металлы. Выяснилось, что они часто образуются вблизи толстых и древних ядер основных континентов. Исследователи с факультета наук о Земле Кембриджского университета составили карту распространения богатых CO2 магматических пород — основного источника редкоземельных элементов в мире. Оказалось, что их распределение тесно связано с вариациями в твердом внешнем слое Земли — литосфере.
По мнению исследователей, более толстая литосфера является ключевым фактором для формирования подходящих пород для обогащения. Она позволяет карманам расплавленной породы оставаться на глубине, где они медленно остывают, концентрируя металлы.
Предсказание мест образования редкоземельных элементов
Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Geoscience, могут быть использованы для поиска новых месторождений редкоземельных элементов, считает доктор Эмили Боуман, ведущий автор исследования из Кембриджского центра наук о Земле. «Наше исследование начинает давать своего рода прогноз относительно того, где могут образовываться эти породы и, соответственно, месторождения редкоземельных элементов».
Редкоземельные элементы используются в производстве многих повседневных и передовых технологий, в том числе смартфонов и экологически чистых энергетических решений, таких как ветряные турбины и электромобили. Большая часть мира зависит от импорта редкоземельных элементов из Китая, но страны все чаще стремятся перейти на внутренние источники, которые обеспечивают большую безопасность и стабильность поставок.
«Ученые активно изучают причины формирования месторождений редкоземельных металлов в тех или иных местах», — говорит профессор Салли Гибсон из Кембриджского университета, старший автор исследования.
От геологических диковинок до ключевых ресурсов
По словам Гибсона, предыдущие исследования, как правило, были сосредоточены на образовании редкоземельных элементов в конкретном месте или в пределах определенного региона, «но мы расширяем масштабы и изучаем этот вопрос в глобальном масштабе, ища более глубокие закономерности, которые могли бы объяснить геологию поверхности».
Боуман собрал химические данные по 9000 образцам магматических пород со всего мира, обогащенных растворенным CO2 — ключевым компонентом, повышающим вероятность концентрации редкоземельных элементов.
«До недавнего времени эта разновидность магматических пород была просто диковинкой, — говорит Гибсон. — Геологи с жадностью их коллекционировали, а студентов они ставили в тупик на практических занятиях. Но в последние годы они стали очень востребованы». Многие из этих причудливых и удивительных горных пород были впервые классифицированы в XIX и начале XX века. Названия они получили по месту, где были впервые обнаружены, или по названию содержащихся в них необычных минералов. «Терминология настолько обширна, что на основе названий горных пород можно было бы создать новый язык, — говорит Гибсон. — Из-за этого, а также из-за их научной сложности люди, как правило, избегают их».
Связь химического состава горных пород с глубинной структурой
Команда, в которую входят соруководитель проекта профессор Сергей Лебедев и доктор Сиюань Суй — геофизики из Кембриджского центра наук о Земле, нанесли данные о горных породах на карту вместе с подробной информацией о недрах Земли.
«С помощью сейсмических волн, возникающих при землетрясениях, мы можем создать объемное изображение литосферы, подобно тому, как сонар позволяет различить объекты на морском дне, — говорит Лебедев. — С помощью этого метода мы можем увидеть, что толщина литосферы играет определяющую роль в локализации этих месторождений». «Нам нужно было собрать воедино две части головоломки — химический состав горных пород и сейсмические данные, — чтобы установить связь, — говорит Гибсон. — Породы с подходящим химическим составом для обогащения встречаются только в очень специфических местах, в основном вдоль крутых краев самой толстой и древней литосферы Земли», — объясняет она.
По словам Гибсона, более толстые участки литосферы удерживают нижележащие мантийные породы под высоким давлением и в относительно холодном состоянии, препятствуя их плавлению. В таких условиях может расплавиться лишь незначительная часть мантии, образуя небольшие очаги магмы, которые часто застревают у основания литосферы и затвердевают, превращаясь в магматические породы с высоким содержанием CO2. Но только когда эти породы впоследствии снова расплавляются, металлы подвергаются повторному «варению» и становятся достаточно концентрированными, чтобы образовать полезное рудное месторождение.
Если заглянуть еще дальше в геологическую историю,
то можно увидеть, что команда планирует расширить свою карту, включив в нее породы возрастом более 200 миллионов лет, в которых сосредоточено большинство экономически значимых месторождений редкоземельных элементов по всему миру.
«В этой работе мы изначально сосредоточились на отложениях, сформировавшихся после основных этапов распада крупных континентов Земли», — сказал Гибсон. Он объяснил, что тектонические процессы, такие как горообразование и рифтогенез, разрушили более древние породы, что затруднило их изучение. «Теперь, когда мы установили, что такое систематическое поведение существует, мы можем обратиться к более раннему периоду. Это будет сложнее, но я надеюсь, что это станет ключевым шагом в прогнозировании залежей полезных ископаемых».
Сведения о публикации
Глобальное распределение магмы с высоким содержанием CO2 определяется толщиной литосферы., Nature Geoscience (2026). DOI: 10.1038/s41561-026-01990-7
Информация о журнале: Nature Geoscience