Землетрясения стали природными ювелирами — геологи сделали невероятное открытие
Исследование показывает, что землетрясения создают крупные золотые самородки за считанные секунды
Землетрясения стали природными ювелирами — геологи сделали невероятное открытие/unsplash
Если расколоть кусок белого кварца из золотой шахты, внутри можно увидеть яркие металлические прожилки. Более века геологи наблюдали подобные сцены и говорили: «Золото попало сюда с горячей водой».
Детали
Они имели в виду, что перегретые жидкости проходили через трещины в породе, переносили растворённое золото, а затем оставляли это золото, когда условия менялись. Эта идея многое объясняет, но приводит к сложному вопросу: такие жидкости обычно содержат лишь крошечное количество золота по сравнению с объёмом воды, так как же такой раствор может оставлять крупные самородки внутри кварца — минерала, который почти ни с чем не реагирует? Эта загадка всё ещё беспокоит геологов.
Геолог Кристофер Войзи из Университета Монаша вместе с коллегами из CSIRO и Австралийского центра рассеяния нейтронов (ANSTO) проверили другой взгляд на эту историю: электричество, возникающее при землетрясениях, может способствовать добыче золота внутри кварцевых жил.
Они сосредоточились на свойстве кварца, называемом пьезоэлектричеством. Когда кристалл кварца сжимают, изгибают или скручивают, его атомная структура смещается настолько, что положительные и отрицательные заряды разделяются.
Одна сторона кристалла становится относительно положительной, другая — относительно отрицательной, из-за чего на нём возникает напряжение. Тот же эффект используется в кварцевых часах, но там он тщательно контролируется миниатюрными электрическими схемами.
Зоны разломов, содержащие золотые месторождения, включают множество кварцевых жил. В этих зонах горные породы ломаются, скользят и трутся друг о друга при движении тектонических плит. Во время землетрясения в кварце накапливается и высвобождается напряжение, поэтому возникают и исчезают пьезоэлектрические заряды.
Команда поставила простой, проверяемый вопрос: достаточно ли эти напряжения сильны, чтобы перемещать электроны, извлекать золото из раствора и прикреплять золото непосредственно к поверхности кварца?
Чтобы проверить эту идею, учёные провели серию контролируемых лабораторных экспериментов. Они поместили кусочки кварца в растворы, содержащие растворённое золото, аналогичные гидротермальным жидкостям глубоко под землёй. Затем они механически напрягали кварц, чтобы имитировать внезапный толчок и тянущее усилие во время землетрясения, и исследовали поверхности кристаллов с помощью микроскопов высокого разрешения.
Появилось металлическое золото: яркие точки, скопления наночастиц и маленькие псевдогексагональные кристаллы, расположенные на зёрнах кварца. Эти формы соответствуют ожидаемым результатам электрохимического осаждения, при котором растворённые ионы золота получают электроны и превращаются в твёрдый металл на поверхности.
Вместо того чтобы всегда использовать кварц без металла, они также начали с кварца, который уже содержал немного золота — гораздо ближе к природной жиле. В такой установке мелкие золотые зёрна действовали как проводники внутри системы. Когда напряжение создавало электрическое поле в кварце, эти металлические зёрна концентрировали поле вокруг себя, поэтому новые золотые наночастицы зачастую росли на и вокруг старых, образуя ореолы и плотные скопления.
В этих условиях электрические заряды могли «испарять» золото из раствора, так что свежий металл покрывал поверхность кварца и утолщал отложения.
Как только появляется даже крошечное «зёрнышко» золота, оно становится желанным местом для выпадения большего количества золота при каждом новом стрессовом событии. Кварц действует как электрический изолятор и не позволяет электронам легко перемещаться через свой объём, что затрудняет начало роста самородков с нуля. Золото, напротив, хорошо проводит электричество. Как только появляется небольшое проводящее зёрно, оно концентрирует электрическое поле на своей поверхности и позволяет электронам эффективно перемещаться именно туда, где они нужны.
По мере того как реакции продолжаются, система развивается по принципу «богатые становятся богаче»: меньше крупных золотых монет, а не множество крошечных. В другой серии экспериментов команда погрузила кварц в жидкость, наполненную золотыми наночастицами. Когда они напрягали кварц, эти частицы переставали равномерно распределяться в жидкости. Они дрейфовали, собирались и слипались в более крупные скопления прямо на поверхности кварца.
«Результаты были поразительными», — сказал соавтор исследования, профессор Энди Томкинс из Школы Земли, атмосферы и окружающей среды Университета Монаша.
«Напряжённый кварц не только электрохимически осаждал золото на своей поверхности, но и формировал и накапливал золотые наночастицы», — пояснил Томкинс. «Примечательно, что золото чаще оседало на уже имеющихся золотых зёрнах, а не формировало новые».
Такое поведение показывает, что электрические поля вокруг напряжённого кварца могут собирать и концентрировать подвижные золотые частицы ещё до того, как они сливаются в сплошное зерно.
В зоне разлома, заполненной такими жилами и омываемой жидкостями, содержащими золото, каждое землетрясение на короткое время превращает систему в электрохимическую ячейку. На некоторых кварцевых поверхностях накапливаются электроны, а растворённые золотые частицы поглощают эти электроны и превращаются в металлическое золото. На других поверхностях идут комплементарные реакции, и заряжённые ионы в жидкости движутся, чтобы сбалансировать заряды.
Каждое «сжатие» — каждое землетрясение — немного заряжает кварц и переносит небольшое количество золотого покрытия на уже существующие зёрна или на новые места зарождения.
Электрический механизм не заменяет классические модели образования золота. Горячие жидкости, содержащие золото, всё ещё должны двигаться по трещинам при соответствующих температурах и давлениях, а изменения в химическом составе жидкости по-прежнему помогают металлу выделиться из раствора.
Новая работа добавляет дополнительный шаг: пьезоэлектрические напряжения во время землетрясений фокусируют рост золота на определённых участках кварца, особенно там, где уже есть какой-либо металл. Большинство крупных золотых самородков в мире происходят из кварцевых жил в орогенных золотодобывающих системах, которые обеспечивают примерно три четверти золота, добытого за всю историю человечества.
Во многих из этих месторождений шахтёры сталкиваются с крупными кусками металла в толстых жилах вместо тонкого слоя золотой пыли, рассеянной повсюду.
«По сути, кварц действует как природный аккумулятор, а золото — как электрод, медленно накапливая больше золота с каждым сейсмическим событием», — резюмировал доктор Войзи.
Это исследование показывает, что сейсмическая активность, происходящая путём зарядки и разрядки кварца на протяжении геологического времени, помогает объяснить тесную связь между золотом и кварцем, а также редкие случаи, когда природа создаёт особенно тяжёлые самородки.
Ранее мы сообщали, что наша планета скрывает тысячи утраченных историй, и самые яркие из них — это целые города, которые были поглощены природой, вулканическим пеплом или песками времени. Благодаря работе археологов эти скрытые цивилизации вновь появляются на свет, позволяя нам заглянуть в величие и трагедию прошлого. Предлагаем взглянуть на самые удивительные примеры городов, которые были забыты, а затем вновь открыты.
Вам может быть интересно:
Не пропустите интересное!
Подписывайтесь на наши каналы и читайте новости в удобном формате!
