寻宝游戏：美国近几十年来初次全国地质查询，触及锂矿等要害资源

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从空中看，美国缅因州（Maine）是一片整齐划一的绿色海洋：森林掩盖了该州90%的面积。但在树叶和泥土之下，是一系列愈加多样化的地质地势，它们由数亿年前与北美大陆磕碰的火山岛的遗址构成。

从两年前开端，美国地质查询局(USGS)的研讨人员开端对这些区域进行查询，寻觅名贵的矿藏。据美国《科学》杂志近来报导，研讨人员最新在间隔加拿大边境50公里的彭宁顿山（Pennington Mountain），发现了含有价值数十亿美元的锆、铌和其他对电子、国防和可再生动力技能至关重要的元素矿藏。

“这是一个完美的发现，”美国地质查询局退休科学家约翰·斯莱克(John Slack)说，他参加了这次查询，“咱们以为整个阿巴拉契亚山脉（Appalachians）都有潜力。”

美国地质查询局(U.S. Geological Survey)正在赞助阿拉斯加东部变质岩的测绘作业，那里或许蕴藏着包含稀土在内的多种重要矿藏。一、缘起本年4月18日，美国联邦政府《通货膨胀减少法案》(Inflation Reduction Act)正式收效，其间的要害一项：关于电动汽车供给顾客购买税收补助，需满意动力电池所包含的要害矿藏质料的部分本土化要求。

但是，究竟什么是要害矿藏？

据介绍，“要害矿藏”指的是50种已挖掘的矿藏质。依据这份由美国地质勘探局在美国国会的指示下拟定的清单，要害矿藏不只包含17种现在主要在我国出产的稀土元素，还包含用于出产钢铁的锌和用于电动汽车电池的钴等不太常见的资料。

但在曩昔十年中，当议员们向美国地质查询局问询美国国内这些要害矿藏的供给状况时，得到的回应令人不安：美国地质查询局乃至不知道该去哪里找。

几十年来，美国的矿业公司一直在将采矿事务转移到国外，部分原因是为了避开美国相对严厉的环境法规。确认矿藏资源的根本勘探作业停滞不前。上一次美国全国范围的查询是为了寻觅铀，查询于上世纪80年代完毕。

美国地质勘探局担任动力和矿藏的副局长莎拉·赖克（Sarah Ryker）标明，与大多数发达国家比较，包含澳大利亚、加拿大，乃至爱尔兰，“美国的地图制作缺乏，咱们正处于一个为难的时刻。”莎拉·赖克说。

为了添补这一常识空白，美国地质查询局在2019年启动了一项地球测绘资源方案，也称“地球核磁共振成像”方案(Earth Mapping Resources Initiative，或称为Earth MRI)。在每年1000万美元的预算下，该安排开端与州地质查询局协作，将数据数字化，并托付实地查询，以具体制作最有期望的地质区域。

2021年，美国联邦政府经过《两党基础设施建设法》（Bipartisan Infrastructure Law），法案为该项目拨款3.2亿美元，简直占美国地质查询局整个预算的三分之一，资金在5年内投入运用。

大规模的资金推进下，“全国各地的地质查询都在复兴，”新墨西哥州地质和矿藏资源局的经济地质学家弗吉尼亚·麦克勒莫尔(Virginia McLemore)说。

与此同时，矿业公司也在拥抱“地球核磁共振成像”方案。全球矿业巨子力拓(Rio Tinto)的地球物理学家欣克斯(Donald Hinks)标明，他支撑其他矿业公司与该项目协作并同享数据。力拓乃至赞助了美国地质查询局在蒙大拿州的一些航班，以交换1年的独家数据拜访权。欣克斯说:“在公共范畴具有这种高质量、大规模的数据将推进新主意和新发现。”

二、困难

在采矿史的大部分时刻里，矿脉的来历故事显得不那么重要——勘探者发现了它，矿工把它挖了出来。但美国地质勘探局的地球物理学家安妮·麦卡弗蒂(Anne McCafferty)说，到现在为止，大多数显着的矿藏发现都不存在了。“最低处的果子现已摘了。”安妮·麦卡弗蒂说。

矿藏的稀缺性促进地球磁共振成像方案采用了一种“矿藏体系”（mineral systems）办法，这种办法首先在澳大利亚创始，企图依据矿藏的构成进程来猜测在哪里或许找到要害的矿藏。

例如，寻觅稀土矿藏可以从寻觅一种不寻常的富含碳的岩石开端，这种岩石被称为碳酸盐岩。地质学家也或许会寻觅富含黏土的岩石或堆积物，这些岩石或堆积物可以在水腐蚀源岩后捕获稀土元素的浓缩物。

为了搜集这些能阐明问题的岩石的前史，美国地质勘探局的科学家需求整合各种信息来历。其间一些现已存在，例如依据数十年户外作业的大规模地质图，以及依据人工或天然地震的地震波反射的岩层深层结构查询。

而最新的地球核磁共振成像(Earth MRI)方案也运用了全新的飞翔器。飞翔器的空中勘察飞翔间隔地表仅100米，可以添加更多细节，并为新一代更明晰的地质图供给信息。

在内华达州，一架牵引着感应线圈的直升机丈量了地下电阻。研讨者们在飞机上运用的东西之一是磁力计（magnetometer），它可以勘探富含铁和其他磁性矿藏的岩石。另一种是伽马射线光谱仪（gamma ray spectrometer），它可以捕捉钍、铀和钾宣布的辐射，这些元素常常呈现在包含稀土矿藏元素的火山岩里，而且常常被聚合到它们的晶体结构中。

在缅因州，地质学家带着传感器丈量岩石的放射性。其他的东西包含激光高度计，可以制作地表崎岖图，提醒地质前史。美国宇航局开发的一种“高光谱”（hyperspectral）仪器可以依据矿藏质吸收的特定波长的光来辨认暴露在地表的矿藏质。

在归纳数据中，“你可以看到下面的一切地质状况，”美国地质勘探局担任东海岸航空勘察的地球物理学家Anjana Shah说。“这是了解地球的一种十分有力的办法。”

一名研讨人员校准了机载高光谱传感器搜集的数据。三、寻觅

在前期的测验中，地球核磁共振方案的飞翔器飞翔在在北卡罗来纳州和南卡罗来纳州上空。在这些州的烟草农场下面，隐藏着沙滩化石，这些沙滩是曩昔两次冰期之间温暖时期留下的海岸线，其时海平面比现在高。

北卡罗来纳州地质查询局的地貌学家凯瑟琳·法雷尔(Kathleen Farrell)说，激光高度计捕捉到了这些海岸线和古河流的纤细崎岖。

陈旧的海滩上有黑砂堆积物，这些黑砂是由山脉腐蚀和河流堆积而成的，富含重金属元素。法雷尔和她的搭档们期望经过将搜集到的新的空中数据与实地测绘和钻孔取样相结合，了解卡罗莱纳州黑砂的来历。他们想了解滨海平原是怎么跟着时刻的推移而构成，为什么黑砂只在特定时期构成，以及这些砂来自上游的哪里。

这些问题的答案将有助于地质学家发现新的重金属矿床，要知道，佛罗里达州北部的相似地址是美国为数不多的钛的商业来历之一。

而在本年，一项掩盖密苏里州、肯塔基州、田纳西州、阿肯色州、伊利诺伊州和印第安纳州部分区域的地球核磁共振查询将勘探另一个奥秘的地震带——里弗特裂谷(Reelfoot Rift)。

里弗特裂谷被埋在长达数公里的堆积物之下，它很或许是7.5亿年前罗迪亚超大陆（Rodinia supercontinent）开端割裂时在大陆基岩上构成的一个裂缝。1811年和1812年，与这个裂谷有关的断层引发了新马德里地震，是美国落基山脉以东区域有史以来最大的地震。

里弗特裂谷和邻近的基岩变形造成了风险，也为矿藏质的构成发明了时机。这些裂口为岩浆供给了通道，使其在地质年代较晚的时期涌出，那时非洲大陆板块与北美大陆板块相撞，构成了阿巴拉契亚山脉。这种岩浆也构成了伊利诺斯州南部的萤石区，这儿从前产出了美国大部分的萤石——用于锻炼钢铁和制作氢氟酸。

不只如此，这些岩浆或许也在构成希克斯巨蛋(Hicks Dome)的进程中发挥了效果。希克斯巨蛋坐落伊利诺伊州村庄上空1公里处，是该州最接近火山的当地。

在美国地质勘探局的航空数据中，这是一个磁反常区域，从穹顶上钻出的岩心富含稀土矿藏。来自岩心的地球化学示踪剂暗示，圆顶深处的堆积物是由碳酸盐岩构成的——这种不寻常的火山岩与国际上最好的稀土矿床有关。

加州的帕斯山是美国仅有出产稀土元素的矿山。美国地质查询局期望地球资源测绘方案可以鼓舞更多的采矿活动。四、锂矿现在，没有哪种矿藏比锂更重要。

锂被用于手机和电动汽车电池中，驱动着国际上越来越多的电动产品。但是，美国只需一个锂矿，坐落内华达州，其未经加工的锂原矿被送往国外进行加工。内华达州地质学家詹姆斯·福尔兹(James Faulds)说，该州有潜力贮藏更多的锂矿，并或许成为国际锂资源“震中”。

锂一般存在于火成岩中——在地壳中结晶的岩浆或在地表冷却的熔岩。许多已知的锂矿床都在该州北部的麦克德米特火山口，这是一个1600万年前由地球深部热门构成的火山口，也为黄石公园供给燃料。火山口内的雨水或下面的热水将火山口粘土堆积物中的锂浓缩到黄石公园其他火山热门区域。

“为什么会呈现这种矿化？”内华达大学里诺分校的地质学家Carolina Muñoz-Saez问。她和她的协作者正在研讨锂和锂黏土的地球化学，以确认锂元素是在火山喷射期间由过热的水会集的，仍是在火山喷射之后，跟着水渗透到火山口富含火山灰的岩石中的。问题答案或许会引导地质学家寻觅其他相同丰厚的矿藏。

地球核磁共振成像(Earth MRI)也现已标明，锂探矿者不用拘泥于火山口。户外地质学家现已在结构拱起的地壳块围成的盆地中发现了好像富含锂的岩石。詹姆斯·福尔兹说，以“盆地和山脉”地势而出名的内华达州有许多这样的当地。

美国地质勘探局的地球物理学家乔纳森·格伦标明，不只如此，这些盆地往往具有热盐水体系，这是地热发电的潜在来历。

地球核磁共振方案也在规划高光谱查询，扫描没有树木的干旱地表，寻觅含矿土壤。例如，锂和稀土元素具有很强的光谱反射；其他特征可以提醒与锂或其他矿藏相关的黏土矿藏。

除了辨认或许含有矿藏的岩层外，地球核磁共振成像还加快了美国地质勘探局勘探抛弃铜矿或铁矿尾矿中留传的名贵资源。美国地质勘探局正在与各州地质安排协作，编制一个关于矿山废料场所的国家数据库，并为研讨人员供给了评价抛弃矿山潜力的办法。“假如你能挖到岩石，在地上再挖一个洞有什么含义?”美国地质勘探局地球核磁共振项目协调员达西·麦克菲问道。

用于制作电池的锑矿。受美国联邦政府新政的影响，在内华达州，锂勘探正在蓬勃发展，但在缅因州，立法者于2017年公布了一项严厉的采矿法，其时该州最大的土地一切者、加拿大林业公司J.D.欧文(J.D. Irving)考虑挖掘其土地上发现的金、银和铜贮藏。最新的状况是，在彭宁顿山(Pennington Mountain)发现稀土矿床，并在该州其他当地发现锂矿后，立法者正在考虑修正法令，答应放宽一些担任任的采矿。非营利环境安排国际资源研讨所(World Resources Institute)美国-国际协作部主任梅丽莎·巴巴内尔(Melissa Barbanell)说，考虑到绿色技能的需求和下降碳排放的必要性，许多环保安排正在软化对要害矿藏挖掘的态度。她弥补说，跟煤炭的焚烧不一样，用于电池和风力涡轮机的矿藏简直总是可以收回使用的——只需方针拟定者推进这些矿藏的再使用。

美国地质查询局退休科学家约翰·斯莱也支撑挖矿，他退休后去了缅因州。在他看来，在资源收回可以满意社会需求之前，要害的矿藏挖掘依然需求进行。他说:“没有矿业，咱们就无法具有低碳的未来和绿色科技。这不是一个挑选，而是一个至关重要的有必要。”

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