1
مس در هر موتور الکتریکی، دکل انتقال نیرو و پنل خورشیدی در سراسر جهان حضور دارد. تقاضا برای این فلز به‌قدری سریع در حال افزایش است که آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) در سناریوی کربن‌خنثی خود پیش‌بینی کرده که تا سال ۲۰۴۰ این تقاضا ۵۰ درصد رشد خواهد داشت.
اما راز ذخایر عظیم مس در زمین چیست؟ مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد که برخی از غنی‌ترین ذخایر مس زمین، حاصل نواحی فعال فرورانش نیستند، بلکه نتیجه شوک‌های شیمیایی ماندگار پس از برخورد قاره‌ای در جنوب تبت هستند.
کشفی که معادلات زمین‌شناسی را تغییر داد
مشارکت دانشگاه استرالیای غربی
در این تحلیل، دکتر یونگ‌جون لو از دانشکده زمین و اقیانوس دانشگاه استرالیای غربی نیز مشارکت داشته است.
تقاضای رو به رشد مس
قابلیت بی‌رقیب مس در انتقال الکترون، آن را به ستون فقرات خودروهای الکتریکی، پمپ‌های حرارتی و شبکه‌های عظیم انرژی تجدیدپذیر تبدیل کرده است. به‌طور مثال، در یک توربین بادی در مقیاس نیروگاهی ممکن است دو تن مس وجود داشته باشد و یک خودروی برقی حدود سه برابر بیشتر از یک خودروی بنزینی مس مصرف می‌کند.
سهم ذخایر پورفیری
بیش از نیمی از منابع مس جهان در خوشه‌های ذخایر پورفیری قرار دارد. این ذخایر، توده‌های عظیم سنگ معدن هستند که از صعود سیالات غنی از مواد معدنی به‌سوی ماگمای در حال سرد شدن شکل می‌گیرند. این مناطق از ارکان اصلی صنعت معدن هستند، زیرا می‌توان یک منطقه را برای چندین دهه بهره‌برداری کرد.
با این حال، بسیاری از کمربندهای مستعد، در ارتفاعات آند، هیمالیا و دیگر رشته‌کوه‌های دورافتاده قرار دارند که اکتشاف در آن‌ها پرهزینه است و با ریسک‌های اقلیمی همراه است.
یک معمای اقتصادی
تشخیص این‌که کدام کوه‌ها در دل خود سنگ معدن مس پنهان کرده‌اند و کدام‌ها صرفاً صخره‌های بی‌ارزش هستند، به یک معمای اقتصادی فوری بدل شده است.
تیم‌های اکتشاف، نقشه‌های عناصر کم‌مقدار را جست‌وجو می‌کنند، اما ماگماهای ایجادکننده سنگ معدن ممکن است ده‌ها میلیون سال پس از ناپدید شدن یک صفحه اقیانوسی ظاهر شوند. کشف جدید در تبت، توضیح می‌دهد که این تأخیر چرا رخ می‌دهد و چگونه می‌توان آن را شناسایی کرد.
برخوردهای باستانی عامل ذخایر مس
کمربند گاندزه در جنوب تبت
کمربند گاندزه در جنوب تبت، بیش از ۴۵ میلیون تن مس را در ذخایر پورفیری متعلق به دوران میوسن در خود جای داده است.
این ذخایر در فاصله ۱۸ تا ۱۳ میلیون سال پیش شکل گرفتند، یعنی مدت‌ها پس از آن‌که کف دریا نئوتتیس به زیر آسیا فرو رفت و از آن جدا شد.
روند بررسی زمین‌شناسی
محققان سنگ‌های آذرین را در سراسر چرخه فرورانش-برخورد نمونه‌برداری کردند. آن‌ها این سنگ‌ها را به سه دسته پیش از برخورد، همزمان با برخورد و پس از برخورد تقسیم کردند و تغییرات هر نسل را پیگیری کردند.
شاخص‌های اکسیداسیون
نسبت‌های وانادیوم به اسکاندیوم و شاخص‌های اکسیژن-فیوگاسیته زیرکون در ماگماهای پس از برخورد، افزایش چشمگیری داشت.
این افزایش، نشان‌دهنده هجوم مواد اکسیدشده بود. دقیقاً همان چیزی که مس برای باقی‌ماندن در حالت محلول تا رسیدن ماگما به پوسته کم‌عمق نیاز دارد.
دکتر لو توضیح داد: «این یافته، این تصور را به چالش می‌کشد که تنها فرورانش اقیانوسی چنین اکسیدان‌هایی را به گوشته وارد می‌کند.»
ردیابی منشأ سنگی مس
برای کشف منبع اکسیژن اضافه، محققان اثرات شیمیایی به‌جا مانده در سنگ‌ها را بررسی کردند.
ایزوتوپ‌های جیوه
آن‌ها ایزوتوپ‌های جیوه را مطالعه کردند که حتی پس از تحمل حرارت و فشار شدید، امضای منحصربه‌فرد خود را حفظ می‌کنند. در سنگ‌های پس از برخورد، این امضا به رسوبات سطحی اشاره داشت، نه منابع عمقی در گوشته.
ایزوتوپ‌های منیزیم
تیم پژوهش، ایزوتوپ‌های منیزیم موجود در سنگ‌های آتشفشانی موسوم به «لاوای اولتراپتاسیک» را نیز بررسی کرد و مقادیر به‌طور غیرعادی سبک یافت. این نوع مقدار، نشان‌دهنده وجود مواد کربناته بازیافتی است.
نتیجه کلی
در مجموع، نتایج نشان داد که رسوبات صفحه هند به اعماق زمین فرورفته و در ایجاد ماگمای غنی از مس نقش عمده‌ای ایفا کرده‌اند.
مواد پوسته‌ای، سوخت تشکیل ذخایر
لایه‌های کربناته حاشیه هند که سرشار از کلسیم و CO2 به دام افتاده بودند، همراه صفحه در حال فرورانش حرکت کردند. در عمق حدود ۹۵ کیلومتری و دمایی بالاتر از ۸۷۰ درجه سانتی‌گراد، این کربنات‌ها با کانی‌های آهن‌دار گوشته واکنش دادند.
تبادل اکسیداسیونی
این واکنش، آهن فرو را به آهن فریک تبدیل کرد و حالت اکسیداسیون گوشته را افزایش داد.
نقش سولفات
ماگمای اکسیدشده می‌تواند گوگرد را به شکل سولفات، به‌جای سولفید حمل کند. این تغییر شیمیایی ظریف، باعث می‌شود مس در محلول باقی بماند، نه این‌که در قطرات سولفید اولیه به دام بیفتد. هنگامی که ماگما در پوسته میانی متوقف می‌شود، فشار کاهش یافته و سیالات جدا می‌شوند و سولفیدهای مس رسوب می‌کنند و یک پوسته معدنی تشکیل می‌دهند.
دکتر لو گفت: «می‌توانید این را مانند یک فرصت دوم برای ماگماهای مس‌ساز تصور کنید. حتی پس از ناپدیدشدن صفحه اقیانوسی، رسوبات پوسته‌ای بازیافتی می‌توانند سیستم‌های غنی از فلز را برای میلیون‌ها سال زنده نگه دارند.»
کشف مس از دل برخوردهای کهن
اکثر مدل‌های اکتشافی، زمین‌شناسان را به‌سوی کمان‌های آتشفشانی فعال هدایت می‌کنند. اما شواهد جدید از تبت، محدوده جست‌وجو را به کمان‌های فسیل شده در بالای مناطق برخورد قدیمی گسترش می‌دهد.
مناطق مشابه در ایران و قفقاز
استان‌هایی چون زاگرس در ایران و قفقاز کوچک، تاریخچه مشابهی از فرورانش قاره‌ای-قاره‌ای سرشار از کربنات دارند.
لو تأکید کرد: «این کشف، دیدگاه ما را درخصوص محل و نحوه جست‌وجوی ذخایر عظیم مس تغییر می‌دهد و بر پتانسیل نواحی پس از فرورانش، به‌ویژه برخوردهای قاره‌ای-قاره‌ای، به‌عنوان مرزهای مهم اکتشاف تأکید می‌کند.»
کاربری عملی
اکنون بررسی ایزوتوپ‌های جیوه و منیزیم تنها مختص آزمایشگاه‌های دانشگاهی نیست. این روش‌ها می‌توانند پیش از حفاری‌های پرهزینه، کریدورهای اکسیدشده پنهان را شناسایی کنند و در زمان و هزینه سرمایه‌گذاران صرفه‌جویی کنند.
اهمیت این یافته در انرژی پاک
تأمین مس، همین حالا هم از تقاضای پیش‌بینی‌شده عقب‌تر است. بدون اکتشافات جدید، کمبودها می‌توانند روند به‌روزرسانی شبکه‌های برق را کند کنند یا قیمت خودروهای برقی را افزایش دهند.
مطالعه تبت نشان می‌دهد که برخوردهای قاره‌ای-قاره‌ای می‌توانند ماگماهای سازنده سنگ معدن را مدت‌ها پس از توقف فرورانش زنده نگه دارند.
شرکت‌هایی که حاضر به تحمل دشواری‌های لجستیکی در ارتفاعات بالا هستند، ممکن است به ذخایری دست یابند که مدل‌های استاندارد آن‌ها را نادیده گرفته‌اند. کشورهایی که از کمربندهای کوهزایی غنی برخوردارند، در دیپلماسی مواد معدنی حیاتی دست بالا را خواهند داشت و مناطق فاقد منابع باید بازیافت و جایگزینی را دوچندان کنند.
نتیجه‌گیری
این مطالعه نشان می‌دهد که زمین‌ساخت صفحه‌ای، همچنان اقتصاد جهانی کربن‌زدایی را شکل می‌دهد. آن هم یک نوبت ماگمای اکسیدشده در هر زمان.
این پژوهش در مجله Science Advances منتشر شده است.