Землетруси стали природними ювелірами — геологи зробили неймовірне відкриття
Дослідження показує, що землетруси створюють великі золоті самородки за лічені секунди
Землетруси стали природними ювелірами — геологи зробили неймовірне відкриття/unsplash
Якщо розколоти шматок білого кварцу із золотої копальні, і ви можете побачити всередині яскраві металеві прожилки. Протягом понад століття геологи спостерігали за такими сценами та казали: «Золото потрапило сюди в гарячій воді».
Деталі
Вони означали, що надгарячі рідини рухалися крізь тріщини в породі, переносили розчинене золото, а потім залишали це золото, коли умови змінювалися. Ця ідея багато що пояснює, але порушує складне питання: ці рідини зазвичай містять лише крихітну кількість золота порівняно з об'ємом води, тож як такий розчин може залишати великі самородки всередині кварцу, мінералу, який майже ні з чим не реагує? Ця загадка досі турбує геологів.
Геолог Крістофер Войсі з Університету Монаша разом з колегами з CSIRO та Австралійського центру розсіювання нейтронів ( ANSTO ) перевірили інший погляд на цю історію: електрика, що виробляється під час землетрусів, може допомогти у видобутку золота всередині кварцових жил.
Вони зосередилися на властивості кварцу, яка називається п'єзоелектрикою. Коли кристал кварцу стискають, згинають або скручують, його атомна структура зміщується достатньо, щоб розділити позитивні та негативні заряди.
Одна сторона кристала стає відносно позитивною, інша – відносно негативною, тому на ній виникає напруга. Той самий ефект керує кварцовими годинниками, але там він ретельно контролюється крихітними електричними ланцюгами.
Зони розломів, що містять родовища золота, містять багато кварцових жил. У цих зонах гірські породи ламаються, ковзають і стираються одна об одну під час руху тектонічних плит. Під час землетрусу в кварці накопичується та вивільняється напруга, тому з'являються та зникають п'єзоелектричні заряди.
Команда поставила просте, перевірене питання: чи достатньо сильних ці напруги, щоб переміщувати електрони, витягувати золото з розчину та приєднувати золото безпосередньо до кварцових поверхонь?
Щоб перевірити цю ідею, вчені провели серію контрольованих лабораторних експериментів. Вони помістили шматочки кварцу в розчини, що містять розчинене золото, подібні до гідротермальних рідин глибоко під землею. Потім вони механічно напружили кварц, щоб імітувати раптовий поштовх і тягнучу силу під час землетрусу, та дослідили поверхні кристалів за допомогою мікроскопів високої роздільної здатності.
З'явилося металеве золото: яскраві цятки, скупчення наночастинок та маленькі псевдогексагональні кристали, розташовані на зернах кварцу. Ці форми відповідають очікуванням дослідників від електрохімічного осадження, де розчинені іони золота отримують електрони та перетворюються на твердий метал на поверхні.
Замість того, щоб завжди використовувати кварц без металу, вони також почали з кварцу, який вже містив трохи золота, набагато ближче до природної жили. У цій установці дрібні золоті зерна діяли як провідники всередині системи. Коли напруга створювала електричне поле в кварці, ці металеві зерна концентрували поле навколо себе, тому нові золоті наночастинки мали тенденцію рости на та навколо старих, утворюючи ореоли та щільні кластери.
За цих умов електричні заряди могли «випаровувати» золото з розчину, тому свіжий метал покривав поверхню кварцу та потовщував відкладення.
Щойно з'являється навіть крихітна «зернинка» золота, ця крупинка стає бажаним місцем для випадання більшої кількості золота під час кожної стресової події. Кварц діє як електричний ізолятор і не дозволяє електронам легко рухатися через його внутрішню частину, що ускладнює початок росту самородків з нуля. Золото, з іншого боку, добре проводить електрику. Щойно утворюється невелика провідна зерна, вона концентрує електричне поле на своїй поверхні та дозволяє електронам ефективно рухатися саме туди, де вони потрібні.
У міру того, як реакції продовжуються, система розвиває схему «багаті стають багатшими»: менше більших золотих монет, а не багато крихітних. В іншій серії експериментів команда занурила кварц у рідину, наповнену наночастинками золота. Коли вони напружували кварц, ці частинки перестали рівномірно розподілятися в рідині. Вони дрейфували, збиралися та злипалися у більші скупчення безпосередньо на поверхні кварцу.
«Результати були приголомшливими», — сказав співавтор дослідження, професор Енді Томкінс зі Школи Землі, атмосфери та навколишнього середовища Університету Монаша.
«Напружений кварц не лише електрохімічно осаджував золото на своїй поверхні, але й утворював і накопичував золоті наночастинки», – пояснив Томкінс. «Примітно, що золото мало тенденцію осідати на існуючих золотих зернах, а не утворювати нові».
Така поведінка показує, що електричні поля навколо напруженого кварцу можуть збирати та концентрувати рухливі частинки золота ще до того, як вони злиються в суцільне зерно.
У зоні розлому, заповненій такими жилами та омиваній золотовмісними рідинами, кожен землетрус ненадовго перетворює систему на електрохімічну комірку. На деяких кварцових поверхнях накопичуються електрони, а розчинені частинки золота поглинають ці електрони та перетворюються на металеве золото. На інших поверхнях відбуваються комплементарні реакції, і заряджені іони в рідині рухаються, щоб збалансувати заряди.
Кожне «стискання» – кожен землетрус – трохи заряджає кварц і переносить невелику кількість золотого покриття на існуючі зерна або на нові місця зародження.
Електричний механізм не замінює класичні моделі утворення золота. Гарячі рідини, що містять золото, все ще повинні рухатися через тріщини за відповідних температур і тисків, а зміни в хімічному складі рідини все ще допомагають металу відокремитися від розчину.
Нова робота додає додатковий крок: п'єзоелектричні напруги під час землетрусів фокусують ріст золота на певних ділянках кварцу, особливо там, де вже є якийсь метал. Більшість великих золотих самородків у світі походять з кварцових жил в орогенних золотодобувних системах, які постачають приблизно три чверті золота, видобутого за всю історію людства.
У багатьох із цих родовищ шахтарі стикаються з великими шматками металу в товстих прожилках замість тонкого шару золотого пилу, розкиданого повсюди.
«По суті, кварц діє як природний акумулятор, із золотом як електродом, повільно накопичуючи більше золота з кожною сейсмічною подією», – підсумував доктор Войзі.
Це дослідження показує, що сейсмічна активність, яка відбувається шляхом заряджання та розряджання кварцу протягом геологічного часу, допомагає пояснити тісний зв'язок між золотом і кварцом, а також рідкісні випадки, коли природа створює особливо важкі самородки.
Раніше ми розповідали, що наша планета приховує тисячі втрачених історій, і найяскравіші з них — це цілі міста, які були поглинені природою, вулканічним попелом чи пісками часу. Завдяки роботі археологів ці заховані цивілізації знову з’являються на світ, пропонуючи нам зазирнути у велич та трагедію минулого. Пропонуємо поглянути на найдивовижніші приклади міст, які були забуті, а потім знову відкриті.
Вам може бути цікаво:
Не пропустіть цікавинки!
Підписуйтесь на наші канали та читайте новини у зручному форматі!
