ساعد فريق دولي من العلماء في كشف لغز طويل الأمد حول كيفية تشكل رواسب العناصر الأرضية النادرة تحت الأرض.
والعناصر الأرضية النادرة (REEs) هي مجموعة من 17 عنصرا كيميائيا قيِّما مهما للغاية في تصنيع الأجهزة التكنولوجية، حيث تُستخدم كمواد خام أساسية في كل شيء بدءا من الهواتف الذكية إلى محركات الأقراص وتوربينات الرياح والأقمار الصناعية والمركبات الكهربائية والمعدات الطبية.
وعلى الرغم من أن اسمها يوحي بأنها نادرة، إلا أنها في الواقع موارد وفيرة نسبيا في القشرة الأرضية؛ تشتتها المتناثر يجعل من الصعب عزلها واستخراجها من تحت السطح، ناهيك عن الطرق الصديقة للبيئة.
وبسبب هذا، فإن رواسب العناصر الأرضية النادرة المركزة هي مورد طبيعي مرغوب فيه للغاية، والعلماء يبحثون باستمرار عن ابتكار طرق جديدة وأفضل للعثور على المعادن الثمينة وتأمينها.
وفي دراسة جديدة بقيادة الجيولوجي مايكل أنينبورغ من الجامعة الوطنية الأسترالية، أراد الباحثون استكشاف الآليات الكيميائية التي تتشكل بها العناصر الأرضية النادرة تحت السطح، وتحديدا في وحول صخور الكربوناتيت النارية المرتبطة ارتباطا وثيقا بالعناصر.
ويوضح الباحثون في ورقتهم الجديدة: “هذه الصخور النادرة ومشتقاتها المعدلة والمتضررة توفر معظم العناصر الأرضية النادرة في العالم. لا يوجد نموذج موحد يشرح جميع ميزات رواسب العناصر الأرضية النادرة المرتبطة بالكربونيت، ما يضعف بشدة الاستكشاف المطلوب لتأمين الإمداد في المستقبل”.
وللتحقيق في عمليات التمعدن خلف رواسب العناصر الأرضية النادرة المرتبطة بالكربوناتيت، قام أنينبورغ وفريقه بمحاكاة ما يحدث عندما تسخن صخور الكربوناتيت تحت ضغط عال، قبل التبريد وإزالة الضغط تماما كما يحدث في عمليات الصهارة الطبيعية.
ووضع الباحثون كميات صغيرة من الكربوناتيت الاصطناعية في كبسولات الفضة أو النيكل في جهاز أسطوانة مكبس، وعرّض الباحثون العينات لدرجات حرارة تصل إلى 1200 درجة مئوية عند ضغوط تصل إلى 2.5 غيغا باسكال (GPa)، قبل فك الضغط تدريجيا و تبريدها إلى 200 درجة مئوية و0.2 غيغا باسكال.
وأوضح أنينبورغ على حسابه في “تويتر”: “كان الهدف هو فهم ما يركز على العناصر الأرضية النادرة من جسم كربوني كامل إلى رواسب محلية عالية الجودة. لذلك قررنا أن نضع كربوناتيت في كبسولة لنختبرها بأنفسنا”.
وقبل الآن، يُعتقد أن بعض الترابطات – الجزيئات القادرة على الارتباط مع العناصر الأرضية النادرة – بما في ذلك الكلور والفلور – كانت ضرورية لجعل العناصر الأرضية النادرة قابلة للذوبان، وقادرة على تعبئة المواد الكيميائية إلى تركيزات متبلورة قادرة على الاستخراج.
ولكن هذا ليس ما أظهرته التجربة. وبدلا من ذلك، تشير النتائج إلى أن المواد الكيميائية القلوية مطلوبة لنقل العناصر الأرضية النادرة داخل وحول الكربونات كمقدمة للتمعدن الاقتصادي، حيث أظهرت التجربة أن الصوديوم والبوتاسيوم ساعدا في جعل العناصر الأرضية النادرة قابلة للذوبان.
ووفقا للباحثين، فإن الكربونات الحاملة للقلويات قادرة على تكوين سوائل غنية بالعناصر الأرضية النادرة التي يمكن أن تهاجر لمسافات طويلة في ظروف شبيهة بالصخور، مع الاحتفاظ بقدرة ذوبان عالية في العناصر الأرضية النادرة.
وبالطبع، لمجرد أننا رأينا هذا في ظروف المختبر، لا يعني بالضرورة أننا سنلاحظ التفاعلات الدقيقة نفسها في أنظمة الطبيعة المفتوحة، حيث يمكن لوجود الماء وجميع أنواع المواد الكيميائية الأخرى في البيئة، تغيير الأشياء.
ومع ذلك، فهي خطوة إلى الأمام، تعمل على إصلاح معرفتنا بالعمليات الأساسية التي ينطوي عليها تكوين العناصر الأرضية النادرة.
المصدر: ساينس ألرت