Neue Instrumente und Kenntnisse versorgen Europa mit orthomagmatischen (kritischen) Rohstoffen
Die geschichtete Struktur der Erde ist reich an Metallen. Der über dem Kern befindliche Mantel bildet die dickste Schale. Sie besteht aus sehr heißem geschmolzenem oder halbgeschmolzenem Gestein (Magma), das „Ströme“ erzeugt, wenn heißes Gestein aus der Tiefe zur dünnen, äußersten Kruste aufsteigt und kühleres Gestein nach unten sinkt. Magma (bei Erreichen der Erdoberfläche als Lava bezeichnet) bildet Eruptivgestein, das nach dem Abkühlen und der Kristallisation reich an Mineralien ist. „Orthomagmatische“ Sulfid- und Oxiderzlagerstätten standen im Mittelpunkt des EU-finanzierten Projekts SEMACRET(öffnet in neuem Fenster). Es befasste sich mit Erdsystemen und -prozessen jenseits konventioneller Minerallagerstätten, um eine nachhaltige Exploration von (kritischen) Rohstoffen für eine grüne Energiewende zu ermöglichen. Die Wissenschaftler untersuchten aus dem Erdmantel stammende Magmen und schlossen Verständnislücken im Hinblick auf Erzbildungsprozesse – von magmatischen Quellen von Metallen in der Tiefe der Erde bis hin zur Kristallisation und Bildung von Minerallagerstätten in geringer Tiefe.
Ansatz aif Basis mineralischer Systeme
„SEMACRET nutzte fortschrittliche Simulationen, um das Verständnis der Magmaentstehung, des Magmatransports in der Tiefe und der Wechselwirkungen zwischen Magmakruste und Erzbildungsprozessen zu verbessern. Die Modellierungsarbeiten wurden durch experimentelle Hochtemperaturstudien ergänzt, um ans Tageslicht zu bringen, welche Rolle Wirtsgestein mit günstigen Eigenschaften bei der Erzbildung spielt“, erklärt Projektkoordinator Shenghong Yang von der Universität Oulu(öffnet in neuem Fenster). Die Projektforschung konzentrierte sich sowohl auf „Rifting“ als auch auf „Orogenese“. Bei diesen Vorgängen spalten sich tektonische Platten und lösen seismische Ereignisse und Magmabildung aus, d. h. sie stoßen zusammen und verformen sich, wodurch Berge entstehen. Im Rahmen des Projekts wurde die Hauptquelle für Metalle in Rifting-Gebieten identifiziert. Dabei handelt es sich um als Mantelplumes bezeichnete Strukturen (große Säulen aus heißem Gestein, die durch den Erdmantel aufsteigen). Die Wissenschaftler zeigten auch, wie die Bildung bestimmter Ablagerungen durch die Struktur der Lithosphäre (der Kruste und des oberen Mantels) gesteuert werden kann. SEMACRET kam zu dem Schluss, dass in orogenen Gebieten der subkontinentale lithosphärische Mantel und die höhere Flüchtigkeit der Magmen einen großen Einfluss auf die Magmenbildung und den Aufstieg haben. „SEMACRET konnte auch verschiedene Indikatoren zur Vorhersage von Gebieten mit hohem Potenzial optimieren, indem unkonventionelle Geodaten verwendet wurden, die über die Struktur der tiefen Lithosphäre und geologische Prozesse Aufschluss geben“, so Yang. So wurden etwa seismische Daten zur Vorhersage tiefer Magmareservoirs verwendet.
Innovative geophysikalische Inversionsmethoden
SEMACRET entwickelte innovative „geophysikalische Inversionsmethoden“, die für eine schonende Mineralexploration von entscheidender Bedeutung sind. Mithilfe dieser mathematischen Verfahren werden die Eigenschaften des Untergrunds anhand von geophysikalischen Messungen, die an oder nahe der Oberfläche vorgenommen werden, geschätzt. So wird beispielsweise die „passive seismische Bildgebung mit geringer Umweltbelastung häufig zur Darstellung tiefer Erdstrukturen verwendet. Wir entwickelten im Rahmen von SEMACRET eine innovative Inversionsmethode, die auf Erzkörper in der flachen Kruste in einigen Kilometern Tiefe abzielt", erklärt Yang. Zudem wurden durch SEMACRET Lösungen für eine optimierte elektromagnetische 3D-Inversion und die „Full Tensor Magnetic Gradiometry“ („Voll-Tensor-Magnet-Gradiometrie“) erarbeitet – eine relativ neue Methode in der Exploration. Schließlich ist die induzierte Polarisation eine weitere geophysikalische Inversionstechnik. Sie ist sehr nützlich bei sulfidarmen Lagerstätten, wenn das elektromagnetische Signal nicht auffällig ist. „Induzierte Polarisationsmessungen werden in der Regel im Boden ausgeführt. Bei SEMACRET wurde das induzierte Polarisationssignal hingegen aus effizienteren und weniger zeitaufwändigen elektromagnetischen Daten aus der Luft extrahiert“, erklärt Yang. Das Team entwarf ein QGIS(öffnet in neuem Fenster) –Plugin, das Datenverarbeitung, Inversion und Visualisierung für elektronische und elektromagnetische Daten integriert, was anderen Menschen, die in der nachhaltigen Exploration arbeiten, zugute kommt.
3D-Modellierung der Mineralienprospektivität anhand von Bohrkerndatenbanken
Darüber hinaus konzipierte SEMACRET auf der Grundlage von Bohrkerndatenbanken eine auf maschinellem Lernen basierende 3D-Modellierung der Mineralienprospektivität und eine Ressourcenmodellierung für Nickel-Kupfer-Sulfid-Lagerstätten“, fügt Yang hinzu. Diese besitzen das Potenzial, Explorationsbohrungen erheblich zu reduzieren. SEMACRET arbeitete an nachhaltigen Lösungen für die Mineralienexploration auf regionaler und lokaler Ebene, die geringfügige bis keine Auswirkungen haben. Sie können Explorationsunternehmen und politische Entscheidungsträger bei ihrer plangemäßen Sicherung einer nachhaltigen Versorgung mit (kritischen) Rohstoffen für die grüne Energiewende in Europa unterstützen.
