Unter einem alten Vulkankrater an der Grenze zwischen Nevada und Oregon liegt ein riesiges Vorkommen von lithiumhaltigem Ton. Wissenschaftler glauben, dass diese ruhige Landschaft genügend Lithium birgt, um den globalen Batteriemarkt über Jahrzehnte zu beeinflussen.
Größe des Vorkommens und wirtschaftliche Bedeutung
Eine neue Studie argumentiert, dass der McDermitt-Krater etwa 20 bis 40 Millionen metrische Tonnen Lithium enthalten könnte, was wahrscheinlich das größte bisher identifizierte Vorkommen ist. Unter Verwendung des aktuellen Durchschnittspreises für Lithiumcarbonat in den Vereinigten Staaten, der bei etwa 37.000 US-Dollar pro Tonne liegt, ergibt diese Schätzung fast 1,5 Billionen US-Dollar.
Geologische Formation des Kraters
Dieses Vorkommen befindet sich in einer Caldera, einem großen Vulkankrater, der entsteht, wenn eine Magmakammer zusammenbricht. Dieses besondere Becken hat eine Ausdehnung von etwa 28 Meilen von Norden nach Süden und 22 Meilen von Osten nach Westen entlang der Grenze zwischen Nevada und Oregon.
Die Forschung zu diesem Vorkommen wurde von Dr. Thomas R. Benson bei Lithium Americas Corporation (LAC) geleitet, dessen Studien sich darauf konzentrieren, wie lithiumhaltige Minerale in vulkanischen Terrains entstehen.
Vor etwa 16 Millionen Jahren entleerte ein gewaltiger Ausbruch einen Großteil der Magmakammer unter diesem Gebiet. Dieser Ausbruch hinterließ dicke Schichten von heißer Asche, die später zu hartem Vulkangestein auf dem Boden der Caldera abgekühlt sind.
Später bildete sich im Krater ein langanhaltender See, der vulkanische Asche und Schlamm sammelte. Diese Sedimente führten zur Bildung von lacustrinen, im Seeumfeld entstandenen, Tonsteinen, die nun einen Großteil des lithiumhaltigen Tons einschließen.
Prozess der Lithiumanreicherung
Tief unter dem Becken setzte Magma weiterhin hydrothermales Wasser frei, das reich an gelösten Mineralien war und lange nach dem Hauptausbruch zirkulierte. Diese Flüssigkeiten lösten Lithium und andere Elemente aus dem vulkanischen Glas und transportierten sie in die feuchten Seesedimente.
Im Laufe dieses chemischen Prozesses verwandelte sich der Seeschlamm zuerst in Smektit, magnesiumhaltigen Ton, der Lithium in seinen Schichten aufnehmen kann. Später veränderten heißere Flüssigkeiten Teile dieses Smektits in einen anderen Ton namens Illit, der wesentlich mehr Lithium bindet.
Im lithiumreichen Bereich am Thacker Pass bildet Illit, ein kaliumhaltiger Ton, der Lithium stark speichert, einen etwa 30 Meter dicken Streifen. Analysen zeigen, dass dieser Ton zwischen 1,3 und 2,4 Prozent Lithium nach Gewicht enthalten kann, was ungefähr doppelt so viel ist wie bei typischen Tonsteinen.
Bedeutung für den Energiemarkt
Eine kürzliche Untersuchung stellte fest, dass die hochgradige Illit-Schicht nahe der Oberfläche liegt, was großflächige Tagebauarbeiten ermöglicht. Weiterhin wurde berichtet, dass Lithiumkonzentrationen von etwa 1 Prozent nach Gewicht erreicht wurden, so Dr. Thomas R. Benson, ein Geologe bei Lithium Americas Corporation.
Heutzutage ist Lithium am besten als Herzstück der Lithium-Ionen-Batterie bekannt, einer wiederaufladbaren Batterie, die Lithium-Ionen zwischen zwei Elektroden bewegt. Diese Batterien betreiben Telefone, Laptops, Elektroautos und Speichereinheiten, die Wind- und Solarenergie im Netz ausgleichen.
Die gleiche Forschungsgruppe bemerkt, dass die weltweite Nachfrage nach Lithium bis 2040 auf eine Million Tonnen pro Jahr steigen könnte, was dem Achtfachen der Produktion im Jahr 2022 entspricht. Dies ist der Grund, warum ein solch konzentriertes Vorkommen in einem einzigen Becken so viel Aufmerksamkeit von Regierungen und Unternehmen auf sich zieht, die langfristige Energieübergänge planen.
Umweltauswirkungen und Herausforderungen
Vulkanische Seelagerstätten wie diese sind flach und weit verbreitet, was das Abraumverhältnis senkt, also die Menge an Abbauabfall pro Tonne Erz. Im Vergleich zu tieferliegenden Hartgesteinsminen bedeutet dies oft weniger gesprengtes Gestein und einen geringeren Energieaufwand pro Tonne Lithium.
Da die reichsten Tone am Thacker Pass nahe der Erdoberfläche liegen, können Bergleute gezielt die lithiumreichsten Schichten abbauen. Die Kombination aus enormen Tonnagen, hohen Gehalten und relativ einfacher Geometrie macht dieses Vorkommen unter den bekannten lithiumhaltigen Tonressourcen ungewöhnlich.
Soziale und kulturelle Aspekte
Ein solches riesiges Vorkommen wirft auch schwierige Fragen bezüglich Wasser, Wildtieren und der kulturellen Bedeutung dieser Landschaft auf. Lokale Stämme und Viehzuchtgemeinschaften haben Bedenken geäußert, wie eine große Mine Quellen, Weideflächen und heilige Stätten verändern könnte.
Befürworter weisen darauf hin, dass ein flaches Tonvorkommen weniger Land stören kann als mehrere kleinere Minen, die über verschiedene Regionen verteilt sind. Kritiker entgegnen, dass selbst ein einzelner großer Tagebau das Grundwasser verändern, Staub produzieren und Lebensräume fragmentieren kann, wenn er nicht sorgfältig verwaltet wird.
Die Verarbeitung von lithiumhaltigem Ton ist technisch anspruchsvoll, da das Metall in Mineralien gebunden ist und nicht in salzigen Lösungen vorliegt. Ingenieure müssen den Ton zerkleinern, Leaching und chemische Waschprozesse mit sorgfältig gewählten Lösungen durchführen und dann Lithium zurückgewinnen, während sie Wasserverbrauch und Abfall minimieren.
Schlussfolgerung der Forschung
Geologen, die McDermitt untersuchen, erkennen nun eine Formelanalyse für reiche vulkanische Lithiumvorkommen, die Magma-Chemie, Bassinform und langanhaltende Wärme kombiniert. Die hier vorhandenen Magmen waren peralkalisch, mit einem für Gestein ungewohnt hohen Gehalt an Natrium und Kalium, die dazu neigen, Lithium beim Abkühlen zurückzuhalten.
Später stieg das Magma erneut unter die Caldera in einer Phase, die als Wiederbelebung bezeichnet wird, angetrieben durch frisches Magma, das nach oben drückt. Diese Bewegung brach die darüber liegenden Gesteine auf, öffnete Wege für heiße Flüssigkeiten und konzentrierte die lithiumhaltige Illitbildung entlang des südlichen Randes des Beckens.
Mit diesem Modell ausgerüstet durchkämmen Erkundungsteams vulkanische Becken nach ähnlicher Chemie, erhaltenen Seeböden und Anzeichen vergangener heißer Flüssigkeitszirkulation. Nur wenige Orte weltweit scheinen die Kombination aus großer Größe, geschlossenem Bassin und langanhaltender magmatischer Aktivität wie McDermitt zu teilen.
Das Lithiumvorkommen in der McDermitt-Caldera ist enorm, flach und chemisch ungewöhnlich, Merkmale, die es von den meisten anderen bekannten Quellen abheben. Gleichzeitig liegt es in einer lebendigen Landschaft, in der Menschen, Wildtiere und Wasser bereits Ansprüche haben.
Die Entscheidungen, die in den kommenden Jahren getroffen werden, werden bestimmen, ob dieses Lithium größtenteils im Ton eingeschlossen bleibt oder in Batterien und Stromnetze gelangt.
In jedem Fall hat McDermitt bereits das Denken der Wissenschaftler darüber verändert, wo kritische Mineralien in alten vulkanischen Systemen verborgen sein können. Für diejenigen, die an Klima und Technologie interessiert sind, macht diese Geschichte den Zusammenhang zwischen fernen geologischen Ereignissen und den Batterien in ihrem täglichen Leben deutlich. Das Studium, wie Mineralien in der Erdkruste entstehen, wird direkt mit Fragen zu Autos, Telefonen und Stromnetzen verbunden.
Die Studie wurde in Science Advances veröffentlicht.
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