Världens mest värdefulla kopparfyndigheter, känd som porfyravlagringar, härrör från kylande magma. Men hur kan vi förutsäga storleken på dessa insättningar? Vilka faktorer styr mängden närvarande koppar? Forskare vid universitetet i Genève (UNIGE), Schweiz, har studerat över 100, 000 kombinationer för att fastställa det djup och antal år som krävs för att magma ska producera en viss mängd koppar. Samma forskare har också tagit fram en modell som kan upptäcka mängden koppar som finns i en deposition med hjälp av en enkel faktoranalys. Forskningen, som publiceras i tidningen Vetenskapliga rapporter , kommer att göra det möjligt att uppskatta potentialen för gruvdrift av metallen innan någon borrning påbörjas. Det är en modell som utan tvekan kommer att vara till stor nytta för gruvföretag.

Porfyr kopparfyndigheter står för 75% av naturligt koppar över hela världen. De bildas av magmakamrar som ligger mellan 10 och 15 km under jordens yta. På detta djup, magma värms upp till cirka 900 ° C men när den kommer i kontakt med det omgivande berget, det svalnar och kristalliseras. Vattnet i magma kan då inte längre vara i lösning:det bildar bubblor som flyr till ytan, bär med sig en väsentlig del av kopparet som ursprungligen fanns i magma. På cirka 2-3 km djup, bubblorna svalnar i klippornas porositeter, och fälla ut koppar som de innehåller som sulfid, skapa insättningar som kan inkludera från 1 till> 200 miljoner ton koppar. Detta förklarar varför Massimo Chiaradia och Luca Caricchi, forskare vid institutionen för geovetenskap vid naturvetenskapliga fakulteten vid UNIGE, var så angelägna om att upptäcka vad som dikterar mängden koppar i en deposition och om det var möjligt att förutse dess storlek.

Mer magma betyder mer koppar

Magma volym bestämmer mängden koppar, men under vilka förhållanden bildar volymen av den ursprungliga magmen? Chiaradia förklarar:"Vi använde modeller som innehåller djupet och tidsskalan vid vilken magma ackumuleras, varaktigheten av den uppbyggnad som utgör insättningen, vattenhalten i magma och mängden koppar i vattnet. Vi varierade sedan dessa parametrar från ett minimum till ett maximum baserat på faktiska mätningar. "Genom att ändra parametrarna, forskarna fick 100, 000 simuleringar som de jämfört med den faktiska data som finns tillgänglig för dem, vilket hjälpte till att definiera de idealiska förutsättningarna för bildandet av en enorm insättning. Som Caricchi tillägger:"De optimala förutsättningarna för att skapa ett magmatiskt system som resulterar i bildandet av en fyndighet på 30 till 240 miljoner ton koppar är ett djup på över 20 km och en kontinuerlig injektionstid av smält magma på över 2 miljoner år. "

På jakt efter den perfekta insättningen

Magma innehåller vatten, koppar och olika andra kemiska komponenter, inklusive Strontium (Sr) och Yttrium (Y). Vi vet att när Sr dividerat med Y -förhållandet är mellan 50 och 150 i magma, det är stor sannolikhet att hitta koppar i fyndigheten. Forskarna vid UNIGE integrerade detta förhållande i sin nya modell och slog samman det med den beräknade bildningstiden för insättningar. Andra mineraler är associerade med koppar i dessa fyndigheter, som gör det möjligt för forskare att datera dem tack vare det naturliga sönderfallet av uran till bly och rhenium till osmium. Detta gjorde det möjligt för forskarna att fastställa åldern, dvs födelsen, men också längden, dvs antalet år, för att bilda en kopparfyndighet, som kan sträcka sig från tiotusentals år till två miljoner år. "Dessa två datapunkter - Sr / Y -förhållandet och bildningens varaktighet - innebar att vi kunde utforma en tabell över sannolikheter för att bestämma mängden koppar i fyndigheten som analyseras", fortsätter Chiaradia. Gruvföretag kommer att kunna använda denna modell för att bedöma storleken på en kopparfyndighet i det inledande forskningsskedet, innan du påbörjar några betydande borrarbeten. "Vår modell, säger Caricchi, "som vi har jämfört med verkliga data, har en utmärkt matchningshastighet, och det kan spara enormt mycket tid och pengar under gruvundersökningar. "