在悉尼西北约400公里处，就在杜博以南，有一个巨大而有趣的岩石体，大约是2.15亿年前由火山喷发形成的。
这个被称为Toongi矿床的地方富含所谓的稀土：从电动汽车到太阳能电池板和手机等现代技术所必需的16种金属元素的集合。
人们正在努力开采这一矿藏，但未来几十年对稀土的需求可能是巨大的。
为了找到更多，我们需要了解这些沉积物是如何以及为什么形成的。科学家对澳大利亚火山的最新研究发表在《自然通讯：地球与环境》杂志上，该研究表明，火山内部形成的微小晶体为稀土矿床的形成提供了线索，以及我们如何找到更多的稀土矿床。
稀土和熔融的地幔
稀土元素矿床的形成始于地壳深处地幔的部分熔融。
地幔主要由富含铁和镁的矿物质组成。这些矿物还含有少量的其他元素，包括稀土元素。
当地幔融化形成岩浆时，稀土元素很容易进入岩浆中。如果熔炼量小，岩浆中稀土元素的比例就会高于熔炼量大的岩浆 —— 例如，在大洋中脊处，大量岩浆涌向地表，形成新的海洋地壳。
当这些岩浆迁移到地球表面时，它冷却下来，新的矿物质开始形成。这些矿物主要由氧、硅、钙、铝、镁和铁组成。
这意味着剩余的岩浆含有更高浓度的稀土元素。这些残余的液体将继续上升穿过地壳，直到它在表面凝固或喷发。
从格陵兰岛到新南威尔士中部
如果岩浆冷却并在地壳中结晶，就会形成含有大量关键金属的岩石。这种情况发生的一个地方是格陵兰岛南部的加尔达火成岩复合体，那里含有几种稀土元素矿床。
在澳大利亚新南威尔士州中部，富含稀土元素的岩浆在地表喷发。它们被统称为贝诺龙（Benolong）火山岩套。
在这个套房内是Toongi矿床 —— 古代火山管道系统的一部分。这是一种“侵入”的凝结岩浆，其中含有非常高水平的关键金属。
富含稀土元素的岩浆并不常见，而那些富集到足以进行生产性开采的岩浆更为罕见，全世界只有少数已知的例子。即使我们知道岩浆是如何形成的，要更好地理解和预测富含关键金属的岩浆在哪里可以找到，还有很多工作要做。
水晶记录火山历史
你可能会想知道科学家们是如何对我们脚下几公里（有时是几十公里）以下发生的事情知道这么多的。通过研究到达地球表面的岩石，我们对地球内部有了很多了解。
岩浆从地球内部上升的过程给沿途结晶的矿物的化学成分留下了线索。尤其是一种矿物 —— 斜辉石 —— 在保存这些线索方面特别有效，就像一个小小的水晶球。
幸运的是，在贝诺龙火山岩套的许多岩石中都有斜辉石晶体。这使我们能够研究非矿化岩石的历史，并将其与矿化的桐益侵入岩进行比较。
Toongi的岩石有什么不同
科学家发现Toongi岩石有两个重要的区别。
首先，非矿化火山岩套中的斜辉长岩含有大量稀土元素。这告诉我们，对于火山套件中的大多数岩石来说，关键金属被“锁”在斜辉石中，而不是留在残留的熔体中。
相比之下，Toongi的斜辉石晶体显示出低水平的稀土元素。在这里，这些元素包含在一种不同的矿物中，即异性石（eudialyte）中，可以开采稀土元素。
其次，也是最有趣的是，Toongi的斜辉石具有类似沙漏形状的内部晶体结构。这是由晶体某些部分中存在的不同元素引起的。这是一个令人兴奋的观察结果，因为它表明在晶体形成时由于气体的释放而发生了快速结晶。
相比之下，我们在没有高含量稀土的岩石中没有发现快速结晶的证据。
科学家的工作意味着，我们现在可以在澳大利亚和其他地区的其他死火山中追踪斜辉石的组成和分区，以找出哪些火山可能积累了相关的稀土元素矿床。
这项研究为了解关键金属如何积累，以及我们如何找到它们为可持续未来的绿色可再生能源提供动力又增添了另一个难题。
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