Quando se pensa em “mapas” de mineração, é fácil imaginar que tudo se explica à superfície: rochas, falhas, vulcões e o que os geólogos conseguem observar no terreno. Mas um novo estudo sugere que, no caso de muitos depósitos de terras raras - metais cruciais para a eletrónica e para tecnologias de energia limpa - a pista mais importante está enterrada muito mais fundo.
Os autores concluem que a maioria destes depósitos está colocada por cima de antigas zonas de colisão soterradas, criadas quando placas tectónicas colidiram e afundaram sob os continentes. Ou seja, a distribuição atual do minério pode ser, em grande parte, o reflexo à superfície de transformações tectónicas profundas registadas muito antes de ocorrer a fusão que mais tarde gerou rochas com minério aproveitável.
Buried tectonic footprints
Ao comparar continentes reconstruídos ao longo do tempo, as correspondências mais claras surgiram onde colisões de placas de longa duração pressionaram margens continentais e deixaram, em profundidade, zonas quimicamente alteradas.
Ao seguir essas zonas soterradas através das eras geológicas, Carl Spandler, professor na Universidade de Adelaide, e a sua equipa identificaram o mesmo padrão em 412 locais mapeados.
Os resultados indicam que cerca de 29 milhões de milhas quadradas (75 milhões de quilómetros quadrados) de crosta continental assentam por cima dessas regiões profundas alteradas. A maior concentração apareceu onde vários cinturões antigos se sobrepõem.
Essa densidade torna difícil atribuir a relação ao acaso e abre a questão de fundo: o que transformou essas antigas zonas enterradas em rochas portadoras de minério?
Why carbonatites matter
Muitos dos depósitos de terras raras mais ricos encontram-se em carbonatitos, rochas ígneas raras ricas em minerais carbonatados, e não em lavas comuns.
Esses magmas têm origem a grande profundidade sob os continentes, onde pequenas percentagens de fusão conseguem concentrar elementos que não se encaixam facilmente nos minerais mais frequentes.
Trabalhos do U.S. Geological Survey (USGS) descrevem-nos, desde a década de 1960, como a principal fonte de elementos de terras raras leves.
Cerca de 67% dessas rochas hospedeiras situaram-se dentro das mesmas zonas antigas, ligando magmas com minério a essa história tectónica profunda.
Deep mantle changes
Quando uma placa mergulha sob outra, na subducção - o processo que recicla crosta para o manto -, água, carbono e elementos-traço são transportados para baixo.
Parte desse material pode voltar a ascender para a litosfera mantélica superior, a “casca” rígida sob os continentes, alterando a sua composição.
Essa assinatura química reduz a temperatura necessária para fusões posteriores, permitindo que magmas invulgares se formem sem exigirem calor extraordinário.
Em vez de gerar minério de imediato, a fase de colisão parece “carregar” a crosta profunda com ingredientes que podem ficar retidos durante períodos muito longos.
Timing of formation
O calendário geológico complicou uma leitura simples de causa-efeito, porque a fase de preparação soterrada e o evento de geração de magma muitas vezes ocorreram com um intervalo enorme.
“This time lag is one of the most surprising aspects of our findings,” said Spandler.
Nalguns casos, a diferença estendeu-se de milhões de anos até quase 2 mil milhões de anos.
Esse atraso separa o “pré-tratamento” químico antigo do gatilho posterior, deixando espaço para vários caminhos possíveis até à fusão.
Where the overlap grows
As correspondências mais densas apareceram em continentes com colisões repetidas, sobretudo na América do Norte, no sul de África e na China.
Blocos estáveis mais antigos, chamados crátons - as partes mais resistentes e duradouras dos continentes -, parecem preservar particularmente bem essas zonas profundas enriquecidas.
Cerca de 85% das regiões férteis mapeadas sobrepunham-se entre si, sinal de que vários eventos antigos empilharam os seus efeitos.
Áreas escondidas sob o gelo da Antártida podem ainda encaixar no padrão, mas esses depósitos continuam a ser difíceis de confirmar.
Why plumes lose ground
Explicações anteriores davam muitas vezes destaque às plumas do manto - colunas ascendentes de rocha quente - como principal origem destes depósitos.
No entanto, muitos carbonatitos, rochas vulcânicas raras que alojam a maioria dos depósitos de terras raras, não mostram uma ligação clara a essas fontes de calor, e a sua geoquímica aponta para formação a temperaturas mais baixas.
Como o novo mapa alinha os depósitos com zonas antigas onde placas tectónicas colidiram, enfraquece a ideia de que plumas quentes tenham feito a maior parte da “preparação”.
Isso não elimina as plumas como possíveis gatilhos tardios, mas retira-as do papel principal.
Triggers after long delays
Ainda assim, tinha de existir uma perturbação posterior, porque um manto enriquecido por si só não derrete e forma um depósito.
Rifteamento, deformação, calor próximo ou libertação de pressão podem empurrar a rocha preparada para lá do seu ponto de fusão, agora mais baixo.
Quando a fusão começa, os elementos raros concentram-se porque permanecem no líquido em vez de entrarem em cristais comuns.
Esta sequência ajuda a explicar por que razão podem surgir minérios longe de limites de placas ativos e, mesmo assim, carregar uma “impressão digital” antiga.
Exploration gets narrower
Para a prospeção mineral, o estudo fez mais do que explicar rochas antigas: reduziu a área global de procura.
Apenas cerca de 35% da crosta continental ficou dentro das zonas férteis mapeadas, mas essas áreas concentraram a maioria dos depósitos.
“This research shows that the ingredients for these critical mineral deposits were put in place many million to even billions of years ago,” said Spandler.
Essa lógica torna a exploração mais direcionada, porque antigos cinturões tectónicos podem permitir que empresas e governos planeiem levantamentos com menos incerteza.
Limits of the map
Nem todos os depósitos caíram dentro das zonas mapeadas, e o modelo deixou deliberadamente vários processos de formação de minério fora do enquadramento.
Subducção de curta duração, movimentos crustais posteriores, erosão e plumas do manto podem explicar “falhas” ou ocultar sinais mais antigos.
As regiões-fonte mais antigas e escondidas também vão além da janela de 2 mil milhões de anos do mapa, pelo que parte da história profunda permanece invisível.
Mesmo com essas limitações, testes aleatórios caíram dentro das zonas férteis apenas cerca de um terço das vezes, muito abaixo da taxa real de correspondência.
Deep Earth legacy
As colisões antigas parecem ter deixado nos continentes a química certa, enquanto perturbações mais jovens decidiram quando esses ingredientes soterrados acabaram por derreter.
Reconstruções tectónicas mais precisas podem afinar ainda mais esses alvos, sobretudo em regiões cobertas por gelo e em terrenos mais antigos do que o mapa atual consegue acompanhar.
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