Ученые наконец-то разгадали давнюю загадку о геологическом процессе, стоящем за этими большими кусками золота, найденными в кварцевой породе.
Золото всегда было ходовым товаром. Но в наши дни найти самородок не так уж и сложно: большая часть мирового золота добывается из природных жил кварца, стекловидного минерала, который пронизывает большие куски сдавленной земной коры. Но геологический процесс, который поместил туда золотые самородки, был загадкой.
Новое исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature Geoscience, дало убедительный и удивительный ответ: электричество и землетрясения — их много.
Эти самородки обязаны своим существованием странным электрическим свойствам обычного кварца. При раздавливании или покачивании минерал вырабатывает электричество. Это вытягивает частицы золота из жидкости в земной коре. Частицы кристаллизуются в виде крупинок золота, и со временем, при достаточной электрической стимуляции, эти крупинки превращаются в самородки.
«Если встряхнуть кварц, получится электричество. Если вы производите электричество, золото получается», — говорит Кристофер Войзи, геолог из Университета Монаша в Австралии и ведущий автор новой статьи. Землетрясения являются наиболее вероятным естественным источником этих сотрясений, и лабораторные эксперименты команды показывают, что землетрясения могут создавать золотые самородки.
Идея о том, что золотые самородки появляются благодаря электричеству, а не более традиционному геологическому процессу, на первый взгляд, кажется странной. Но «в этом есть смысл», — говорит Томас Гернон, геолог из Университета Саутгемптона в Англии, который не участвовал в новой работе. Кварцевые жилы содержат непропорционально большое количество золотых самородков, и в их среде происходит множество землетрясений.
Паутина из золота
Золото добывается из различных геологических месторождений, но часто встречается в кварцевых жилах. Издалека алебастровые листы кварца могут выглядеть как яркая паутина, пропитывающаяся в скале. Золотоносные кварцевые жилы обнаружены в тех частях коры, которые подверглись сильному напряжению и деформации в результате таких событий, как образование гор.
Эти напряженные, деформированные и фрагментированные участки пронизаны разломами. Когда разломы разрываются во время землетрясений, горячие геологические флюиды, иногда содержащие частицы золота, устремляются в трещины, охлаждаются и образуют богатые золотом кварцевые жилы. «Обычно это от тысяч до десятков тысяч импульсов этой жидкости, которая поступает во время землетрясений, а затем, со временем, создает орогенное месторождение золота», — говорит Войзи.
То, что частицы золота попадают в кварцевые жилы, не является чем-то неожиданным. Но в этих жилах старатели, как правило, находят большие самородки золота, лежащие сами по себе, а не просто крошечные крупинки повсюду. «Как получить такую огромную концентрацию золота в кварцевых жилах?» — спрашивает Иэн Питкэрн, геолог из Стокгольмского университета в Швеции, который не участвовал в новой работе. «Это странно и трудно объяснить». Что-то должно заставлять все частицы золота перемещаться в определенные места, но что?
Кварц сам по себе тоже довольно странный. Это простой минерал, состоящий только из кремния и кислорода. Но это также единственный распространенный минерал, у кристаллов которого отсутствует центр симметрии, что означает, что он структурно неустойчив. Это означает, что при определенных условиях внутренняя электрическая конфигурация кварца также несбалансирована, что позволяет ему делать что-то странное: вырабатывать электричество.
Кварц не вспыхивает сам по себе. Но если вы приложите силу к кристаллу кварца — скажем, выдавите на него — то он сгенерирует электрическое поле. Это явление известно как пьезоэлектричество (которое происходит от пьезоэлектричества, греческого слова, означающего «толчок»). «Чем больше усилие вы прикладываете, тем выше пьезоэлектрический отклик», — говорит Вуази. «Если вы ударите по кристаллу кварца настолько сильно, что он сломается, вы получите максимальное напряжение, которое вы можете получить от него».
Наличие золотых самородков в жилах пьезоэлектрического минерала показалось Вуази подозрительным. «Это просто совпадение», — говорит он. Или все-таки было?
Современная алхимия
Чтобы выяснить, являются ли землетрясения таинственной силой, Вуази и его команда поместили плиты чистого природного кварца в герметичные камеры, содержащие золотые жидкие растворы. Некоторые плиты толкались машиной, которая воспроизводила сейсмические волны от землетрясения. Другие были оставлены непоколебимыми в качестве контрольных экспериментов. Надежда была на то, что золото начнет появляться в твердой форме на дрожащих плитах.
После того, как ложные землетрясения утихли, Вуази взял кварц и посмотрел на него под мощным микроскопом. Вот они: мириады золотых частиц, сверкающих на поверхности.
У Войзи изначально было предчувствие, что землетрясения и электрические поля могут привести к образованию золота несколькими годами ранее, когда он был аспирантом; Видеть, как это реализуется, было волнующим моментом. «Я сходил с ума, когда это сработало», — говорит он. «Я откинулся на спинку стула, крича и все такое. Чувак, я взорвался».
Как и ожидалось, колеблющийся кварц создал электрическое поле. Растворенные в растворе частицы золота вытягивались из него и осаждались в виде твердых зерен на поверхности кварца. Но на этом история не закончилась. «Большая загадка заключается в том, как вы делаете очень, очень большие золотые самородки», — говорит Войзи, в отличие от различных крупиц этого элемента.
Чтобы решить эту проблему, Вуази подверг еще один кусок кварца воздействию своей искусственной машины для землетрясения, но на этот раз в нем уже был небольшой самородок золота. И когда эту блестящую плиту встряхнули, золотой самородок начал расти.
Поскольку золото проводит электричество, если там уже есть золотые зерна, они действуют как электроды, к которым преимущественно притягиваются частицы золота, мигрирующие из раствора. Ранее существовавшие зерна и самородки «становятся громоотводом» для остального золота, говорит Войзи.
В природе кварцевые жилы, содержащие золотые самородки, вероятно, образуются не в результате одного землетрясения, а в результате их изобилия. После того, как первые несколько землетрясений прорастают крупицами золота, дополнительные землетрясения заставляют все больше и больше частиц золота кристаллизоваться на этих крупинках, в конечном итоге образуя самородки.
«Это элегантно и в то же время действительно ново», — говорит Питкэрн.
Несмотря на то, что геологи точно знают, где искать золотые самородки, они были сбиты с толку самим их существованием. «Я думаю, что это в значительной степени объясняет это», — говорит Питкэрн.
Столетия назад мысль о том, что можно встряхивать заурядный кварц и получать золото, считалась не чем иным, как алхимией. Это исследование показывает, что, хотя природа способна на магические действия, ей просто нужна правильная команда и правильный эксперимент, чтобы показать, как выполняется трюк. И иногда секрет кажется обезоруживающе простым.
«Это почти слишком аккуратно, слишком аккуратно», — говорит Войзи. «Но я рад этому».