Zmienność mineralna i geochemiczna złóż fosforytów w formacji Duwi, Pustynia Zachodnia, Egipt: Wnioski dotyczące paleośrodowiska i warunków fizykochemicznych

Dlaczego skały na pustyni mają znaczenie dla życia codziennego

Na szerokim pasie od Maroka po Bliski Wschód warstwy skał bogatych w fosfor, skryte pod pustyniami i równinami przybrzeżnymi, cicho wspierają współczesne życie. Te skały są surowcem do większości nawozów na świecie i zawierają też cenne metale używane w elektronice oraz technologiach energetyki odnawialnej. Niniejsze badanie koncentruje się na warstwach fosforytów na Pustyni Zachodniej w Egipcie, w rejonie Abu Tartur, aby zrozumieć, jak powstały, z czego się składają i jak obiecujące są jako potencjalne źródło pierwiastków strategicznych.

Płaskowyż pustynny z ukrytą historią

Naukowcy zbadali pokłady fosforytów w obrębie formacji Duwi, zespołu skał późnokreda rejestrującego napływ starożytnego morza na teren dzisiejszego Egiptu. W Abu Tartur formacja Duwi dzieli się na trzy człony: niższy poziom fosforytowy, środkowy poziom łupkowy i górny poziom fosforytowy. Zespół zebrał siedemnaście próbek na odcinku trzech kilometrów i szczegółowo przeanalizował jedenaście z nich. Przy użyciu mikroskopów, technik rentgenowskich i spektrometrii mas zidentyfikowano zarówno obecne minerały, jak i śladowe ilości metali w nich uwięzionych. Pozwoliło to powiązać obserwacje makroskopowe i analizy cienkich szlifów z szerszą historią basenu.

Co ziarna mówią o starożytnym morzu

Pod mikroskopem fosforyt składa się głównie z minerału apatytu, a także fragmentów kości ryb i zębów rekinów, co wskazuje na niegdyś bujny ekosystem morski. Wiele ziaren jest kanciastych i tylko nieznacznie wygładzonych, co sugeruje, że nie były daleko transportowane przed zakopaniem. Pomiędzy tymi ziarnami spoiwo z dolomitu, kalcytu, gipsu i tlenków żelaza wypełnia szczeliny, zapisując zmiany chemii wody i parowania. Pomiar chemiczny pokazuje, że skały te są bogate w tlenek wapnia i fosfor, z wyraźnymi ilościami materiału pochodzenia piaszczysto‑ilastego, takimi jak tlenki krzemu i glinu. Ten miks wskazuje, że osady nie są czystymi wytrąceniami chemicznymi z wody morskiej, lecz mieszaniną materiału fosforowego z detrytusem spłukanym z lądu.

Wskazówki od niewidocznych pierwiastków

Najbardziej mówiącymi dowodami są pierwiastki śladowe i pierwiastki ziem rzadkich, rodzina metali szczególnie wrażliwych na warunki środowiskowe. Fosforyty z Abu Tartur mają wyjątkowo wysokie sumy Ziem Rzadkich plus itr—średnio około 969 części na milion—co jest znacznie wyższą wartością niż w wielu podobnych złożach. Ich wzory pokazują przewagę pierwiastków średnio-ciężkich nad najlżejszymi i najcięższymi oraz jedynie niewielki spadek ceru przy małym wzroście europu. W otwartej, dobrze natlenionej wodzie morskiej pierwiastki ziem rzadkich zwykle układają się inaczej, z wyraźnym deficytem ceru. Niecodzienny wzorzec tutaj, wraz z relatywnie niskimi stosunkami itr/holm i umiarkowanym stosunkiem uran/tor, wskazuje na istotny udział cząstek pochodzenia kontynentalnego oraz na chemiczne nadpisanie po pierwotnym osadzeniu sedymentu.

Przepracowane warstwy i przesuwające się morza

Łącząc tekstury mineralne, składy głównych pierwiastków i sygnatury Ziem Rzadkich, autorzy argumentują, że te fosforyty nie powstały wyłącznie in situ z wody morskiej. Zamiast tego starsze pokłady fosforanowe zalegające przybrzeżnie zostały naruszone i na nowo zdeponowane podczas zmian poziomu morza w interwale kampan–maastricht, około 80–66 milionów lat temu. W czasie wznoszenia i opadania poziomu morza starsze warstwy fosforytowe ulegały erozji, ich ziarna mieszały się z iłem i piaskiem, a następnie były ponownie koncentrowane w nowych pokładach. Chemia pierwiastków wrażliwych na warunki redox, takich jak wanad, nikiel i chrom, wraz ze specyficznymi stosunkami Ziem Rzadkich, wskazuje, że nowe warstwy akumulowały się w warunkach mieszanych wód denne ubogich i bogatych w tlen w zasolonym środowisku morskim, przy stosunkowo wolnym tempie sedymentacji, co pozwalało na akumulację Ziem Rzadkich w apatytach.

Z pradawnego dna morskiego do współczesnego zasobu

Poza rekonstrukcją pradawnego środowiska, badanie podkreśla potencjał ekonomiczny fosforytów z Abu Tartur. Większość próbek kwalifikuje się jako ruda fosforowa wysokiej jakości, odpowiednia do produkcji nawozów, i jest wyjątkowo wzbogacona w pierwiastki ziem rzadkich, zwłaszcza lekkie takie jak lantan i neodym, oraz w itr. Te pierwiastki mogą potencjalnie być odzyskiwane jako produkty uboczne z istniejących zakładów produkujących kwas fosforowy, przekształcając skałę nawozową w podwójne źródło składników odżywczych i metali wysokich technologii. Mówiąc prosto, autorzy konkludują, że pustynne skały złożone w burzliwym morzu kredowym dają Egiptowi nie tylko zabezpieczone źródło nawozów, lecz także cenna pozycję w globalnych łańcuchach dostaw pierwiastków ziem rzadkich.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: fosforyt, pierwiastki ziem rzadkich, Abu Tartur, formacja Duwi, paleośrodowisko