Привет, Хабр! Это Виктор Сергеев из МТС Диджитал. Сегодня поговорим про золото.

В природных условиях этот металл редко вступает в химические реакции. Люди извлекают его из вмещающих пород, часть добытого золота — самородки. Но как они образуются глубоко под землей?

Одно из возможных объяснений связано с землетрясениями и электричеством. Подробно об этом с примерами и пруфами — под катом.

Пьезоэлектрический эффект и золотые залежи

Все начинается с пьезоэлектрического эффекта, который образуется во время землетрясений. Это эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). То есть под давлением, которое возникает во время землетрясений, некоторые минералы начинают генерировать электрический заряд. Пример — кварц.

Австралийские ученые предположили, что именно этот процесс способствует накоплению золота. Электричество запускает физико-химические реакции, приводящие к осаждению золота из окружающих растворов. Гипотеза выглядит реалистичной: с ее помощью можно объяснить, как образуется самородный драгоценный металл.

При чем тут кварц

Кварц обладает пьезоэлектрическими свойствами и умеет генерировать электрический потенциал под механическим воздействием — например, во время землетрясений. Это свойство связано с особенностями структуры его кристаллов: у них нет центра симметрии.

Ток, возникающий во время землетрясений, начинает взаимодействовать с окружающими жидкостями — в частности, с гидротермальными растворами, в которых содержатся ионы золота. Возникают химические реакции, которые приводят к осаждению металла на поверхности кристаллов кварца. Чем больше осело золота, тем активнее идет дальнейший процесс.

Именно такие процессы привели к формированию дендритов золота в низкосульфидных эпитермальных месторождениях. В таких местах, как золотой рудник Маклафлин (Калифорния), золото образовывало дендритные структуры внутри геля из кремнезема, который потом с течением времени превращался в кварц. Гель служил каркасом для формирования золотых дендритов, золото постепенно накапливается внутри, формируя будущие самородки.

В месторождении в Норильске золото появляется тем же образом. Крупные самородки здесь находят в областях с высоким содержанием пьезоэлектрических минералов: кварца, глины и так далее. В Австралии, например, на руднике Тайн Тайн тоже обнаруживают крупные самородки золота — это связано с тектонической активностью в регионе. Во всех этих случаях пьезоэлектрический эффект и тектонические процессы могли привести к формированию золотых залежей.

Процесс осаждения золота напрямую связан с напряжениями, возникающими в зонах активных разломов земной коры. В этих местах часто генерируются электромагнитные поля, которые могут служить предвестниками землетрясений.

Модели, созданные учеными, показывают: электрические поля могут возникать за несколько часов до землетрясения. Это происходит, если в разломе есть материалы с высоким пьезоэлектрическим коэффициентом — те же самые кварц и глина. Тогда электричество инициирует процессы осаждения золота из растворов, концентрируя металл на поверхности кристаллов.

Еще выяснили, что пьезоэлектрический эффект может возникать в местах, где одна часть земной коры опускается относительно другой. И в зонах сдвигов, где породы смещаются горизонтально. Это подтверждает универсальность механизма в областях тектонической активности.

Что с доказательствами

Чтобы проверить гипотезу, объединенная команда специалистов из Университета Монаша, CSIRO и Института Брегга провела серию лабораторных экспериментов. Ученые погружали кристаллы кварца в растворы, содержащие ионы золота, и подвергали их механическим напряжениям, которые имитировали землетрясения. Результаты показали, что уже через час на поверхности кварца начали образовываться небольшие отложения золота. Важно отметить, что металл осаждался именно на тех участках кристаллов, где уже были следы металла. Это подтверждает самоподдерживающийся характер этого процесса.

К тому же исследования показали, что коллоидное золото, представляющее собой мельчайшие частицы металла, может оставаться стабильным в горячих гидротермальных жидкостях при температурах до 350 °C. В таких растворах концентрация золота в тысячи раз превышает средний уровень. Значит, наряду с обычным осаждением золота в результате химических реакций важны и мельчайшие частицы металла. Они могут собираться в больших количествах в природных условиях и способствовать образованию богатых россыпей золота.

Ученые отметили, что кварц в природных месторождениях часто встречается в виде неупорядоченных кристаллов, то есть с менее регулярной или хаотичной структурой атомов. Это может снижать эффективность пьезоэлектрического эффекта, так как менее организованная структура влияет на свойства кристалла. Тем не менее золото осаждается на более упорядоченных кристаллах, где атомные решетки более систематичны и организованы. Именно это объясняет образование крупных самородков в орогенных месторождениях.

Следующий этап исследований — изучить скорость осаждения золота в различных геологических условиях. Понадобятся дополнительные долгосрочные эксперименты, но в результате мы сможем лучше понять, как тектонические процессы и электрические поля связаны с формированием золотых самородков.

Рассказывайте в комментариях, какие гипотезы кажутся реалистичными вам.

Что еще почитать:

• Последний день Помпеи, но 12 млн лет назад: как супервулкан сохранил для нас гигантскую экосистему

• Смертельные страницы: как антикварные книги могут вас убить

• Серфинг на Титане: волны, грязевые отмели и метановые моря