Novas pistas ligam depósitos de terras raras a antigas colisões tectônicas enterradas

Um novo estudo descobriu que a maioria dos depósitos de terras raras - fontes de metais essenciais para a eletrônica e para tecnologias de energia limpa - fica acima de antigas zonas de colisão soterradas. Essas zonas se formaram onde placas tectônicas colidiram no passado e afundaram profundamente sob os continentes.

Essa constatação muda a forma como se enxerga o mapa mineral de hoje: a superfície passa a ser entendida como a expressão de mudanças tectônicas profundas, estabelecidas muito antes de derretimentos posteriores criarem o minério aproveitável.

Marcas tectônicas soterradas

Ao comparar continentes reconstruídos, as correspondências mais nítidas apareceram onde colisões prolongadas de placas haviam pressionado margens continentais e deixado zonas quimicamente alteradas em profundidade.

Ao rastrear essas zonas soterradas ao longo do tempo, Carl Spandler, professor da Universidade de Adelaide, e seus colegas documentaram o mesmo padrão em 412 sítios mapeados.

Os resultados mostraram que cerca de 29 milhões de milhas quadradas (75 milhões de quilômetros quadrados) da crosta continental ficam acima dessas regiões profundas alteradas. A maior concentração apareceu onde vários cinturões antigos se sobrepõem.

Essa concentração torna difícil descartar a correlação como mera coincidência e leva à questão central: o que transformou aquelas antigas zonas soterradas em rochas portadoras de minério?

Por que os carbonatitos importam para as terras raras

Muitos dos depósitos mais ricos de terras raras ficam em carbonatitos, rochas ígneas raras ricas em minerais carbonatados, e não em lavas comuns.

Esses magmas começam em profundidade, abaixo dos continentes, onde pequenas quantidades de fusão concentram elementos que não se encaixam facilmente nos minerais mais comuns.

Trabalhos do Serviço Geológico dos Estados Unidos (USGS) os descrevem como a principal fonte de elementos leves de terras raras desde a década de 1960.

Cerca de 67% dessas rochas hospedeiras estavam dentro das mesmas zonas antigas, ligando magmas portadores de minério a essa história tectônica profunda.

Mudanças profundas no manto

Quando uma placa afunda sob outra, a subducção - o processo que recicla a crosta de volta ao manto - leva água, carbono e elementos-traço para baixo.

Parte desse material volta a subir para a litosfera mantélica sobrejacente, a camada rígida abaixo dos continentes, e modifica sua química.

Essa alteração química reduz a temperatura necessária para uma fusão posterior, de modo que magmas incomuns podem se formar sem um calor extraordinário.

Em vez de gerar minério imediatamente, a fase de colisão parece carregar a crosta profunda com ingredientes que podem permanecer ali por longos períodos.

Quando a formação aconteceu

O fator temporal quebrou a ideia simples de causa e efeito, porque a fase de preparação soterrada e o evento que gerou o magma muitas vezes ficaram separadas por intervalos imensos.

“Esse atraso no tempo é um dos aspectos mais surpreendentes das nossas descobertas”, disse Spandler.

Em alguns casos, a lacuna foi de milhões de anos até quase 2 bilhões de anos.

Esse atraso separou o antigo preparo químico do gatilho posterior, abrindo espaço para vários caminhos possíveis rumo à fusão.

Onde a sobreposição aumenta

As correspondências mais densas apareceram em continentes que sofreram colisões repetidas, especialmente na América do Norte, no sul da África e na China.

Blocos estáveis mais antigos, chamados crátons, as partes mais resistentes que sobreviveram dos continentes, parecem conservar essas zonas profundas enriquecidas com especial eficiência.

Cerca de 85% das regiões férteis mapeadas se sobrepunham, sinal de que vários eventos antigos acumularam seus efeitos.

Locais escondidos sob o gelo da Antártida ainda podem se encaixar no padrão, mas esses depósitos continuam difíceis de confirmar.

Por que as plumas perdem espaço

Explicações mais antigas frequentemente favoreciam as plumas do manto, colunas ascendentes de rocha quente, como a principal origem desses depósitos.

Muitos carbonatitos, rochas vulcânicas raras que abrigam a maior parte dos depósitos de terras raras, não mostram ligação clara com essas fontes de calor, e sua química aponta para formação em temperaturas mais baixas.

Como o novo mapa, em vez disso, alinha esses depósitos com zonas antigas onde placas tectônicas já haviam colidido, ele enfraquece a ideia de que plumas ascendentes de rocha quente tenham feito a maior parte da preparação.

Isso não elimina a possibilidade de que as plumas atuem como gatilhos posteriores, mas as tira do centro da história.

Gatilhos depois de longos intervalos

Ainda assim, alguma perturbação mais tarde precisou ocorrer, porque o manto enriquecido sozinho não se funde para formar um depósito.

Rifteamento, deformação, calor próximo ou alívio de pressão podem empurrar a rocha preparada além do seu ponto de fusão já reduzido.

Assim que a fusão começa, os elementos raros se concentram porque permanecem no líquido em vez de entrarem em cristais comuns.

Essa sequência explica por que minérios podem surgir longe de qualquer limite de placa ativo e, ainda assim, carregar uma assinatura mais antiga.

A exploração fica mais direcionada

Para os exploradores minerais, o estudo fez mais do que explicar rochas antigas, porque também reduziu a área global de busca.

Apenas cerca de 35% da crosta continental estava dentro das zonas férteis mapeadas, mas essas áreas continham a maior parte dos depósitos.

“Esta pesquisa mostra que os ingredientes para esses depósitos minerais críticos foram colocados no lugar muitos milhões, e até bilhões, de anos atrás”, disse Spandler.

Essa lógica torna a exploração mais precisa, porque cinturões tectônicos antigos podem permitir que empresas e governos façam levantamentos com menos suposições.

Limites do mapa

Nem todo depósito ficou dentro das zonas mapeadas, e o modelo excluiu deliberadamente vários processos de formação de minério.

Subducção de curta duração, movimentos crustais posteriores, erosão e plumas do manto poderiam, todos eles, gerar ausências ou ocultar sinais mais antigos.

As regiões-fonte ocultas mais antigas também se estendem além da janela de 2 bilhões de anos do mapa, então parte da história profunda continua invisível.

Mesmo com essas limitações, testes aleatórios caíram dentro das zonas férteis apenas cerca de um terço das vezes, bem abaixo da taxa real de correspondência.

Legado profundo da Terra

As colisões antigas parecem ter carregado os continentes com a química certa, enquanto perturbações mais jovens decidiram quando esses ingredientes soterrados finalmente derreteriam.

Reconstruções tectônicas mais precisas poderiam refinar ainda mais esses alvos, especialmente em regiões cobertas por gelo e em terrenos mais antigos do que o mapa atual consegue acompanhar.