Ученые выяснили, как именно землетрясения заставляют кварц образовывать крупные золотые самородки, наконец, разрешив тайну, которая озадачивала исследователей на протяжении десятилетий.
Золото естественным образом образуется в кварце — втором по распространенности минерале в земной коре после полевого шпата. Но в отличие от других типов месторождений золота, те, что находятся в кварце, часто группируются в гигантские самородки. Эти самородки плавают в середине того, что геологи называют кварцевыми жилами, которые представляют собой трещины в богатых кварцем породах, которые периодически наполняются гидротермальными жидкостями из глубины земной коры.
«Золото постоянно образуется в кварце», — сказал Крис Войси, геолог из Университета Монаша в Австралии и ведущий автор нового исследования, опубликованного в журнале Nature Geoscience. «Странность заключается в формировании очень, очень больших золотых самородков. Мы не знали, как это работает — как заставить большой объем золота минерализоваться в одном незаметном маленьком месте», — рассказал Войси.
Гидротермальные жидкости переносят атомы золота из глубины и промывают их через кварцевые жилы, что означает, что золото теоретически должно равномерно распределяться в трещинах, а не концентрироваться в самородках, сказал Войси. Эти самородки исключительно ценны и составляют до 75% всего золота, когда-либо добытого, согласно исследованию.
По его словам, Войси и его коллегам помогли решить загадку золотого самородка две отдельные подсказки. Первая заключается в том, что самые крупные самородки встречаются в орогенных месторождениях золота, которые образуются во время землетрясений. Вторая заключается в том, что кварц является пьезоэлектрическим минералом, то есть он создает собственный электрический заряд в ответ на геологическое напряжение, например, напряжение, вызванное землетрясениями.
«Когда вы на самом деле собираете все это вместе, получается почти слишком аккуратно», — сказал Войси. Исследователи обнаружили, что землетрясения разрушают горные породы и заставляют гидротермальные жидкости подниматься в кварцевые жилы, заполняя их растворенным золотом. В ответ на стресс от землетрясения кварцевые жилы одновременно генерируют электрический заряд, который реагирует с золотом, заставляя его осаждаться и затвердевать.
Золото концентрируется в определенных местах, поскольку «золото, растворенное в растворе, будет преимущественно осаждаться на уже существующих золотых зернах», — сказал Войси. «Золото по сути действует как электрод для дальнейших реакций, принимая напряжение, генерируемое близлежащими кристаллами кварца».
Это означает, что в кварцевых жилах золото затвердевает в кластеры, которые увеличиваются с каждым землетрясением. Самые крупные орогенные золотые самородки, найденные на сегодняшний день, весят около 60 килограммов, сказал Войси.
Чтобы проверить эту идею, исследователи смоделировали эффект землетрясения на кристаллах кварца в лабораторных условиях. Они погрузили кристаллы в жидкость, содержащую золото, и воспроизвели сейсмические волны для генерации пьезоэлектрического заряда. Эксперимент подтвердил, что при геологическом напряжении кварц может производить достаточно большое напряжение для осаждения золота из раствора.
Моделирование также подтвердило, что золото преимущественно затвердевает поверх существующих месторождений золота в кварцевых жилах, что помогает объяснить образование крупных золотых самородков.
«Иметь уже существующее золото и превратить его в катализатор или громоотвод, к которому можно было бы прикрепить другое золото, было очень, очень волнительно», — сказал Войси.
Одним из выводов исследования является то, что ученые теперь могут создавать крупные золотые самородки в лабораторных условиях, «но это не алхимия», сказал Войси. «Вам нужно было бы иметь золото в растворе, а затем вы просто переместили бы его из состояния жидкости в состояние, прилипшее к чему-то еще».
Однако результаты не дают геологам и геологоразведочным компаниям новых подсказок относительно того, где добывать золотые самородки. Лучшее, что может предложить наука на данный момент, — это устройство, которое обнаруживает пьезоэлектрические сигналы от кварца на глубине, сказал Войси.
«Это может сказать вам, где находятся кварцевые жилы, но не сказать вам, есть ли в этих кварцевых жилах золото».
