30 millioner tons hvidglødende lava hver time i tre år er ikke kun en potentiel superkatastrofe. Det er også en mulighed for den grønne omstilling ved at give os værdifulde metaller til den grønne omstilling, blandt andet til Power-to-X.
Alting tager tid. Men hvor lang tid?
Jorden er over 4 milliarder år gammel – så hvad er lang tid og hvad er kort tid i geologisk forstand?
Sammen med en gruppe internationale kollegaer, er vi rejst 56 millioner år tilbage i tiden til Østgrønland for at vurdere, hvor lang tid det tog at fylde 300 kubik kilometer flydende stenmasse, også kaldet magma, ind i et magmakammer.
Hvis al den hvidglødende magma ikke var blevet nede i magmakammeret, men i stedet var nået op og udover jordoverfladen, ville det være endt i et gigantisk vulkanudbrud.
Det ville medføre et cirka 100 meter tykt lag af mere end 1.000 grader varm lava over et område på størrelse med Fyn. Det siger sig selv, at et sådant udbrud ville være katastrofalt.
Men det er ikke derfor, vi har set på den tid, det tog at fylde magmakammeret. Det er, fordi tempoet har betydning for dannelsen af malme med ædelmetaller, der kan bruges i den grønne omstilling.
Resultaterne er præsenteret i en artikel i Science Advance .
Platin-gruppe metallerne (PGM) omfatter platin, palladium, rhodium, ruthenium, iridium og osmium.
De bruges blandt andet i katalysatorer, der er nødvendige for de industrielle processer, der laver brint til fremtidens brændstof.
Du kan læse mere om PGM i boksen herunder. I en anden boks nederst i artiklen kan du læse om brugen af PGM, og hvilken betydning PGM kan få for den grønne omstilling.
Platingruppe metaller (PGM), nogle gange også omtalt som PGE – engelsk Platin Group Elements, omfatter de seks grundstoffer:
Platin og palladium forekommer oftest, og er sammen med rhodium kommercielt klart de vigtigste.
PGM tilhører sammen med guld ædelgruppemetaller, som er sjældne i jorden, og PGM har kun en gennemsnitlig koncentration på 37 ppb (dvs. 0,037 g PGM per ton bjergart).
Produktionen af PGM er koncentreret i få lande med Sydafrika og Rusland som de største producenter.
Men kun få typer af magma er ophav til forekomster af PGM, der kan udnyttes.
For at finde de kritiske metaller, må vi vide, hvor og hvordan de opkoncentreres i naturen, og vi må forstå de processer, som fører til dannelsen af malmforekomsterne.
Hvis vi ikke forstår processerne, ved vi heller ikke hvor vi skal lede. Men for at forstå processerne, må vi først have styr på et par geologiske udtryk.
Jorden består af kernen, kappen og jordskorpen. Den indre og ydre kerne er sammenlagt cirka 6600 kilometer i diameter, kappen er et cirka 2.900 kilometer tykt mellemlag, mens jordskorpen kun er en tynd 10-70 kilometer tyk yderste skal.
Når jordens processer varmer kappen op, begynder den at smelte og tyndtflydende magma dannes.
Magmaen baner sig vej op, enten direkte til og ud over jordens overflade i lava udbrud eller trinvis fra et magmakammer til det næste. Nogle magmaer når aldrig helt op men størkner i magmakamre i jordskorpen.
I kamrene afkøles magma og krystalliserer fra randen ind mod de centrale dele.
Når alt i magmakamrene er krystalliseret til sten, eksempelvis granit eller gabbro, kaldes det dannede bjergartskompleks for en intrusion.
I intrusioner bevarer bjergarterne strukturer (se billedet øverst i artiklen) og kemiske variationer.
De fortæller om fysiske og kemiske processer fra magmakamrene blev fyldt, indtil den sidste rest magma krystalliserede.
Vi har undersøgt Skaergaards intrusionen i Østgrønland, der er et færdigkrystalliseret magmakammer.
Det dannedes for cirka 56 millioner år siden i en dybde af 2-3 km i den dengang eksisterende og cirka 2.500 millioner år gamle østgrønlandske jordskorpe.
Som naturdetektiver kan vi følge, hvordan kemiske sammensætninger ændrede sig under krystallisationen i magmakamret. Det er nødvendigt for at forstå dannelsen af malmforekomster.
Koncentrationen af eksempelvis platin-gruppens metaller er normalt meget lav og er alt for bekostelig at udnytte. Læs mere i faktaboksen.
Men under de rigtige forhold, har naturen arbejdet for os og opkoncentreret sjældne grundstoffer til malmforekomster, der kan brydes med økonomisk fordel og bruges i den grønne omstilling.
Skaergaardsintrusionen indeholder både PGM og guld og dertil titan og vanadium og har været under efterforskning med henblik på minedrift siden 1986. Ingen ved dog endnu, om den nogensinde vil blive udnyttet.
Det er ikke nok at finde metallerne, der skal også være i de rette koncentrationer, de skal være tilgængelige, og nogen skal tro på, at kolossale investeringer i opbygningen af en mine ville kunne betale sig.
Dertil kommer, at markedet for PGM dels ikke er særlig gennemskueligt, dels spiller de en politisk rolle, og dels handles PGM ofte i langtidskontrakter mellem producenter og køberne. Meget skal falde på plads, før en mine opbygges.
En geologisk rekonstruktion viser, at intrusionen oprindelig var kasse-formet:
Magmakammeret dannedes på en dybde af et par kilometer i den daværende jordskorpe, men resterne er nu synlige på Østgrønlands kyst efter millioner af års nedslidning af vand, vejr og is (erosion).
Tværsnittet i figuren nedenfor illustrerer den indre opdeling Skaergaards intrusionen i Østgrønland. Malmforekomst rig på PGM og guld findes i det gule bånd.
Skaergaards intrusionen dannedes, ved at magma trængte op i jordskorpen og skabte sit eget magmakammer.
Magmaet krystalliserede ind fra væggene, ned fra taget i tagserien, op fra bunden i den lagdelte serie, og ind mod midten til den sidste rest af magmaet krystalliserede.
Under afkøling krystalliserer først få typer af mineraler, flere og flere støder til, når temperaturen falder, og samtidig viser mineralerne en systematisk kemisk udvikling.
Som det ses i tværsnittet, lægger de fleste krystaller sig i den lagdelte serie i bunden af magmakammeret.
Det er en sorteringsproces, hvor nogle grundstoffer opbruges, og andre opkoncentreres. Med en faglig term siges magmaet at fraktionere
Platin-gruppe-metallerne indgår ikke i nævneværdig grad i de mineraler, der først krystalliserer, og PGM opkoncentreres derfor i det flydende magma, der endnu ikke er krystalliseret.
Mineralet ’plagioklas’ tilhører gruppen af feldspat-mineraler og er et af de første til at krystallisere. Plagioklas er en blandingsserie med calcium-rig anortit (CaAl2Si2O8) og natrium-rig albit (NaAlSi3O8).
Den plagioklas, der først krystalliserer, er calcium-rig, men bliver mere og mere rig i albit-komponent, efterhånden som krystallisationen skrider frem. Du kan se den kemiske udvikling i figuren nedenfor.
Den fortsatte og systematiske udvikling i plagioklas-sammensætningenviser, at Skaergaards intrusionen fyldtes meget hurtigt.
Hvis magma-opfyldningen havde været langsom, ville plagioklas-udviklingen ikke vise en systematisk stigende albit-komponent.
Enhver ny puls af magma ville begynde at krystallisere anortit-plagioklas, der hurtigt ville blive mere og mere albit-rig.
For hver ny puls af magma ind i kammeret ville vi se større eller mindre spring tilbage til mere anortit-rige sammensætninger. Udviklingen ville følge en zig-zag linje.
PGM og andre kritiske metaller ville i et vist omfang fanges i malm-mineraler mellem de krystalliserende mineraler.
PGM ville derfor ikke koncentreres særlig effektivt, og sandsynligheden for, at det ville ende med en malmforekomst som vi kunne udnytte, ville være mindre.
Andre processer kunne dog på et senere tidspunkt og under gunstige betingelser mobilisere og koncentrere PGM.
Den systematiske udvikling i sammensætningen i mineralet plagioklas viser, at magma-kammeret fyldtes hurtigt, og at krystallisationen forløb kontinuerligt i de cirka 300 kubik kilometer magma, der først fyldte magmakammeret.
PGM opkoncentreres i restmagmaet, fordi PGM ikke indgik i de mineraler, der først krystalliserede, og PGM ender i dråber af afblandet sulfid-rig smelte.
Sulfidsmelte er flydende svovlrig metalsmelte med kobber, jern samt PGM, guld og mange flere grundstoffer.
Det sker sent i krystallisationen, når magmaet er nået ned fra cirka 1160 °C til 1050 – 1030 °C
I restmagmaet danner sulfidsmelten meget tunge og små dråber, oftest mindre end 0,01 millimeter.
Hvis dråberne samles i et flere meter tykt lag, danner de tilsammen en malmforekomst, vi kan udnytte.
Desto større det oprindelige magmakammer var, og desto højere koncentration af PGM var i magmaet til at begynde med, desto mere PGM ville der i alt være til rådighed for en forekomst.
Og jo senere sulfiddråberne dannes i krystallisations-forløbet, des større ville koncentrationen af PGM være i sulfiddråberne.
Det altsammen øger chancerne for dannelsen af en malmforekomst, der kan udnyttes med økonomisk fordel.
Som beskrevet ovenfor fyldtes magmakammeret hurtigt. Men præcis hvor hurtigt fyldtes Skaergaard intrusionens magmakammer?
Undersøgelserne og beregningerne indsnævrer den tid, det tog, ved at beregne, hvor hurtigt magmakammeret afkøledes.
Selve beregningen af afkølingen er kompliceret med mange forudsætninger, men resultatet er, at magmakammeret fyldtes med en hastighed på mellem 17,6 og 176 kubik kilometer magma per år.
Tættere kan vi ikke komme det. Gennemsnittet er cirka 100 kubik kilometer per år, og med den hastighed ville det tage 3 år at fylde Skaergaard intrusionens magmakammer.
Det er umådeligt hurtigt i geologisk forstand. Ser vi Jordens alder som 24 timer, ville det have taget cirka 0,06 millisekund at fylde magmakammeret.
Var et sådant magma i stedet nået op til jordens overflade, havde det skabt et vulkanudbrud, der som minimum var mindst 300 gange så voldsom som udbruddet i Fagradalsfjall-vulkanen i Island fra marts til september 2021.
Et sådant udbrud kan også omregnes til 800 millioner tons magma per døgn, eller 30 millioner tons i timen. Det ville have været et katastrofalt og ødelæggende udbrud, hvis det nåede jordoverfladen.
Fænomener som Skaergaard intrusionen er et tveægget sværd:
På den ene side en voldsom geologisk hændelse, der kunne have fået katastrofale konsekvenser for det omkringliggende liv.
På den anden side er det en geologisk hændelse, der giver os PGM og andre værdifulde metaller til den grønne omstilling, blandt andet til Power-to-X, som du kan læse mere om i boksen herunder.
PGM er blandt andet kendetegnet ved højt smeltepunkt og massefylde samt evnen til katalytisk aktivitet, altså, de øger en kemisk reaktions hastighed uden selv at forbruges.
Den katalytiske virkning af PGM udnyttes eksempelvis i katalysatorer til biler og lastbiler, i brændselsceller, og i de nye Power-to-X (PtX) teknologier, som kan blive afgørende for den grønne omstilling.
Power-to-X er en proces, hvor grøn elektricitet omdannes til brint eller andre brint-basererede produkter via elektrolyse og videreforædling.
Første led i PtX er at omdanne vand (H2O) til brint (H2), en proces som kræver energi, der kan komme fra f.eks. vindmøller.
Den energi, der gik til at spalte vand, kan genindvindes når brint i eksempelvis ammoniak (NH3) forbrændes til vand (H2O) og kvælstof (N).
Ligesom de fossile brændstoffer som benzin, diesel og naturgas, kan ammoniak transporteres i rørledninger, tankvogne og i brændstoftanke i tog og biler, men producerer ikke CO2 ved forbrænding.
En mulig erstatning for fossile brændstoffer og en klar klimagevinst.
Danmark satser stærkt på PtX som virkemiddel til at reducere CO2-udledningen.
