Para entender os recursos do futuro próximo, os geólogos precisam entender os vulcões do passado distante. A exploração de antigas câmaras de magma em lugares como a Groenlândia tem o potencial de fornecer novas fontes de metais raros que sustentam as tecnologias verdes modernas.

Muitos metais raros, como o neodímio, Nióbio e disprósio - essenciais para a produção de turbinas eólicas e carros elétricos, são extraídos de vulcões fósseis.

Vulcões são a maneira da natureza de trazer material das profundezas da Terra para a superfície. Os processos de derretimento dentro do manto - a parte interna da Terra entre o núcleo superaquecido e a fina crosta externa - produzem magma que sobe centenas de quilômetros e, por fim, irrompe na superfície como vulcões.

A crosta terrestre é composta de placas tectônicas semirrígidas que se movem e colidem para formar montanhas ou afundar uma na outra em regiões chamadas zonas de subducção. O volume de material trazido para a superfície da Terra pelos vulcões é equilibrado por quantidades semelhantes de material voltando para o manto por meio de placas tectônicas que afundam.

Isso aponta para o que chamamos de "ciclos de elemento, "onde o material das profundezas sobe à superfície por meio de vulcões e depois retorna ao manto por subducção. Uma das grandes questões nas Ciências da Terra é o que acontece com esse material subduzido e por quanto tempo ele reside no manto.

Vulcões fósseis

Nossa pesquisa recente estudou um grupo de vulcões antigos no sul da Groenlândia. Cerca de 1,3 bilhão de anos atrás, A Groenlândia era uma paisagem vulcânica com vales profundos em fendas, muito parecidos com a África Oriental moderna. Vulcões substanciais entraram em erupção na superfície da terra e grandes sistemas fluviais semelhantes ao Nilo carregaram minerais desses vulcões sobre áreas enormes.

Os rios e vulcões da Groenlândia já estão erodidos há muito tempo, mas os sedimentos que o rio transportou ainda podem ser encontrados, e os "sistemas de encanamento" vulcânicos que operavam sob esses vulcões antigos preservaram amostras dos magmas que entraram em erupção.

Queríamos entender como o ciclo de elementos se relaciona com a concentração de metais críticos nesses antigos vulcões da Groenlândia. Embora seja útil estudar os próprios elementos valiosos, às vezes podemos aprender mais sobre os ciclos dos elementos da Terra estudando outros elementos associados a eles.

Enxofre de impressão digital

Em nosso estudo, usamos o elemento enxofre, do qual existem quatro formas estáveis ​​(chamadas de isótopos). Cada um tem uma massa ligeiramente diferente. Isso é importante porque os processos naturais podem separar seletivamente os isótopos mais leves dos mais pesados. Bem como lanchar em um saco de M &M's, onde você prefere os vermelhos e deixa para trás os M &Ms marrons, processos geológicos levam a variações nas abundâncias relativas de cada elemento em diferentes materiais.

Ao medir a quantidade de isótopo nas rochas, podemos aprender sobre os processos que os formaram. isótopos de enxofre são particularmente úteis porque processos bio e geoquímicos na superfície da Terra (em baixas temperaturas) são muito eficientes na modificação de assinaturas de enxofre, enquanto os processos magmáticos (em altas temperaturas) não criam muita variação entre o enxofre leve e pesado.

Portanto, as variações nas assinaturas de enxofre nas rochas magmáticas nos permitem identificar traços de material crustal reciclado na fonte do manto. Ao escolher vulcões que estavam ativos em diferentes períodos geológicos, reconstruímos como a composição do manto e o ciclo do enxofre variaram ao longo da história da Terra.

Os geólogos sabem há muito tempo que a superfície da Terra mudou profundamente nos últimos 4,5 bilhões de anos, à medida que a vida surgiu e se tornou progressivamente mais complexa. A crescente marca da vida no ciclo do enxofre mudou drasticamente a proporção de isótopos de enxofre dos sedimentos na superfície da Terra, mas essa impressão não foi documentada anteriormente em rochas do manto.

Nosso trabalho mostra pela primeira vez que a assinatura de enxofre do manto da Terra mudou de uma maneira que corresponde amplamente às mudanças no enxofre na superfície da Terra. Os impactos biológicos e atmosféricos na assinatura de enxofre da superfície parecem ter sido transferidos para o interior da Terra.

Isso significa que a superfície da Terra e o manto estão fortemente conectados - um respondendo às mudanças no outro - embora as escalas de tempo dessa reciclagem permaneçam desconhecidas. Nossos dados mostram que o enxofre que estava na superfície da Terra voltou para o manto por meio da atividade das placas tectônicas e então - 1,3 bilhão de anos atrás - voltou à superfície nos vulcões da Groenlândia. É como geológico déjà-vu .

Um ciclo ou muitos?

Quantas vezes o enxofre foi reciclado entre a crosta e o manto da Terra ao longo do tempo geológico? Atualmente não sabemos a resposta para isso, mas nossa pesquisa pinta um quadro da Terra como uma correia transportadora de elementos globais com a superfície de enxofre e manto intimamente ligados.

O estudo tem muitas implicações. Uma grande questão em geologia é como os raros depósitos de metal se formam, particularmente os metais de alta tecnologia que são essenciais para a revolução da energia verde. A história do enxofre parece ser consistente com nosso trabalho em outros isótopos. Por exemplo, one of the world's biggest deposits of the element tantalum (used in electronics and also concentrated in one of the ancient volcanoes in Greenland) has isotopic fingerprints that also hint at crustal recycling.

It may be that these global cycles have taken elements from surface to mantle and back again many times, effectively concentrating those elements each time. The global cycle that we have documented in sulfur may be an essential precursor to generate the metal deposits that are crucial to modern technologies. By understanding plate tectonics and magmatic processes that took place billions of years ago, we gain insights into how to identify and understand the mineral resources of the future.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.