Ny röntgenteknik avslöjar några av de otroliga processer som ägde rum i jordens geologiska historia-och borde hjälpa oss att identifiera nya högvärdiga malmer.

Vi ser att några av de mest värdefulla ansamlingar av metaller som någonsin utvunnits av människor som bildats av smälta stenar, och särskilt från smält sulfidmineraler (de som har svavel som huvudkomponent).

Dessa metallansamlingar, kallas malmfyndigheter, innehåller nickel, koppar och kobolt-metaller som är viktiga komponenter i litiumjonbatterier.

Även till nuvarande priser, stora exempel på sådana en gång smälta orebodies innehåller hundratals miljarder dollar nickel, vanligtvis med värdefulla biprodukter koppar, kobolt, platina och palladium.

Vi måste fortsätta hitta nya, högkvalitativa insättningar-som den nyligen upptäckta Nova-Bollinger malmkroppen öster om Kalgoorlie i västra Australien-för att hålla jämna steg med den oundvikliga ökningen av efterfrågan. På aktuella prognoser, en ny av dessa behövs varje år för att hålla jämna steg med efterfrågan på nickel i litiumjonbatterier.

En bättre förståelse för hur dessa insättningar bildades, djupt i jordskorpan för miljontals år sedan, kommer att hjälpa oss att förbättra vår prospekteringsframgång.

VVS -system i gamla vulkaner

Den geologiska processen som bildade malmer från smälta sulfider har mycket gemensamt med smältning (förfarandet som använts av människor i årtusenden för att extrahera rena metaller från svavelhaltiga mineraler).

För miljontals år sedan, smält järnsulfidmineraler reagerade med magma i VVS -systemet i gamla vulkaner - i själva verket rensar de väsentliga metaller nickel, koppar, kobolt och platina. Dessa mineraler samlades i tillräckliga koncentrationer så att de kunde brytas när erosionen hade exponerat malmen vid ytan.

Under de senaste åren, vi har kraftigt förbättrat vår förståelse för hur dessa anmärkningsvärda malmfyndigheter bildades. Denna förståelse har byggts upp med hjälp av nya tekniker för att avbilda malmerna i två och tre dimensioner, med röntgenteknik på CSIRO och Australian Synchrotron.

Vi har använt en teknik som kallas microbeam X-ray element mapping för att göra detaljerade 2-D-bilder av malmerna och klipporna de sitter i.

Några av dessa bilder-som den högst upp i denna berättelse-skapas på röntgenfluorescensmikroskopi-strållinjen vid Australian Synchrotron, tillämpa Maia -detektorsystemet. Detta gör att gigapixelbilder kan samlas in på några minuter.

Som att tända ljuset

Som komplement till denna teknik, Vi har också använt högupplöst 3D-röntgentomografi-motsvarande en sjukhus CT-skanning-för att i 3D visa detaljer om formen och storleken på dropparna av sulfidvätska som bildade malmen.

Effekten har varit att tända ett ljus i ett mörkt rum:vi har sett inslag i fasta stenar som inte tidigare har avslöjats.

Sulfidvätskor, det visar sig, har anmärkningsvärda fysiska egenskaper. De beter sig som en het kniv genom smör:så frätande att de kan smälta sig igenom fasta stenar, hamnar i vissa fall tiotals meter från sina ursprungliga värdstenar.

Vi vet nu att orebodies bildas i mycket speciella delar av de gamla "VVS -systemen" som matade magmas till vulkanerna ovan. Malmerna bildades där den flytande magmen var så varm att den smälte klipporna runt den.

Den "heta kniven" sulfidvätskan fortsatte sedan att smälta in i golvet, så att malmerna nu hittas injicerade i de underliggande icke-magiska bergarterna.

När det gäller de gigantiska nickelmalmarna i Norilsk -regionen i Sibirien, klipporna som smälte gav också svavel för att bilda orebodies.

Faktiskt, så mycket svavel släpptes ut genom denna process att mycket av det, tillsammans med stora mängder nickel, utbröt faktiskt i atmosfären, bidrar till den största massutrotningen i jordens historia.

Nål i höstackmål

Denna typ av arbete hjälper oss att förbättra geologiska modeller som prospekteringsindustrin använder för att utforska nya fyndigheter.

Nickelsulfidmalm är notoriskt svåra "nål i höstack" -mål, och vi måste ta med vår bästa kombination av geofysiska detekteringstekniker och prediktiva geologiska modeller.

Så var nästa?

Forskning pågår:både om de grundläggande processerna för malmbildning och om konsekvenserna av denna förståelse för var och hur man letar efter nya fyndigheter.

Några av de mineraler som bildas tillsammans med sulfidmalmen kan spridas genom erosion, och floder transporterar dem långa avstånd från själva fyndigheterna.

Vi lär oss att känna igen dessa kemiskt distinkta korn, på samma sätt som diamantutforskare använder "indikatormineraler" för att hitta bördiga kimberliter (källsten för diamanter).

Vi gör också mer grundläggande forskning, som att använda analogt material (saltvatten och olivolja fungerar mycket bra, det visar sig) och beräkningsvätskedynamiska modeller på superdatorer för att undersöka fysiken för hur magmatiska malmer kommer att se ut som de gör.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.