Det mesta av litiumet som används för att tillverka litiumjonbatterier som driver modern elektronik kommer från Australien och Chile. Men Stanford -forskare säger att det finns stora fyndigheter i källor här i Amerika:supervulkaner.

I en studie publicerad idag i Naturkommunikation , forskare beskriver en ny metod för att lokalisera litium i supervulkaniska sjöavlagringar. Fynden representerar ett viktigt steg mot att diversifiera utbudet av denna värdefulla silverfärgade metall, eftersom litium är en energikritisk strategisk resurs, sade studieförfattaren Gail Mahood, professor i geologiska vetenskaper vid Stanford's School of Earth, Energi- och miljövetenskap.

"Vi kommer att behöva använda elfordon och stora lagringsbatterier för att minska vårt koldioxidavtryck, "Mahood sa." Det är viktigt att identifiera litiumresurser i USA så att vårt utbud inte är beroende av enskilda företag eller länder på ett sätt som gör oss utsatta för ekonomisk eller politisk manipulation. "

Supervulkaner kan producera massiva utbrott på hundratals till tusentals kubikmilometer magma - upp till 10, 000 gånger mer än ett typiskt utbrott från en hawaiiansk vulkan. De producerar också stora mängder pimpsten och vulkanisk aska som är spridda över stora områden. De ser ut som stora hål i marken, kallad kalderor, snarare än den konliknande formen som vanligtvis förknippas med vulkaner eftersom den enorma förlusten av magma gör att kammarens tak kollapsar efter utbrott.

Det resulterande hålet fylls ofta med vatten för att bilda en sjö - Oregons Crater Lake är ett utmärkt exempel. Under tiotusentals år, regn och varma källor läcker ut litium från de vulkaniska fyndigheterna. Litium ackumuleras, tillsammans med sediment, i kalderasjön, där den koncentreras i en lera som kallas hektorit.

Att utforska supervulkaner för litium skulle diversifiera dess globala utbud. Stora litiumavlagringar bryts för närvarande från saltlake i saltlägenheter på hög höjd i Chile och pegmatitfyndigheter i Australien. Supervulkanerna utgör liten risk för utbrott eftersom de är gamla.

"Kalderan är den perfekta deponeringsbassängen för allt detta litium, "sa huvudförfattaren Thomas Benson, en ny doktorsexamen vid Stanford Earth, som började arbeta med studien 2012.

Sedan upptäckten på 1800 -talet litium har till stor del använts vid psykiatriska behandlingar och kärnvapen. Från och med 2000 -talet, litium blev huvudkomponenten i litiumjonbatterier, som idag ger bärbar ström till allt från mobiltelefoner och bärbara datorer till elbilar. Volvo Cars tillkännagav nyligen sitt åtagande att endast producera nya modeller av sina fordon som hybrider eller batteridrivna alternativ från och med 2019, ett tecken på att efterfrågan på litiumjonbatterier kommer att fortsätta öka.

"Vi har haft en guldrusning, så vi vet hur, varför och var guld uppstår, men vi hade aldrig litiumrusning, "Benson sa." Efterfrågan på litium har överträffat den vetenskapliga förståelsen av resursen, så det är viktigt för den grundläggande vetenskapen bakom dessa resurser att komma ikapp. "

Arbetar bakåt

För att identifiera vilka supervulkaner som erbjuder de bästa litiumkällorna, forskare mätte den ursprungliga koncentrationen av litium i magma. Eftersom litium är ett flyktigt element som lätt övergår från fast till flytande till ånga, det är mycket svårt att mäta direkt och ursprungliga koncentrationer är dåligt kända.

Så, forskarna analyserade små bitar av magma fångade i kristaller under tillväxt i magmakammaren. Dessa "smälta inneslutningar, "helt inkapslad i kristallerna, överlever supereruptionen och förblir intakt under vittringsprocessen. Som sådan, smältinneslutningar registrerar de ursprungliga koncentrationerna av litium och andra element i magma. Forskare skivade igenom värdkristallerna för att avslöja dessa bevarade magmaknallar, som är 10 till 100 mikron i diameter, analyserade dem sedan med Sensitive High Resolution Ion Microprobe i SHRIMP-RG Laboratory på Stanford Earth.

"Att förstå hur litium transporteras i magmas och vad som gör att ett vulkaniskt centrum blir berikat med litium har aldrig riktigt systematiskt gjorts tidigare, "Sa Benson.

Teamet analyserade prover från en rad tektoniska inställningar, inklusive Kings Valley-insättningen i det vulkaniska fältet McDermitt som ligger vid gränsen mellan Nevada och Oregon, som utbröt för 16,5 till 15,5 miljoner år sedan och är känt för att vara rik på litium. De jämförde resultaten från detta vulkaniska centrum med prover från High Rock caldera complex i Nevada, Sierra la Primavera i Mexiko, Pantelleria i Sicilien. Yellowstone i Wyoming och Hideaway Park i Colorado, och bestämde att litiumkoncentrationer varierade kraftigt som en funktion av den tektoniska inställningen av supervulkanen.

"Om du har mycket magma som bryter ut, det behöver inte ha så mycket litium i sig för att producera något som är värt ekonomiskt intresse som vi tidigare trodde, "Mahood sa." Du behöver inte utomordentligt höga koncentrationer av litium i magma för att bilda litiumavlagringar och reserver. "

Förbättra identifiering

Förutom att utforska litium, forskarna analyserade andra spårelement för att bestämma deras korrelationer med litiumkoncentrationer. Som ett resultat, de upptäckte en tidigare okänd korrelation som nu gör det möjligt för geologer att identifiera kandidat -supervulkaner för litiumavlagringar på ett mycket enklare sätt än att mäta litium direkt i smältinneslutningar. Spårelementen kan användas som en proxy för ursprunglig litiumkoncentration. Till exempel, större överflöd av lättanalyserad rubidium i bulkavlagringar indikerar mer litium, medan höga halter av zirkonium indikerar mindre litium.

"Vi kan i huvudsak använda zirkoniumhalten för att bestämma litiumhalten inom cirka 100 delar per miljon, "Benson sa." Nu när vi har ett sätt att enkelt hitta fler av dessa litiumavlagringar, det visar att detta grundläggande geologiska arbete kan hjälpa till att lösa samhällsproblem - det är verkligen spännande. "