De stalen in gouden capsules werden blootgesteld aan 1.000-1.040 graden en een druk van 1.000 atmosfeer. © Lennart A. Fischer

Schiftend magma in het labo kan leiden tot ontdekking nieuwe ijzerertslagen

Sommige soorten magma schiften onder bepaalde omstandigheden, ze splitsen zich in twee aparte vloeistoffen, waarvan er een zeer rijk is aan ijzer. Dat heeft een internationaal team van geologen, onder wie Olivier Namur van de KU Leuven en Bernard Charlier van de Université de Liège, ontdekt in het labo. De vondst kan helpen bij de ontdekking van nieuwe ijzerlagen om te ontginnen. 

IJzererts wordt gedolven in zo'n 50-tal landen, en Australië, Brazilië en China zijn de grootste producenten. De meeste ijzervoorraden worden gevonden in sedimentaire of afzettingsgesteenten. Dat zijn gesteenten die in de loop der tijden gevormd zijn uit afgezet sediment of organisch materiaal, en die meestal uit lagen bestaan. 

Zo'n tien procent van de ijzerertsvoorraden liggen echter in rotsen van vulkanische oorsprong, zoals in El Laco in Chili en Kiruna in Zweden. Die voorraden worden dan ook Kiruna-ertslagen genoemd, naar de stad in het noorden van Zweden, waar een enorme mijn ligt op een gigantische ijzervoorraad.

Tot nu toe was niet duidelijk hoe die ijzervoorraden in vulkanisch gesteente gevormd werden. 

Zicht op de Kiruna-mijn met op de voorgrond de stad en verwerkingsfabrieken. Foto: Alexandar Vujadinovic/Wikimedia Commons

Magma splitst zich in twee afzonderlijke vloeistoffen

Een internationaal team van onderzoekers heeft nu voor het eerst bewijzen voorgesteld dat die ijzerertsafzettingen gevormd worden als magma - het vloeibare gesteente dat zich onder het aardoppervlak bevindt - zich splitst in twee aparte vloeistoffen. 

"Eerdere studies hebben zich altijd geconcentreerd op de textuur of de samenstelling van natuurlijke rotsen. Wij waren de eersten die daadwerkelijk magma, zoals die gevonden wordt in El Laco in Chili,  reproduceerden in het laboratorium", zei mede-auteur Olivier Namur van het Departement Aard- en Omgevingswetenschappen van de KU Leuven. 

"We wilden de omstandigheden nabootsen die gevonden worden in magmakamers, waar de gesmolten rots zich ophoopt als ze niet naar het oppervlak van de aarde kan opstijgen. Dit is ook waar de ijzerertsafzettingen onder vulkanen gevormd worden, en dus leek het ons meer dan de moeite waard om de temperatuur en de druk van de magmakamers te reproduceren en dat te onderzoeken", zo zei Namur op "KU Leuven News".

Als magma zijn weg niet kan vinden naar het aardoppervlak, hoopt het zich op in magmakamers (gele ovaal). De temperatuur en de druk in die reservoirs maken dat het magma zich splitst in twee afzonderlijke vloeistoffen, waarvan er een zeer rijk is aan ijzer. Als deze vloeistof afkoelt, vormt ze ijzerertsafzettingen (zwart). © Mark A. Garlick

Nieuwe ijzerertsvoorraden vinden

"Daarom maakten we een mengeling van stalen van ijzer-rijk erts en de typische lava die de Kiruna-ertslagen omringt. Dit creëerde een magma met een samenstelling, waarvan we denken dat ze ook voorkomt in de diepe magmakamers onder vulkanen. We plaatsten deze mengeling in een oven, en verhoogden de temperatuur tot 1.000-1.040 graden Celsius. We verhoogden ook de druk tot zo'n 1.000 keer de atmosferische druk op aarde. Dat zijn de omstandigheden in een magmakamer", zo zei Namur. 

"We waren verrast te ontdekken dat, onder deze omstandigheden, het magma zich splitste in twee aparte vloeistoffen. Dit proces staat bekend als onvermengbaarheid. Denk maar aan wat er gebeurt als olie in de oceaan terechtkomt: het water raakt bedekt met olie omdat olie en water niet vermengd kunnen worden." 

"Een van die vloeistoffen bevatte een heleboel silica (siliciumdioxide, het hoofdbestanddeel van het aardoppervlak), terwijl de andere extreem rijk was aan ijzer - tot zo'n 40 procent - en aan fosfor. Als deze ijzer-rijke vloeistof begint af te koelen, krijg je ertsafzettingen van ijzer-fosfor zoals in Kiruna." 

"Dit is het eerste bewijs dat onvermengbaarheid de sleutel is tot de vorming van ijzerertsafzettingen zoals die ontgonnen worden in El Laco. Als we gelijk hebben, kan deze ontdekking helpen om nieuwe ijzerertslagen te vinden. Dat is noodzakelijk om de wereldwijde vraag naar ijzer bij te houden: recycleren alleen volstaat immers nog niet. En als je wil weten waar je moet zoeken naar ijzererts, moet je begrijpen hoe de afzettingen gevormd worden", zo zei Namur aan "KU Leuven News".

De studie van het team is gepubliceerd in "Nature Communications"

Een kaart van de ijzerertslagen in El Laco in Chili. Andesiet en daciet, de gesteenten die het ijzererts omringen, zijn vulkanische gesteenten. Illustratie: José A. Naranjo, Fernando Henríquez, Jan O. Nyström.