Unter einem alten Vulkankrater an der Grenze zwischen Nevada und Oregon befindet sich ein enormes Vorkommen von lithiumhaltiger Tone. Wissenschaftler glauben mittlerweile, dass diese ruhige Landschaft genug Lithium birgt, um den globalen Batteriemarkt über Jahrzehnte hinweg zu beeinflussen.
Einer neuen Studie zufolge könnte die McDermitt-Caldera etwa 20 bis 40 Millionen metrische Tonnen Lithium beherbergen, was wahrscheinlich das größte bisher identifizierte Vorkommen ist.
Basierend auf dem aktuellen Durchschnittspreis für Lithiumcarbonat in den Vereinigten Staaten, der bei etwa 37.000 US-Dollar pro Tonne liegt, ergibt sich eine Schätzung von fast 1,5 Billionen US-Dollar.
Das Vorkommen liegt innerhalb einer Caldera, einem großen Vulkankrater, der durch den Zusammenbruch einer Magmakammer entstanden ist. Diese spezielle Senke erstreckt sich über etwa 28 Meilen von Norden nach Süden und 22 Meilen von Osten nach Westen entlang der Grenze zwischen Nevada und Oregon.
Die Arbeiten an diesem Vorkommen wurden von Dr. Thomas R. Benson bei der Lithium Americas Corporation (LAC) geleitet. Seine Forschung konzentriert sich auf die Entstehung lithiumhaltiger Mineralien in vulkanischen Landschaften.
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 abkühlten.
Später bildete sich im Krater ein langlebiger See, der vulkanische Asche und Schlamm sammelte. Diese Sedimente entwickelten sich zu lacustrinen Tonsteinen, die jetzt viel von dem lithiumhaltigen Ton einschließen.
Tief unter der Senke setzte Magma weiterhin hydrothermale, mineralreiche heiße Wasserflüsse frei, die lange nach dem Hauptausbruch unterirdisch zirkulierten.
Diese Flüssigkeiten spülten Lithium und andere Elemente aus dem vulkanischen Glas und transportierten sie in die feuchten Seesedimente nach oben.
Im Verlauf dieser chemischen Prozesse verwandelte sich der Seeschlamm zunächst in Smektit, einen magnesiumhaltigen Ton, der Lithium in seinen Schichten aufnehmen kann.
Später veränderten heißere Flüssigkeiten Teile dieses Smektits in einen anderen Ton, der Illit heißt und viel mehr Lithium speichert.
In der lithiumreichen Zone am Thacker Pass bildet Illit, ein kaliumreicher Ton, der Lithium festhält, ein Band von etwa 100 Fuß Dicke.
Analysen zeigen, dass dieser Ton etwa 1,3 bis 2,4 Prozent Lithium nach Gewicht enthalten kann, was ungefähr doppelt so viel ist wie bei typischen Tonsteinvorkommen.
Ein kürzlich bemerktes Merkmal ist, dass die hochwertige Illit-Schicht nah an der Oberfläche liegt, was großen Tagebau ermöglicht.
Es wurde auch festgestellt, dass die Ermittler laut Dr. Thomas R. Benson von der Lithium Americas Corporation Lithiumkonzentrationen von bis zu etwa 1 Prozent nach Gewicht berichtet haben.
Heute ist Lithium hauptsächlich als Herzstück der Lithium-Ionen-Batterie bekannt, einer wiederaufladbaren Batterie, die Lithiumionen zwischen zwei Elektroden bewegt.
Diese Batterien betreiben Telefone, Laptops, Elektroautos und Speichereinheiten, die Wind- und Solarenergie im Netz ausgleichen.
Aus diesem Grund zieht ein so konzentriertes Vorkommen in einer einzigen Senke das Interesse von Regierungen und Unternehmen an, die langfristige Energieübergänge planen.
Vulkanische Seevorkommen wie dieses sind flach und weit, was das Abfallgesteinsverhältnis, die Menge an Abfallgestein pro Tonne Erz, verringert.
Im Vergleich zu tieferen Hartgesteinsminen bedeutet dies oft weniger gesprengtes Gestein und einen geringeren Energieverbrauch pro Tonne Lithium.
Da die reichhaltigsten Tone am Thacker Pass nah an der Oberfläche liegen, können Bergleute gezielt die lithiumreichsten Schichten ansteuern.
Die Kombination aus enormen Mengen, hohen Gehalten und relativ einfacher Geometrie macht dieses Vorkommen außergewöhnlich unter den bekannten lithiumhaltigen Tonressourcen.
Ein so großes Vorkommen wirft jedoch auch schwierige Fragen über Wasser, Wildtiere und die kulturelle Bedeutung dieser Landschaft auf.
Lokale Stämme und Viehzuchtgemeinschaften haben Bedenken geäußert, wie sich eine große Mine auf Quellen, Weideflächen und heilige Stätten auswirken könnte.
Befürworter weisen darauf hin, dass ein flaches Tonvorkommen weniger Land stören kann als mehrere kleinere Minen, die über weite Regionen verteilt sind.
Kritiker entgegnen, dass selbst ein einziger großer Tagebau das Grundwasser verändern, Staub erzeugen und Lebensräume fragmentieren kann, wenn dies nicht sorgfältig verwaltet wird.
Die Verarbeitung von lithiumhaltigem Ton ist technisch kompliziert, da das Metall in Mineralien gebunden ist und nicht in salzigen Solelösungen vorliegt.
Ingenieure müssen den Ton mahlen, Laugung, chemisches Waschen mit sorgfältig ausgewählten Lösungen anwenden und anschließend Lithium zurückgewinnen, während sie den Wasserverbrauch und den Abfall minimieren.
Geologen, die die McDermitt-Caldera untersuchen, erkennen nun ein Rezept für reiche vulkanische Lithiumvorkommen, das Magma-Chemie, Beckenform und langanhaltende Wärme kombiniert.
Die Magmen hier waren peralkalisch, eine Gesteinszusammensetzung, die ungewöhnlich reich an Natrium und Kalium ist und dazu tendiert, Lithium beim Abkühlen zu halten.
Später stieg das Magma wieder unter der Caldera in einer Phase, die als Wiederaufstieg bezeichnet wird, eine erneute Hebung, die durch frisches Magma nach oben gedrückt wird.
Diese Bewegung zerbrach das darüberliegende Gestein, öffnete Wege für heiße Flüssigkeiten und konzentrierte die Bildung von lithiumhaltigem Illit entlang des südlichen Randes der Senke.
Mit diesem Modell ausgestattet, durchkämmen Erkundungsteams vulkanische Becken auf passende Chemie, erhaltene Seebetten und Hinweise auf frühere heiße Flüssigkeitszirkulation.
Nur wenige Orte weltweit scheinen die Mischung aus großer Größe, geschlossenem Becken und langanhaltender magmatischer Aktivität wie McDermitt zu teilen.
Das lithiumhaltige Vorkommen der McDermitt-Caldera ist gewaltig, flach und chemisch ungewöhnlich, Eigenschaften, die es von den meisten anderen bekannten Quellen abheben. Gleichzeitig befindet es sich in einer belebten Landschaft, in der Menschen, Wildtiere und Wasser bereits Ansprüche haben.
Die Entscheidungen, die in den nächsten Jahren getroffen werden, werden darüber bestimmen, ob dieses Lithium größtenteils im Ton bleibt oder in Batterien und Stromnetze gelangt.
Wie auch immer, McDermitt hat bereits die Denkweise der Wissenschaftler darüber verändert, wo kritische Mineralien in alten vulkanischen Systemen versteckt sein können.
Für diejenigen, die über Klima und Technologie nachdenken, wird die Verbindung zwischen fernen geologischen Ereignissen und den Batterien in ihrem täglichen Leben deutlich.
Zu lernen, wie Mineralien in der Erdkruste entstehen, wird direkt mit Fragen über Autos, Telefone und Stromnetze verbunden.
Die Studie wurde in Science Advances veröffentlicht.
