Powstawanie złotych samorodków w żyłach kwarcu, choć może się to wydawać nieprawdopodobne, jest od dziesięcioleci przedmiotem dyskusji, zwłaszcza że złoża te nie zawsze mają jednolity charakter. W wielu złożach złoto wydaje się koncentrować w określonych punktach, co nie jest łatwe do wyjaśnienia za pomocą najbardziej rozpowszechnionych modeli hydrotermalnych.
Środowisko naukowe poszukiwało alternatywnych rozwiązań, które pozwoliłyby zrozumieć, w jaki sposób płyny wzbogacone w metale tworzą dyskretne skupiska w obszarach poddanych naprężeniom sejsmicznym. W tym kontekście w 2024 r. międzynarodowy zespół przeprowadził eksperymenty laboratoryjne w celu analizy reakcji kwarcu na naprężenia pochodzenia tektonicznego.
W jaki sposób trzęsienia ziemi mogą sprzyjać powstawaniu samorodków złota?
Autorzy wspomnianego badania, opublikowanego w Nature Geoscience, opracowali model łączący napięcie piezoelektryczne generowane przez kwarc podczas trzęsienia ziemi z powstawaniem samorodków złota.
Należy wyjaśnić, że kwarc jest minerałem zdolnym do wytwarzania pola elektrycznego pod wpływem nagłych naprężeń geologicznych. Warunki takie występują zazwyczaj w regionach, gdzie aktywne uskoki umożliwiają cyrkulację płynów transportujących rozpuszczone złoto z głębokich warstw skorupy ziemskiej.
W pracy stwierdzono, że gdy pakiet fal sejsmicznych przechodzi przez żyłę bogatą w kwarc, minerał ten może wytworzyć napięcie wystarczające do zmiany rozmieszczenia złota zawartego w płynach.
Złoto ma tendencję do wytrącania się w miejscach, gdzie napotyka powierzchnie ułatwiające nukleację, i właśnie tam piezoelektryczne pole elektryczne może odgrywać decydującą rolę. Mechanizm ten wyjaśniałby, dlaczego nagromadzenia nie są rozmieszczone równomiernie, ale występują w postaci skupisk.
Hipoteza ta jest również zgodna z obserwacją geologiczną, że wiele największych złóż orogenicznych wykazuje powtarzające się epizody pękania i cyrkulacji hydrotermalnej. Każde trzęsienie ziemi nie tylko powoduje pękanie skał, ale również reaktywuje proces transportu i wytrącania, umożliwiając zwiększenie rozmiarów samorodków złota.
Jak działa piezoelektryczność kwarcu i osadzanie samorodków złota?
Zespół z Uniwersytetu Monash (Australia) przeprowadził eksperyment, w którym zanurzył kryształy kwarcu w płynie zawierającym rozpuszczone złoto.
Następnie odtworzył fale sejsmiczne, aby wywołać szybkie naprężenia w kryształach. Naprężenie to wygenerowało napięcie piezoelektryczne zdolne do wywołania osadzania się złota na powierzchni kwarcu, tworząc nanocząsteczki.
Według naukowców nanocząsteczki te mogą być punktem wyjścia do tworzenia większych samorodków złota. Obecność przylegającego złota działa jak elektroda, na której osadza się więcej metalu w kolejnych etapach.
Jeden z autorów wyjaśnił: „Złoto rozpuszczone w roztworze będzie miało tendencję do osadzania się przede wszystkim na istniejących już ziarnach złota”. Dynamika ta sugeruje, że samorodki złota rosną w wyniku procesu kumulacyjnego, związanego z kolejnymi wstrząsami sejsmicznymi.
Powtarzające się trzęsienia ziemi ułatwiają nowe fazy osadzania się złota. W każdym cyklu kwarc poddany naprężeniom generuje dodatkowe obciążenie, które reorganizuje rozpuszczone złoto, umożliwiając konsolidację połączonych ze sobą struktur metalicznych. Z czasem te nagromadzenia dają początek dużym fragmentom, które zwykle znajdują się w żyłach spękanego kwarcytu.
Powtarzające się tworzenie i wzrost złota w żyłach sejsmicznych
Naukowcy zidentyfikowali dwa kluczowe czynniki pozwalające zrozumieć koncentrację złota w aktywnych żyłach: piezoelektryczną naturę kwarcu oraz orogeniczny charakter złóż, w których występują największe samorodki złota. Trzęsienia ziemi nie tylko otwierają nowe drogi dla płynów, ale również wywołują naprężenia zdolne do aktywacji minerału.
Scenariusz ten tworzy cykl geologiczny, który może trwać tysiące lat. Płyny hydrotermalne unoszą się przez pęknięcia, przenosząc niewielkie ilości złota, które ostatecznie przyczepiają się do kryształów lub już zmetalizowanych powierzchni.
Każde trzęsienie ziemi generuje nowe warunki elektryczne, które sprzyjają gromadzeniu się złota. Z biegiem czasu samorodki złota mogą osiągnąć znaczne rozmiary, co odnotowano w złożach orogenicznych w różnych regionach świata.
Eksperymenty laboratoryjne potwierdziły, że napięcie piezoelektryczne kwarcu jest wystarczające do wytrącania złota z roztworów wodnych. Ponadto wykazano, że krzepnięcie metalu koncentruje się wokół istniejącego złota, wzmacniając mechanizm akumulacji.
Dowody te potwierdzają tezę, że największe złoża są wynikiem wielu powiązanych ze sobą zdarzeń sejsmicznych.
Naukowe implikacje tego odkrycia
Jednym z najczęściej komentowanych aspektów badania przeprowadzonego w 2024 r. jest możliwość odtworzenia samorodków złota w kontrolowanych warunkach. Autorzy wyjaśnili: „Nie jest to alchemia; potrzebne jest rozpuszczone złoto i warunki, aby przeszło ono ze stanu ciekłego do stanu przylegającego do powierzchni”.
Chociaż procedura ta nie polega na wytwarzaniu złota od podstaw, otwiera ona drzwi do lepszego zrozumienia jego przemian w cyklu geologicznym.
Niestety (dla entuzjastów) badanie nie oferuje bezpośredniego narzędzia do lokalizowania złóż z samorodkami złota. Wykrywanie sygnałów piezoelektrycznych pozwala zidentyfikować żyły kwarcu, ale nie potwierdza obecności metalu w ich wnętrzu.
