Extensional Lithospheric Architecture Controls Mantle Carbon Dioxide Transfer into the Crust and Focuses Conductive Pathways to Iron Oxide Copper-Gold Mineral Systems

Diep onder het aardoppervlak, verborgen voor het oog door kilometers aan gesteente en sediment, liggen de loodgieterssystemen die enkele van de meest waardevolle mineraalafzettingen ter wereld creëren. Dit zijn geen eenvoudige aders van metaal, maar uitgestrekte, complexe netwerken waar oververhitte vloeistoffen, rijk aan gassen en opgeloste metalen, miljoenen jaren lang vanuit de mantel van de planeet naar boven zijn gestroomd. Wanneer deze vloeistoffen afkoelen en interageren met het omringende gesteente, laten ze massieve concentraties ijzer, koper, goud en uranium achter. Voor geologen is de uitdaging altijd geweest om deze onzichtbare paden te zien. Hoewel de mineralen zelf zwaar en dicht zijn, worden de routes die ze aflegden vaak gevormd door onzichtbare vloeistoffen of microscopische kristallen die geen spoor aan de oppervlakte achterlaten. Het begrijpen van hoe deze diepe vloeistoffen bewegen, is cruciaal, niet alleen voor het vinden van nieuwe mijnen, maar ook voor het begrijpen van de dynamische motor van onze planeet.

Een team onderzoekers aan de Universiteit van Adelaide heeft deze verborgen routes nu met ongekende helderheid in kaart gebracht in een gebied dat bekend staat als de Olympic Domain in Zuid-Australië. Door gebruik te maken van een techniek genaamd magnetotelluriek, die meet hoe de aarde elektriciteit geleidt, hebben zij een driedimensionaal beeld van de korst gecreëerd. Deze methode is gevoelig voor materialen die elektriciteit goed geleiden, zoals zout water, bepaalde mineralen of grafiet. Het team analyseerde gegevens van meer dan 1.300 locaties verspreid over de oostelijke Gawler Craton, een geologisch gebied dat beroemd is om het superreusachtige Olympic Dam-mijncomplex en verschillende andere grote afzettingen. Hun doel was om te zien of de diepe, vloeistofrijke wortels van de aarde direct verbonden zijn met de mineraalafzettingen die nabij het oppervlak worden gevonden, of dat die verbindingen onderbroken of ontbrekend zijn.

De resultaten onthullen een opvallend verschil tussen de noordelijke en zuidelijke delen van dit gebied. In het noorden, waar de grootste ijzeroxide-koper-goudafzettingen ter wereld zich bevinden, vonden de onderzoekers een continue, verticale snelweg van geleidend materiaal. Deze elektrische route strekt zich uit van de onderste korst, diep onder de grond, helemaal omhoog naar de ondiepe gesteenten waar de mineralen zich bevinden. Het team interpreteert deze geleidende signatuur als een bewaard gebleven spoor van grafiet, een vorm van koolstof die neersloeg uit koolstofdioxide-rijke vloeistoffen terwijl ze vanuit de mantel opstegen. Deze vloeistoffen, die waarschijnlijk superkritisch waren — wat betekent dat ze de dichtheid van een vloeistof hadden maar de mobiliteit van een gas — stroomden omhoog door oude scheuren in de aardkorst. Terwijl ze opstegen en afkoelden, lieten ze een geleidend skelet van grafiet achter dat de onderzoekers nu konden zien, wat de diepe mantel direct verbindt met de oppervlakteafzettingen.

In contrast hiermee vertelt het zuidelijke deel van de regio een ander verhaal. Hoewel de onderzoekers in het zuiden diepe geleidende zones in de onderste korst detecteerden, vergelijkbaar met die in het noorden, strekken deze paden zich niet uit tot aan het oppervlak. De verbinding is onderbroken of ontbrekend in de bovenste lagen. Dit suggereert dat hoewel het zuidelijke gebied het potentieel had om diepe vloeistoffen te genereren, de specifieke omstandigheden die nodig waren om deze efficiënt naar het oppervlak te transporteren, niet aanwezig waren, of dat de paden niet behouden zijn gebleven. De afzettingen die daar worden gevonden, zoals Carrapateena en Oak Dam, zijn aanzienlijk, maar ze missen de duidelijke, continue elektrische link naar de diepe mantel die de noordelijke reuzen kenmerkt. Deze bevinding suggereert dat de aanwezigheid van een diepe geleidende zone alleen niet genoeg is om een massale afzetting te garanderen; de geometrie en continuïteit van het pad zijn even belangrijk.

De studie verheldert ook de rol van warmte en tektonische activiteit in dit proces. De noordelijke regio onderging een periode van intense geologische activiteit rond 1,6 miljard jaar geleden, waarbij de onderste korst smolt en vulkanische gesteenten uitbarstten. Dit evenement creëerde de perfecte omgeving voor koolstofrijke vloeistoffen om op te stijgen en grafiet langs breuklijnen af te zetten. De onderzoekers stellen voor dat de noordelijke afzettingen ontstonden op plaatsen waar deze diepe, koolstofrijke vloeistoffen werden geconcentreerd door langdurige breuken, waardoor ze de bovenste korst konden bereiken en de massieve mineraalsystemen konden creëren die we vandaag de dag zien. De zuidelijke regio, hoewel geologisch actief, kende mogelijk minder warmte of andere structurele omstandigheden, wat resulteerde in een minder efficiënt transportsysteem voor deze vloeistoffen.

Dit werk verandert hoe geologen naar deze hulpbronnen kijken. In plaats van alleen te zoeken naar de mineraalafzettingen zelf, die vaak begraven liggen onder dikke lagen zand en gesteente, kan de focus nu verschuiven naar het in kaart brengen van de diepe elektrische architectuur van de korst. Als er een diepe geleidende zone wordt gevonden, is de volgende cruciale vraag of deze verbonden is met het oppervlak. Een continue, verticale geleider suggereert een hoog potentieel voor een groot mineraalsysteem, terwijl een onderbroken geleider wijst op een minder veelbelovend doelwit. Door de diepe vloeistofpaden te visualiseren, hebben de onderzoekers een nieuw instrument geboden voor het verkennen van de verborgen diepten van de aarde, waarbij zij onthullen dat het verhaal van een mineraalafzetting niet alleen geschreven staat in het erts, maar ook in de onzichtbare, geleidende littekens die zijn achtergelaten door de vloeistoffen die het creëerden.