Учёные точно выяснили, как землетрясения побуждают кварц к образованию крупных золотых самородков, наконец разгадав загадку, которая волновала исследователей десятилетиями.
Золото естественным образом образуется в кварце — втором по распространённости минерале в земной коре после полевого шпата. Однако, в отличие от других типов золотых месторождений, находящихся в кварце, золото часто скапливается в гигантские самородки. Эти самородки находятся в середине того, что геологи называют кварцевыми жилами — трещинами в кварцсодержащих породах, которые периодически наполняются гидротермальными растворами из глубин земной коры.
«Золото образуется в кварце всё время, — сказал Крис Войси (Chris Voisey), геолог из Университета Монаша в Австралии и ведущий автор нового исследования, опубликованного в журнале Nature Geoscience в понедельник (2 сентября). — Что на самом деле удивительно, так это образование действительно крупных золотых самородков. Мы не знали, как это происходит — как получить большой объём золота, минерализирующийся в одном небольшом месте», — рассказал Войси изданию Live Science.
Гидротермальные растворы переносят атомы золота из глубин и проталкивают их через кварцевые жилы, что теоретически должно приводить к равномерному распределению золота в трещинах, а не к концентрации в самородках, отметил Войси. Эти самородки имеют исключительную ценность и составляют до 75% всего добытого золота, согласно исследованию.
Два отдельных фактора помогли Войси и его коллегам разгадать тайну золотых самородков. Первый — это то, что крупнейшие самородки встречаются в орогенных золотых месторождениях, которые формируются во время землетрясений. Второй — кварц является пьезоэлектрическим минералом, то есть он генерирует собственный электрический заряд в ответ на геологическое напряжение, такое как напряжение, вызванное землетрясениями.
«Когда всё это складывается вместе, получается весьма упорядоченно», — сказал Войси.
Исследователи обнаружили, что землетрясения раскалывают породы и заставляют гидротермальные растворы подниматься в кварцевые жилы, заполняя их растворённым золотом. В ответ на напряжение от землетрясения кварцевые жилы одновременно создают электрический заряд, который реагирует с золотом, вызывая его осаждение и кристаллизацию.
Золото концентрируется в определённых местах, потому что «золото, растворённое в растворе, будет преимущественно осаждаться на уже существующих золотых частицах», — сказал Войси. «Золото, по сути, действует как электрод для дальнейших реакций, принимая на себя напряжение, генерируемое близлежащими кристаллами кварца».
Это означает, что в кварцевых жилах золото кристаллизуется в скоплениях, которые увеличиваются с каждым землетрясением. На данный момент самые крупные орогенные золотые самородки, найденные в мире, весят около 130 фунтов (60 килограммов), отметил Войси.
Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи смоделировали эффект землетрясения на кристаллах кварца в лаборатории. Они погрузили кристаллы в жидкость, содержащую золото, и воспроизвели сейсмические волны, чтобы создать пьезоэлектрический заряд. Эксперимент подтвердил, что в условиях геологического напряжения кварц может создавать достаточно большое напряжение, чтобы выделить золото из раствора.
Симуляция также подтвердила, что золото преимущественно кристаллизуется на существующих золотых отложениях в кварцевых жилах, что помогает объяснить образование крупных золотых самородков.
«Наличие уже существующего золота и его превращение в своего рода катализатор или громоотвод, к которому прикрепляется другое золото, было очень, очень захватывающе», — сказал Войси.
Один из выводов исследования заключается в том, что учёные теперь могут создавать крупные золотые самородки в лаборатории, «но это не алхимия», — отметил Войси. «Вам нужно иметь золото в растворе, а затем просто перевести его из жидкого состояния в прилипание к чему-то ещё».
Однако результаты не дают геологам и геологоразведочным компаниям новых подсказок относительно того, где добывать золотые самородки. Лучшее, что наука может предложить на данный момент, — это устройство, которое обнаруживает пьезоэлектрические сигналы кварца на глубине, сказал Войси.
«Это может показать, где находятся кварцевые жилы, но не скажет, имеется ли в этих кварцевых жилах золото», — отметил специалист.
