McDermitt-Caldera: Enormes Lithiumvorkommen unter einem alten Vulkan

Unter einem uralten Vulkankrater an der Grenze zwischen Nevada und Oregon liegt ein gewaltiges Vorkommen lithiumreichen Tons verborgen. Forschende gehen inzwischen davon aus, dass diese stille Landschaft genug Lithium enthalten könnte, um den weltweiten Batteriemarkt über Jahrzehnte zu beeinflussen.

Eine neue Studie kommt zu dem Schluss, dass die McDermitt-Caldera rund 20 bis 40 Millionen Tonnen Lithium beherbergen könnte – vermutlich das bislang größte identifizierte Vorkommen.

Ausgehend vom jüngsten durchschnittlichen Vertragspreis der Vereinigten Staaten für Lithiumcarbonat von etwa 37.000 US-Dollar je Tonne ergibt sich für diese Menge ein Wert von nahezu 1,5 Billionen US-Dollar.

Ein Supervulkan voller Lithium

Das Vorkommen befindet sich in einer Caldera, einem großen Vulkankrater, der entsteht, wenn eine Magmakammer in sich zusammenbricht. Dieses Becken erstreckt sich entlang der Grenze zwischen Nevada und Oregon über ungefähr 45 Kilometer von Norden nach Süden und rund 35 Kilometer von Osten nach Westen.

Die Arbeiten zu diesem Vorkommen wurden von Thomas R. Benson, PhD, bei der Lithium Americas Corporation (LAC) geleitet. Seine Forschung untersucht, wie lithiumreiche Minerale in vulkanischen Landschaften entstehen.

Vor etwa 16 Millionen Jahren entleerte eine gewaltige Eruption einen großen Teil der Magmakammer unter diesem Gebiet. Dabei entstanden mächtige Lagen heißer Asche, die später am Boden der Caldera abkühlten und zu festem Vulkangestein wurden.

Später befand sich in dem Krater über lange Zeit ein See, in dem sich Vulkanasche und Schlamm ablagerten. Aus diesen Sedimenten entstanden lakustrische, also in einer Seeumgebung gebildete, Tonsteine, in denen heute ein Großteil des lithiumreichen Tons eingeschlossen ist.

Wie heißes Magma Lithiumton bildet

Tief unter dem Becken setzte das Magma noch lange nach der Haupteruption hydrothermale Flüssigkeiten frei: heißes, mineralreiches Wasser, das im Untergrund zirkuliert.

Diese Flüssigkeiten lösten Lithium und weitere Elemente aus vulkanischem Glas heraus und transportierten sie nach oben in die feuchten Sedimente des Sees.

Im Verlauf dieser chemischen Prozesse wandelte sich der Seeschlamm zunächst in Smektit um, einen magnesiumreichen Ton, der Lithium in seinen Schichten aufnehmen kann.

Später veränderten heißere Flüssigkeiten Teile dieses Smektits zu einem weiteren Tonmineral namens Illit, das deutlich größere Mengen Lithium fest einschließt.

In der lithiumreichen Zone am Thacker Pass bildet Illit, ein kaliumreicher Ton, der Lithium stark bindet, eine etwa 30 Meter mächtige Schicht.

Analysen zeigen, dass dieser Ton etwa 1,3 bis 2,4 Prozent Lithium nach Gewicht enthalten kann – ungefähr doppelt so viel wie typische Tonsteinvorkommen.

Ein aktueller Bericht stellte fest, dass die hochgradige Illitschicht nahe an der Oberfläche liegt, wodurch ein großflächiger Tagebau möglich wird.

Darin hieß es außerdem, dass Untersuchende laut Thomas R. Benson, Geologe bei der Lithium Americas Corporation, Lithiumkonzentrationen von bis zu etwa 1 Prozent nach Gewicht festgestellt hätten.

Warum dieses Lithiumvorkommen wichtig ist

Lithium ist heute vor allem als zentraler Bestandteil der Lithium-Ionen-Batterie bekannt, einer wiederaufladbaren Batterie, in der sich Lithium-Ionen zwischen zwei Elektroden bewegen.

Solche Batterien versorgen Telefone, Laptops und Elektroautos mit Energie und kommen zudem in Speichersystemen zum Einsatz, die Wind- und Solarenergie im Stromnetz ausgleichen.

Dieselbe Forschungsgruppe weist darauf hin, dass der weltweite Lithiumbedarf bis 2040 auf eine Million Tonnen pro Jahr steigen könnte – das Achtfache der Produktion von 2022.

Deshalb weckt ein derart konzentriertes Vorkommen in einem einzigen Becken großes Interesse bei Regierungen und Unternehmen, die langfristige Energiewenden planen.

Vulkanische Seeablagerungen wie diese sind flach und weit ausgedehnt, was das Abraumverhältnis – die Menge an Abraum je Tonne Erz – verringert.

Im Vergleich zu tiefer liegenden Hartgesteinsminen bedeutet dies häufig weniger gesprengtes Gestein und einen geringeren Energieeinsatz pro Tonne Lithium.

Da die reichsten Tone am Thacker Pass dicht unter der Geländeoberfläche liegen, können Bergbauunternehmen gezielt die lithiumreichsten Schichten erschließen.

Die Kombination aus enormer Tonnage, hohen Gehalten und einer vergleichsweise einfachen Geometrie macht dieses Vorkommen unter den bekannten tongebundenen Lithiumressourcen ungewöhnlich.

Umweltfragen im Ton

Ein Vorkommen dieser Größe wirft zugleich schwierige Fragen zu Wasser, Wildtieren und der kulturellen Bedeutung dieser Landschaft auf.

Lokale indigene Gemeinschaften und Viehzuchtbetriebe haben Bedenken geäußert, dass eine große Mine Quellen, Weideflächen und heilige Stätten verändern könnte.

Befürworter betonen, dass ein flaches Tonvorkommen weniger Fläche beeinträchtigen kann als mehrere kleinere Minen, die über weit entfernte Regionen verteilt sind.

Kritiker entgegnen, dass selbst ein einzelner großer Tagebau das Grundwasser verändern, Staub verursachen und Lebensräume zerschneiden kann, wenn er nicht sorgfältig betrieben wird.

Die Verarbeitung von tongebundenem Lithium ist technisch anspruchsvoll, weil das Metall in Mineralen gebunden ist und nicht in salzhaltigen Solen vorliegt.

Ingenieurinnen und Ingenieure müssen den Ton mahlen, eine Laugung einsetzen – eine chemische Auswaschung mit sorgfältig ausgewählten Lösungen – und anschließend Lithium zurückgewinnen, während Wasserverbrauch und Abfälle begrenzt werden.

Wonach Geologen als Nächstes suchen

Geologen, die die McDermitt-Caldera untersuchen, erkennen inzwischen ein Muster für reiche vulkanische Lithiumvorkommen, das Magmachemie, Beckenform und lang anhaltende Hitze miteinander verbindet.

Die Magmen in diesem Gebiet waren peralkalisch, also magmatische Zusammensetzungen mit ungewöhnlich hohen Natrium- und Kaliumanteilen, die Lithium beim Abkühlen tendenziell zurückhalten.

Später stieg Magma in einer Phase, die als Resurgenz bezeichnet wird, erneut unter der Caldera auf: eine erneute Hebung, die durch nach oben drückendes frisches Magma ausgelöst wurde.

Diese Bewegung zerbrach die darüberliegenden Gesteine, öffnete Wege für heiße Flüssigkeiten und konzentrierte die Bildung von lithiumreichem Illit am südlichen Rand des Beckens.

Mit diesem Modell suchen Explorationsteams in vulkanischen Becken nach passender Chemie, erhaltenen Seeböden und Hinweisen auf frühere Zirkulation heißer Flüssigkeiten.

Weltweit scheinen nur wenige Orte die Mischung der McDermitt-Caldera aus großer Ausdehnung, geschlossenem Becken und lang anhaltender magmatischer Aktivität aufzuweisen.

Erkenntnisse aus diesem Lithiumvorkommen

Das Lithiumvorkommen der McDermitt-Caldera ist riesig, flach und chemisch ungewöhnlich – Eigenschaften, die es von den meisten anderen bekannten Quellen unterscheiden. Zugleich liegt es in einer bewohnten Landschaft, in der Menschen, Wildtiere und Wasser bereits eigene Ansprüche haben.

Entscheidungen in den kommenden Jahren werden bestimmen, ob dieses Lithium überwiegend im Ton gebunden bleibt oder in Batterien und Stromnetze gelangt.

Unabhängig davon hat McDermitt bereits verändert, wie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler darüber denken, wo sich kritische Minerale in alten Vulkansystemen verbergen können.

Für Menschen, die über Klima und Technologie nachdenken, verdeutlicht diese Geschichte die Verbindung zwischen weit zurückliegenden geologischen Ereignissen und den Batterien ihres Alltags.

Das Verständnis darüber, wie Minerale in der Erdkruste entstehen, ist damit unmittelbar mit Fragen zu Autos, Telefonen und Stromnetzen verknüpft.