Teknoloji ve enerji sektörlerinin vazgeçilmezi olan nadir toprak elementlerinin (NTE) yeryüzündeki kaynaklarını bulmak için yeni bir yöntem keşfedilmiş olabilir. Bilim insanları, bu kritik minerallerin oluşum sürecini aydınlatan bulgulara ulaştı.
Nadir toprak elementleri, Dünya'nın manto katmanında, alkali metaller (sodyum, potasyum gibi) ve karbonat mineralleri (kalsit, dolomit gibi) açısından zengin magmatik kayaçların içinde kristalleşir. Yapılan yeni bir araştırmaya göre, bu tür magmaların, bir tektonik levhanın diğerinin altına daldığı eski dalma-batma bölgelerinin üzerinde oluştuğu belirlendi.
Araştırmanın başyazarı, mineroloji, petrografi, jeokimya ve ekonomik jeoloji profesörü, konuya ilişkin yaptığı açıklamada, "Bu araştırma, bu kritik mineral yataklarının oluşması için gereken bileşenlerin milyonlarca, hatta milyarlarca yıl önce yerleştiğini gösteriyor. Bu eski süreçlerin nerede meydana geldiğini belirleyerek, gelecekteki keşifler için arama alanlarını önemli ölçüde daraltabiliriz." dedi.
Nisan ayında Science Advances dergisinde yayımlanan çalışma, daha önceki teorilerin aksine, nadir toprak yataklarını büyük ölçüde Dünya'nın çekirdeğine yakın yerlerden yükselen devasa, mantar şeklindeki sıcak erimiş kaya sütunları olan manto plume'larıyla ilişkilendiren görüşleri sorguluyor. Araştırmacılar, manto plume'larının nadir toprak elementlerinin oluşumunda rol oynayabileceğini ancak bu oluşumlarla belirgin bir örtüşme olmadığını ve plume'ların alkalin ve karbonatit magmalarını üretecek kadar sıcak olmayabileceğini belirtiyor.
Çalışmada ekip, son 2 milyar yıldaki levha tektoniği ve dalma-batma süreçlerini yeniden yapılandırmak için ileri modelleme teknikleri kullandı. Bilim insanları, levha dalmasının en az 3.1 milyar yıl önce başladığını düşünse de, en iyi modellerin yalnızca 2 milyar yıl öncesine kadar uzandığı belirtiliyor. Ardından araştırmacılar, dalma-batma bölgelerinin konumlarını mevcut nadir toprak yataklarının yerleri ve alkalin ile karbonatit magma birikintilerinin bulunduğu manto bölgeleriyle karşılaştırdı.
Araştırmacılar, küresel çapta bilinen nadir toprak elementi yataklarının ve bunları barındıran magma ceplerinin sıklıkla eski dalma-batma bölgelerinin üzerinde yer aldığını tespit etti.
Bir tektonik levha bir dalma-batma bölgesinde diğerinin altına daldığında, üstteki mantoya akışkanlar (su gibi) ve halojen elementler (flor, klor, brom, iyot vb.) salınır. Araştırmacılar, bu maddelerin peridotit gibi kayalarla reaksiyona girerek milyonlarca yıl boyunca kararlı kalabilen ve ardından kademeli olarak eriyerek alkalin veya karbonatit magmayı ve dolayısıyla nadir toprak yataklarını oluşturan "gübrelenmiş" manto bölgeleri oluşturduğunu öne sürdü.
Araştırmacılar, gübrelenmiş manto materyalini teorik olarak eritebilecek çeşitli jeolojik süreçlerin bulunduğunu belirtti. Bunlar arasında bir manto plume'u, üzerindeki kıtaların gerilmesi ve incelmesi ve yüzeydeki buzul erimesinin neden olduğu basınç düşüşü yer alıyor. Belirli süreç ne olursa olsun, bazı dalma-batma bölgeleri ile üzerindeki magma cepleri ve nadir toprak yatakları arasındaki büyük yaş farkı, gübrelenmiş bölgelerin çağlar boyunca dayanabildiğini gösteriyor.
Araştırmacılar, bulgularının en şaşırtıcı yönlerinden birinin bu zaman gecikmesi olduğunu vurgulayarak, "Bu, Dünya mantosunun mineral yatakları oluşturmak için doğru koşullar ortaya çıkmadan önce bu zenginleşmiş bölgeleri inanılmaz derecede uzun süreler boyunca depolayabileceğini gösteriyor" dedi.
Sonuçlar, bilinen alkalin ve karbonatit magma birikintilerinin %67'sinin ve bilinen nadir toprak yataklarının %72'sinin gübrelenmiş manto materyali üzerinde yer aldığını gösterdi. Daha eski nadir toprak yataklarının genellikle daha büyük ve daha yüksek dereceli olması nedeniyle, araştırmacılar 540 milyon yıldan eski yataklar için analizi tekrarladı ve bunların %92'sinin gübrelenmiş manto bölgeleri üzerinde yer aldığını buldu.
Araştırmacılar, çalışmada gübrelenmiş manto bölgeleriyle ilişkilendirilemeyen nadir toprak yataklarının muhtemelen 2 milyar yıldan eski dalma-batma bölgeleriyle bağlantılı olduğunu belirtti. Özellikle, birden fazla gübrelenmiş manto alanının örtüştüğü bölgelerde daha fazla alkalin ve karbonatit magma birikintisi ve nadir toprak yatağı bulunduğunu eklediler.
Periyodik tablonun altında bulunan itriyum, skandiyum ve 15 metalik elementi kapsayan 17 nadir toprak elementi, elektrikli araç bataryaları, rüzgar türbinleri ve akıllı telefonlarda temel bileşenlerdir. Ancak şimdiye kadar yeterince büyük yatakları bulmak zorlu bir süreçti.
Araştırmaya ortak yazarlarından biri, bu bulguların ülkelerin ve şirketlerin daha fazla nadir toprak elementi yatağı bulmasına yardımcı olabileceğini belirtti. "Bu eski tektonik bölgelere odaklanarak, keşif şirketleri ve hükümetler yeni yataklar bulmak için daha hedefe yönelik ve verimli bir yaklaşım benimseyebilir." dedi.
Araştırmacılar, en uygun arama alanlarının eski dalma-batma bölgelerine sahip alanların yanı sıra düşük sıcaklıklarda oluşan magmaların ve yüksek derecede kararlı kabuk ve üst manto bölgelerinin olabileceğini belirtti.
Modelleri iyileştirmenin ve zaman çizelgesinde daha geriye gitmenin, bilim insanlarının daha da fazla potansiyel bölgeyi belirlemesine yardımcı olabileceği ifade edildi.
