Парадокс золотых самородков

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Месторождения самородного золота разбросаны по всему миру. В большинстве своем они находятся в горах и связаны с кварцевыми жилами. Именно из них извлекают 75% драгоценного металла.

Сами кварцевые жилы зарождаются во время землетрясений, когда по трещинам поднимаются горячие (200–650°С) гидротермальные растворы (флюиды) под давлением в 1–5 килобар. Чтобы образовалось месторождение кварцевых жил, требуются сотни, даже тысячи сейсмических событий, которые создают густую сеть трещин в горных породах. То есть горные породы должно основательно трясти.

Эти же флюиды содержат и золото, которое оседает в кварцевых жилах. Геохимики хорошо изучили этот процесс. А вот образование крупных золотин в кварцевых жилах — загадка. Образоваться геохимическим способом они никак не могут.

Судите сами. Растворимость золота во флюидах равна одной части на миллион (1 ppm). Значит, чтобы получить 10 килограмм золота, нужно взять 10 миллионов килограммов воды, что равноценно пяти олимпийским плавательным бассейнам. А ведь в жилах находят конгломераты золота и кварца весом в десятки и сотни килограммов (причем золота в них больше половины)! Вот вам и парадокс золотых самородков, который никак не могли разрешить.

Недавно австралийские ученые из Университета Монаша решили повнимательнее присмотреться к кварцу, в котором зарождаются золотые слитки. Какие у него есть необычные свойства? Одно такое свойство мы знаем — способность под давлением порождать пьезоэлектричество. Так, может, оно и причастно к самородкам?

Ученые взяли образцы кварца из подземного рудника Fosterville в штате Виктория в Австралии и нарезали из них 12 пластин, из которых одна половина играла роль контроля. Образцы поместили в камеру с раствором золота и линейным приводом, имитирующим сейсмические волны различной частоты. Экспериментировали с разными растворами, где золото образует комплексы с гидросульфидами, хлоридами или присутствует в виде наночастиц (Nature Geoscience).

У кристалла кварца более высокий пьезоэлектрический потенциал по сравнению с остальной горной породой. Причем лучше всего он срабатывает на стыке кристаллов кварца с проводящим материалом — золотом. И действительно пьезоэлектрический потенциал способствовал электрохимическому осаждению золота из флюидов. Причем наночастицы золота особенно охотно скапливались на поверхности кристалла кварца, действующей как электрод.

Ученые считают, что такие процессы, смоделированные в лаборатории, происходят и в природе. Авторы новой научной работы убеждены, что решили более чем вековой «парадокс золотых самородков».