Alexander Gysi, Colorado School of Mines

Alex Gysi, Assistenzprofessor für Lithogeochemie am Institut für Geologie und Geotechnik der Colorado School of Mines, wurde kürzlich mit dem CAREER Award der National Science Foundation ausgezeichnet, um seine Arbeit an seltenen Erden voranzutreiben.

Sein Projekt „Aufteilung von seltenen Erden (REE) zwischen Mineralien und wässrigen Flüssigkeiten in Erzlagerstätten“ wird über einen Zeitraum von fünf Jahren mit 577.485 USD gefördert.

Gysi kam im August 2014 an die Colorado School of Mines-Fakultät. Er hält ein PhD der Geochemie der Universität Iceland und ein M.S. in Mineralogie und Petrologie der ETH Zürich.

Wir haben Gysi nach seinen Forschungsergebnissen befragt und erörtert, wie dies zu einem besseren Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Gesteinen und Erzen in geologischen Systemen beitragen kann.

Die Forschung befasst sich mit Seltenerdelementen (REE) – den Lanthanoiden sowie Yttrium und Scandium. Diese Elemente sind interessant, weil sie als kritische Metalle gelten. Sie werden in der Hightech- und Grün-Technologie-Industrie, in Permanentmagneten, Windkraftanlagen, erneuerbaren Energien, Computern und Mobiltelefonen eingesetzt. Ich versuche zu verstehen, wie sich diese REE-Ablagerungen in geologischen Systemen bilden. Gleichzeitig versuchen wir, die Grenzen der Grundlagenforschung in diesem Bereich zu erweitern, damit wir die in Mineralien aus hydrothermalen Flüssigkeiten aufgezeichneten Signaturen lesen können. Die entscheidende Frage ist, was die Chemie der Mineralien über geologische Prozesse aussagt. „

F: Was reizt Sie an Ihrer Forschung am meisten?
A: „Diese Forschung erfordert viel interdisziplinäre Arbeit und hat ein hohes Potenzial für neue Entdeckungen. Seit vielen Jahrzehnten werden REE in Gesteinen gemessen, um die Entwicklung von Schmelzen vom Erdmantel bis zur Erdkruste zu beschreiben. Alle gingen davon aus, dass Flüssigkeiten vorhanden sind. In der Kruste konnten diese Signaturen nicht verändert werden, aber als wir mit den Arbeiten an den REE-Lagerstätten begannen, stellten wir fest, dass die Gesteine ​​stark verändert sind und dass Flüssigkeiten tatsächlich eine entscheidende Rolle bei der Bildung dieser Lagerstätten spielten. Ein Schnappschuss dieser Krustenflüssigkeiten und ihrer Mineralien kann verwendet werden, um zu lesen, was in der geologischen Vergangenheit bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck tiefer in der Kruste vor sich gegangen ist. In historischen Bergbaugebieten bestehen diese hauptsächlich aus Quarz, aber in REE-Lagerstätten finden sich Mineralien wie Calcit, Apatit und Fluorit. Es ist aufregend, diese Mineralien zu untersuchen, da sie sich in verschiedenen geologischen Umgebungen bilden. Sogar auf der Erdoberfläche, im Ozean usw. Einige von ihnen, wie z. B. Apatit, kommen in unseren Knochen und Zähnen vor, und ihre REE-Zusammensetzungen werden in der Medizin untersucht, um beispielsweise Körpergewebe abzubilden.

„Wir bauen diese Mineralien im Labor an und dotieren sie mit REE, um zu sehen, wie sie sich verhalten. Dann versuchen wir, ein neues Modell zu entwickeln, um die Bedeutung dieser REE-Signaturen in natürlichen Mineralien vorherzusagen. Dies ist ehrgeizig.“ Wir haben noch keine Möglichkeit, die Bedeutung dieser REE-Signaturen zu quantifizieren, und meines Wissens gibt es nicht viele Menschen, die diese Mineralien aus hydrothermalen Lösungen bei> 100 ° C anbauen – es ist nicht einfach, aber es macht Spaß!

„Mein Doktorand hat gerade seinen Abschluss gemacht und ich habe zwei neue Doktoranden, die gerade mit diesem Projekt beginnen. Wir schreiben die erste Arbeit über den REE-dotierten Calcit, der bei 200 Grad Celsius synthetisiert wurde, und wir sind jetzt die erste Forschungsgruppe, die das Modell erstellen kann. Spurenelementvariationen, die mit einer geochemischen Modellierungssoftware in hydrothermalem Calcit aufgezeichnet wurden. Diese Arbeit ist neu und der Ausgangspunkt jahrelanger Forschung. “

F: Was ist die potenzielle Auswirkung dieser Arbeit?
A: „Es berührt viele verschiedene Disziplinen – Materialwissenschaften, Chemie, Geowissenschaften, Wirtschaftsgeologie, Petrologie usw. Deshalb freue ich mich sehr darüber – wir versuchen, verschiedene Disziplinen zusammenzubringen und auf verschiedenen Ebenen zu arbeiten. Vom Verhalten von Atomen im Labor und in Modellen bis hin zu Hunderten von Metern und Kilometern in erzbildenden geologischen Umgebungen – auch für die USA ist es interessant, weil China den größten Teil des weltweiten REE-Angebots produziert – China kontrolliert über 90-95 Prozent des weltweiten  REE-Markts. In letzter Zeit haben wir in Nordamerika, einschließlich Kanada und den USA, mehr über diese Bodenschätze nachgedacht. In den USA haben wir derzeit eine Mine in Mountain Pass, Kalifornien, die geöffnet und dann geschlossen und jetzt wieder geöffnet wurde andere potenzielle Minen wie Bear Lodge in Wyoming.

„Wenn wir in den USA mit dem Abbau und der Erkundung weiterer Lagerstätten beginnen, wird unsere Forschung möglicherweise den grundlegenden Rahmen liefern, um zu verstehen, wo sich diese Lagerstätten bilden, wie man sie erforscht und wie man sie charakterisiert. Um Ihnen eine Analogie zu geben, die Erkundung und die Bergbauindustrie für Metalle wie Kupfer, Blei, Zink, Silber und Gold steckt derzeit in einem Formel-1-Auto und stützt sich auf jahrelange Forschung in diesem Bereich von vielen Gruppen weltweit, während die REE-Industrie in einem Dreirad sitzt und versucht, aufzuholen, denn es gibt eine Marktwelle. Wir wissen nicht, wie sich der Markt und die Technologie in den nächsten Jahrzehnten entwickeln werden, aber als Wissenschaftler ist es unerlässlich, vorausschauend mit der Industrie zusammenzuarbeiten. “

F: Wie beeinflusst diese Forschungsagenda Ihre Lehre?
A: „In den Geowissenschaften ist die Thermodynamik ein sehr leistungsfähiges Instrument, um Felddaten und geologische Hypothesen zu interpretieren und zu verstehen, wie und unter welchen Bedingungen sich Gesteine ​​und Mineralien bilden. Leider schwindet dieses Wissen in den USA ein wenig und ich sehe eine große Chance. Um die traditionelle Feldgeologie mit numerischen Modellen und Technologien für die Datenanalyse zu verknüpfen, habe ich einen neuen Grundkurs „Thermodynamik für Geowissenschaftler“ entwickelt. Der Schlüssel besteht darin, diese Wissenschaft praktisch und leicht verständlich zu machen, damit die Schüler die Bedeutung der Thermodynamik in den Geowissenschaften verstehen.

„Ich bin jetzt seit fünf Jahren bei Mines und aus dieser Erfahrung sehe ich, dass Studenten im Grundstudium von mehr Forschungserfahrung profitieren würden, um Methoden zu erlernen, die zur Lösung von Problemen in den Geowissenschaften verwendet werden und um bei der Suche nach einem Job oder der Fortsetzung ihrer Karriere in den Naturwissenschaften zu helfen. Was Ich plane eine Fluids & Minerals Summer School, an der wir Feldarbeit mit Laborarbeit kombinieren und versuchen, die Entstehung einer Erzlagerstätte zu modellieren. Die Idee ist, eine Erzlagerstätte auf dem Feld zu besuchen und die tatsächlich vorhandenen hydrothermalen Adern zu untersuchen, in denen Flüssigkeiten die Metalle transportieren, die später in der Lagerstätte mineralisiert werden. Anschließend werden wir einige praktische Aktivitäten im Labor durchführen, in denen wir lernen, die Eigenschaften von Mineralien und Flüssigkeiten zu synthetisieren und zu messen. Der letzte Teil besteht darin, das Ganze zu verbinden, Beobachtungen und den analytischen Teil, so lernen die Studenten, wie man ein konzeptionelles Modell erstellt, das Erzbildungsprozesse beschreibt und wie man dieses Wissen in der Praxis nutzt. “

KONTAKT
Emilie Rusch, Fachinformatikerin für Öffentlichkeitsarbeit, Kommunikation und Marketing | 303-273-3361 | [email protected]
Mark Ramirez, Managing Editor, Kommunikation und Marketing | 303-273-3088 | [email protected]

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