Mineral- en geochemische variabiliteit van de fosforietafzettingen in de Duwi-formatie, Westelijke Woestijn, Egypte: Inzichten in paleoomgeving en fysisch-chemische omstandigheden

Waarom gesteente in de woestijn van belang is voor het dagelijks leven

Langs een brede gordel van Marokko tot het Midden-Oosten ondersteunen laagten van fosfaatrijke gesteenten, begraven onder woestijnen en kustvlakten, stilletjes het moderne leven. Deze gesteenten vormen het grondmateriaal voor het merendeel van de kunstmest wereldwijd en bevatten daarnaast waardevolle metalen die gebruikt worden in elektronica en technologieën voor schone energie. Deze studie richt zich op fosforietlagen in de Westelijke Woestijn van Egypte, bij Abu Tartur, om te begrijpen hoe ze gevormd zijn, waaruit ze bestaan en hoe veelbelovend ze zijn als toekomstige bron van strategische elementen.

Een woestijnplateau met een verborgen verhaal

De onderzoekers bestudeerden fosforietlagen binnen de Duwi-formatie, een pakket laat-Krijt gesteenten die de opmars van een oude zee over het huidige Egypte vastleggen. Bij Abu Tartur is de Duwi-formatie onderverdeeld in drie leden: een onderste fosforieteenheid, een middelste schalie-eenheid en een bovenste fosforieteenheid. Het team verzamelde zeventien monsters langs een strook van drie kilometer en analyseerde elf daarvan in detail. Met microscopen, röntgentechnieken en massaspectrometrie identificeerden ze zowel de aanwezige mineralen als de kleine hoeveelheden metalen die daarin opgesloten zitten. Daardoor konden ze waarnemingen in handstukken en dunne doorsneden koppelen aan de bredere geschiedenis van het bekken.

Wat de korreltjes onthullen over een oude zee

Onder de microscoop bestaat de fosforiet voornamelijk uit het mineraal apatiet, samen met visgraten en haaientanden, allemaal aanwijzingen voor een ooit bloeiend marien ecosysteem. Veel korrels zijn hoekig en slechts licht afgerond, wat suggereert dat ze niet ver vervoerd zijn voordat ze werden begraven. Tussen deze korrels vullen cementen van dolomiet, calciet, gips en ijzeroxiden de openingen en leggen ze wijzigingen in waterchemie en verdamping vast. Chemische metingen tonen aan dat deze gesteenten rijk zijn aan calciumoxide en fosfor, met merkbare hoeveelheden materiaal afkomstig van zand en klei, zoals silica- en aluminiumoxiden. Deze mix wijst erop dat de afzettingen geen zuivere chemische precipitaten uit zeewater zijn, maar mengsels van fosfatisch materiaal met detritus dat van land is aangevoerd.

Sporen van onzichtbare elementen

De meest onthullende bewijzen komen uit spoorelementen en zeldzame-aardemetalen, een groep metalen die bijzonder gevoelig is voor omgevingsomstandigheden. De Abu Tartur-fosforieten hebben opmerkelijk hoge totalen van zeldzame-aardemetalen plus yttrium—gemiddeld rond 969 delen per miljoen—veel hoger dan veel soortgelijke afzettingen. Hun patronen tonen meer van de middelste zeldzame-aardemetalen dan van de lichtste of zwaarste, en slechts een lichte dip in het element cerium samen met een kleine verhoging in europium. In open, goed geoxideerd zeewater volgen zeldzame-aardemetalen gewoonlijk een ander patroon met een sterke ceriumdeficiëntie. Het ongebruikelijke patroon hier, samen met relatief lage verhoudingen van yttrium tot holmium en matige uranium-tot-thoriumwaarden, wijst op een sterke bijdrage van landafzettingen en op chemische overprinting nadat het oorspronkelijke sediment was neergeslagen.

Hernieuwde lagen en verschuivende zeeën

Door minerale texturen, hoofdelementen en zeldzame-aardepatronen te combineren, betogen de auteurs dat deze fosforieten niet uitsluitend ter plaatse uit zeewater gevormd zijn. In plaats daarvan werden eerdere fosfaatafzettingen die zich verder offshore bevonden verstoord en opnieuw afgezet tijdens zeeniveauschommelingen in het Campanien–Maastrichtien interval, ruwweg 80–66 miljoen jaar geleden. Toen het zeeniveau steeg en daalde, werden oudere fosfatische lagen geërodeerd, hun korrels gemengd met klei en zand en vervolgens opnieuw geconcentreerd in nieuwe lagen. De chemie van redox-gevoelige elementen zoals vanadium, nikkel en chroom, samen met specifieke zeldzame-aardeverhoudingen, suggereert dat de nieuwe lagen zich ophoopten onder een mix van zuurstofarme en zuurstofrijke bodemwateren in een zoutmariene omgeving, met relatief langzame sedimentatie die het mogelijk maakte dat zeldzame-aardemetalen zich in de apatiet ophoopten.

Van oud zeebed naar moderne hulpbron

Naast het reconstrueren van een oude omgeving benadrukt de studie het economische potentieel van de Abu Tartur-fosforieten. De meeste monsters kwalificeren als hooggradig fosfaaterts, geschikt voor de productie van kunstmest, en ze zijn uitzonderlijk verrijkt in zeldzame-aardemetalen, vooral de lichte zoals lanthaan en neodymium, en in yttrium. Deze elementen kunnen mogelijk als bijproducten worden teruggewonnen uit bestaande fosforzuurfabrieken, waardoor kunstmestgesteente een dubbele bron wordt van voedingsstoffen en hightech-metalen. Kortom concluderen de auteurs dat woestijnsteenlagen, afgezet in een onstuimige Krijtzee, Egypte nu niet alleen een veilige bron van meststoffen bieden, maar ook een waardevolle positie in de wereldwijde bevoorrading van zeldzame-aardemetalen.

Bronvermelding: Saleh, G.M., Azer, M.K., Saadawi, D.A. et al. Mineral and geochemical variability of the phosphorite deposits in the Duwi Formation, Western Desert, Egypt: Insights into paleoenvironment and physicochemical conditions. Sci Rep 16, 13910 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46266-7

Trefwoorden: fosforiet, zeldzame aardmetalen, Abu Tartur, Duwi-formatie, paleoomgeving