Вчені пояснили, як утворюються поклади золотих самородків

Родовища самородного золота присвячені головним чином кварцовим жилам. Вважається, що воно осідає з гарячих магматичних розчинів, що впроваджуються по тріщинах у гірських породах. Проте утворення великих скупчень золота є мінералогічною загадкою. Австралійські вчені припустили, що справа в п’єзоелектричних властивостях кварцу, які під дією частих землетрусів сприяють утворенню великих скупчень дорогоцінного металу.

Родовища самородного золота розташовані в гірських районах по всьому світу і здебільшого пов’язані з кварцовими жилами. З них беруть 75 відсотків цього металу.

Під час землетрусів тріщинами піднімаються гарячі гідротермальні розчини (флюїди). Звичайні для них умови в земній корі — температура від 200 до 650 градусів за Цельсієм, тиск в один-п’ять кілобар. Щоб утворилося родовище кварцових жил, потрібні сотні навіть тисячі сейсмічних подій, що створюють густу мережу тріщин у гірських породах.

З погляду геохімії процес осадження золота з флюїдів добре вивчений. Механізм інфільтрації розчинів у тріщини теж більш-менш зрозумілий. А ось утворення великих золотин у кварцових жилах – загадка.

Розчинність золота у флюїдах дорівнює одній частині на мільйон (1 ppm). Тобто, щоб отримати 10 кілограмів золота, потрібно взяти 10 мільйонів кілограмів води, що рівноцінно п’яти олімпійським плавальним басейнам. Враховуючи, що в жилах знаходять конгломерати золота та кварцу вагою десятки та сотні кілограм (причому золота в них більше половини), виникає парадокс.

Для пояснення залучили концепцію золотих наночастинок, за допомогою яких можна уникнути обмеження розчинності. Але що змушує мільйони наночастинок збиратися в одну золотину, неясно.

Вчені з кількох наукових організацій Австралії на чолі з Крістофером Войзі з Університету Монаша вирішили розібратися в цьому питанні та звернулися до п’єзоелектричних властивостей кварцу. Висновки вони виклали у статті в журналі Nature Geoscience.

П’єзоелектрика походить із симетрії кристалів. У кварцу немає центру симетрії, тому, якщо його кристал деформується, верхня та нижня половини одержують різні електричні заряди, між ними виникає напруга (пропорційна прикладеному зусиллю). Кварцова жила загалом виявляє п’єзоелектричні властивості, що посилюються у напрямі орієнтації більшості кристалів.

Вчені взяли зразки з підземної копальні Fosterville у штаті Вікторія в Австралії та досліджували їх методом нейтронографії. Їм знадобилося 12 пластин кварцу, з яких половина – для контролю. Зразки помістили в камеру з розчином золота та лінійним приводом, що імітує сейсмічні хвилі різної частоти. Експериментували з різними розчинами, де золото утворює комплекси з гідросульфідами, хлоридами або є у вигляді наночастинок.

У кристала кварцу вищий п’єзоелектричний потенціал порівняно з обсягом гірської породи. Тому, вважають автори нового дослідження, під час сейсмічної деформації найвищий потенціал усередині кварцової жили з’являється в ідеально орієнтованих кристалах. Найкраще він спрацьовує на стику з провідним матеріалом — золотом.

У міру зростання на кварцові жили впливають тисячі афтершоків, які супроводжують землетруси. Навіть найменша деформація кристала породжує п’єзоелектричний потенціал, який, своєю чергою, сприяє електрохімічному осадженню золота з флюїдів. Наночастинки золота особливо охоче накопичуються на поверхні кристала кварцу, що діє як електрод.

На думку дослідників, описані ними можуть відбуватися і в природі.

«Це може пояснити утворення зародків і зростання великих самородків золота в гірських рудних системах, які відрізняються від золотоносних родовищ іншого походження з високим вмістом металу, але без великих скупчень», — пояснили вчені.

П’єзоелектричні властивості кварцу також пояснили тісний зв’язок проявів золота вздовж тріщин у кварцових жилах. Оскільки п’єзоелектричний потенціал діє миттєво і не залишає слідів, шматки золота виявляються плаваючими у кварці. Автори нової наукової роботи переконані, що вирішили більш як віковий «парадокс золотих самородків».