Под морским дном работает настоящая «золотая кухня» Земли. Островные дуги над зонами субдукции, где одна океаническая плита погружается под другую, часто бывают особенно богаты благородным металлом. Причины такой аномалии стали предметом изучения большой международной команды.
«Главным фактором оказалось водонасыщенное плавление мантии под островными дугами. Плавление происходит поэтапно, и с каждым циклом концентрация золота растет», — говорит морской геолог Кристиан Тимм из Центра океанических исследований Гельмгольца в Киле (GEOMAR).
Ученые проанализировали 66 образцов стекла со дна океана вдоль островной дуги Кермадек и прилегающего тылового бассейна Хавр (к северу от Новой Зеландии). Результаты опубликованы в журнале Communications Earth & Environment. Такие вулканические стекла образуются, когда лава быстро остывает под водой, что позволяет сохранить химический состав исходной магмы.
«Когда мы проанализировали эти образцы, то обнаружили, что концентрация золота в них в несколько раз выше, чем в аналогичной магме из срединно-океанических хребтов. Отсюда следует закономерный вопрос: какие процессы отвечают за такое обогащение?» — продолжает исследователь.
Содержание золота в стеклах измерили с высокой точностью и сопоставили его с другими халькофильными («любящими серу») элементами, включая серебро, медь, селен и платину. Эти элементы ведут себя схожим образом при плавлении, что позволяет судить об условиях внутри мантии.
Полученные данные показывают, что мантия под островной дугой Кермадек претерпевает водонасыщенное плавление при относительно высоких температурах — достаточных для расплавления сульфидов. В таких условиях соотношение серебра к меди в магме оказывается близким к мантийному.
Анализ показал концентрацию золота до 6 нанограммов на грамм породы; соотношение золота к меди превышают таковые в плодородной (неистощенной) мантии и примитивных базальтах срединно-океанических хребтов.
«Наши результаты показывают, что обогащение золотом — не следствие однократного плавления, а многоступенчатого процесса. Только повторное плавление заставляет золото сильнее сконцентрироваться в магме. Изначально мы полагали, что обогащение золотом напрямую контролируется водой, выделяющейся из зоны субдукции. Но оказалось, что вода лишь облегчает плавление мантии. А ключевой фактор высоких концентраций золота — это высокая, а отчасти и повторная, степень плавления», — объясняет Тимм.
Важную роль играет и химическая форма золота в мантии. «В мантии золото обычно связано в сульфидных минералах. При высоких степенях плавления эти минералы разрушаются, полностью высвобождая свое золото в расплав», — добавляет геолог.
Эти выводы могут объяснить, почему гидротермальные сульфидные месторождения вдоль подводных островных дуг особенно богаты золотом — хотя эта связь еще подлежит изучению.
«По сути, мы смотрим на первый шаг в жизненном цикле золота. Все начинается с перехода золота из мантии в расплав, который в конечном итоге образует вулканы. Алхимия запускается задолго до того, как металл достигнет поверхности», — заключил Тимм.
Эти концентрации золота высоки с точки зрения геологии — но не более. Чтобы сделать добычу экономически выгодной, они должны быть на несколько порядков больше.
Обнаружен скрытый механизм образования золотой руды
Астрофизики нашли источник золота во Вселенной
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX