Как образуется золото? Происхождение и процесс
Золото — это химический элемент, который легко узнать по его жёлтому металлическому цвету. Оно ценится за свою редкость, устойчивость к коррозии, электропроводность, ковкость, пластичность и красоту.
Если вы спросите людей, откуда берется золото, большинство ответит, что вы добываете его в шахте, измельчаете в ручей или извлекаете из морской воды. Однако истинное происхождение элемента предшествует образованию самой Земли. Вот как образуется золото - от взрывов звезд до его присутствия в земной коре.
Образование Природного Золота
В то время как ядерный синтез внутри Солнца создаёт множество элементов, Солнце не может синтезировать золото. Значительная энергия, необходимая для создания золота, высвобождается только при взрыве звёзд в сверхновых или при столкновении нейтронных звёзд. В этих экстремальных условиях тяжёлые элементы образуются в результате быстрого захвата нейтронов, также известного как r-процесс.
Где добывается золото?
Всё золото, найденное на Земле, произошло из обломков мёртвых звёзд. Когда формировалась Земля, тяжёлые элементы, такие как железо и золото, опустились к ядру планеты. Если бы не произошло других событий, в земной коре не было бы золота. Но около 4 миллиардов лет назад Земля подверглась бомбардировке астероидами. Эти столкновения взбудоражили более глубокие слои планеты и вытеснили часть золота в мантию и кору.
Некоторое количество золота можно найти в горных породах. Оно может встречаться в виде чешуек, в виде чистого самородного элемента и в виде природного сплава электрума с серебром. Эрозия отделяет золото от других минералов. Поскольку золото тяжёлое, оно опускается на дно и накапливается в руслах рек, аллювиальных отложениях и в океане.
Землетрясения играют важную роль, поскольку сдвиг пластов быстро снижает давление богатой минералами воды. Когда вода испаряется, на поверхности горных пород образуются жилы кварца и золота. Аналогичный процесс происходит внутри вулканов.
Сколько золота в мире?
Количество золота, добытого из недр Земли, составляет лишь малую часть от его общей массы. В 2016 году Геологическая служба подсчитала, что с момента зарождения цивилизации было обнаружено около 7,8 млн тройских унций или 244 000 тонн золота. Поскольку золото очень плотное (19,32 грамма на кубический сантиметр), оно занимает мало места по сравнению со своей массой. На самом деле, если бы вы расплавили всё золото, добытое на сегодняшний день, у вас получился бы куб размером около 21 метра в поперечнике!
Тем не менее, золото составляет несколько частей на миллиард массы земной коры. Хотя добывать много золота экономически нецелесообразно, на верхнем километре земной поверхности находится около 1 миллиона тонн золота. Обилие золота в мантии и ядре неизвестно, но оно значительно превышает его количество в земной коре.
Синтез элемента Золота
Попытки алхимиков превратить свинец (или другие элементы) в золото не увенчались успехом, потому что ни одна химическая реакция не может превратить один элемент в другой. Химические реакции включают в себя перенос электронов между элементами, в результате чего могут образовываться различные ионы элемента, но количество протонов в ядре атома определяет его элемент. Все атомы золота содержат 79 протонов, поэтому атомный номер золота равен 79.
Получить золото не так просто, как напрямую добавить или отнять протоны у других элементов. Самый распространённый способ превращения одного элемента в другой (трансмутация) — добавление нейтронов к другому элементу. Нейтроны изменяют изотоп элемента, потенциально делая атомы достаточно нестабильными, чтобы они распадались в результате радиоактивного распада.4
Японский физик Хантаро Нагаока впервые синтезировал золото, бомбардируя ртуть нейтронами, в 1924 году. Хотя превратить ртуть в золото проще всего, золото можно получить и из других элементов — даже из свинца! В 1972 году советские учёные случайно превратили свинцовую защиту ядерного реактора в золото, а в 1980 году Гленн Сиборд превратил золото из свинца. Однако превращение свинца в золото непрактично, так как для этого требуется огромное количество энергии, а стоимость преобразования значительно превышает стоимость полученного золота.
Кроме того, из-за используемых процессов образующееся золото обычно очень радиоактивно.
При взрывах термоядерного оружия происходит захват нейтронов, аналогичный r-процессу в звёздах. Хотя такие события не являются практичным способом синтеза золота, ядерные испытания привели к открытию тяжёлых элементов эйнштейния (атомный номер 99) и фермия (атомный номер 100).