Geologijoje šimtmečius sklandė paslaptinga mįslė: kodėl kai kuriose kvarco gyslose aptinkami didžiuliai aukso grynuoliai, nors skysčiai, nešantys ištirpusį auksą, paprastai yra itin praskiesti? Senasis modelis – kad metalas nusėda iš karštų hidrotermalinių tirpalų – paaiškina dalį proceso, bet ne didžiulį aukso kiekį, kuris kartais aptinkamas inertiško kvarco viduje.
Naujas tyrimas, kurį atliko Australijos geologai, pateikia intriguojantį atsakymą: žemės drebėjimai gali „užkurti“ elektrinį procesą, dėl kurio auksas nusėda beveik akimirksniu.
Kvarcas – natūrali baterija po žeme
Kvarcas turi unikalią savybę – pjezoelektrumą. Tai reiškia, kad suspaudus ar sulenkus jo kristalą, jo atominė struktūra persitvarko taip, kad atsiranda teigiamų ir neigiamų krūvių skirtumas. Kvarcas tam tikra prasme veikia kaip natūrali įkraunama baterija.
Tokiose vietose, kur formuojasi aukso telkiniai, plyšiuose ir gyslose gausu kvarco. Lūžio zonose, kuriomis slenka žemės plokštės, uolienos patiria nuolatinius įtempius. Per žemės drebėjimą kvarco krūviai susiformuoja ir išnyksta per sekundės dalį – tai sudaro galimybes elektrocheminėms reakcijoms.
Monašo universiteto geologas Christopheris Voisi ir jo komanda svarstė: ar šios elektrocheminės įtampos gali būti pakankamai stiprios, kad iš ištirpusio aukso tirpalo „ištrauktų“ metalą ir pritvirtintų jį tiesiai prie kvarco?
Auksas, pasirodantis tiesiai ant kvarco
Laboratorijoje tyrėjai imitavo natūralias sąlygas:
- kvarco gabalėliai buvo įdėti į tirpalus su ištirpusiu auksu,
- kristalai buvo veikiami staigiais įtempiais, panašiais į žemės drebėjimo smūgius,
- jų paviršiai buvo tikrinami mikroskopu.
Rezultatas – tiesioginės aukso nuosėdos:
- mikroskopinės taškinės sankaupos,
- nanodalelių grupės,
- net taisyklingi pseudošešiakampiai auksiniai kristalai.
Visi jie susidarė būtent tose vietose, kur elektriniai krūviai buvo stipriausi. Tai yra klasikinis elektrocheminio nusėdimo požymis – kai aukso jonai, gavę elektronus, virsta kietu metalu ir prilimpa prie paviršiaus.
Kai kuriais atvejais kvarco viduje jau esantys mikroskopiniai aukso trupiniai tapo natūraliomis „antenomis“, kurios pritraukė dar daugiau metalo. Auksas linkęs augti ant aukso – todėl net vienas mažas grūdelis gali virsti pagrindu būsimiems grynuoliams.
Kaip iš mažų dalelių gimsta milžiniški grynuoliai
Kvarcas – puikus izoliatorius, todėl pradėti aukso kaupimą nuo visiško nulio yra sudėtinga. Bet kai tik sistemoje atsiranda pirmasis grūdelis metalo, jis sutelkia elektrinį lauką ir tampa idealia vieta tolimesniam augimui.
Tyrėjai pastebėjo, kad:
- aukso nanodalelės susitraukia į vis didesnes sankaupas,
- naujos nuosėdos nusėda ties senais grūdeliais, o ne sudaro naujas vietas,
- žemės drebėjimo metu kvarcas įsielektrina ir „įkrauna“ auksą formuojančias reakcijas.
Profesorius Andy Tomkinsas apibendrino tai paprastai: „Įtemptas kvarcas veikia kaip natūrali baterija, o auksas – kaip jos elektrodas.“
Tokiu būdu sistema tampa savotiška „geologine dirbtuvėle“, kurioje kiekvienas seisminis impulsas prideda naują aukso sluoksnį.
Žemės drebėjimai – auksą kuriantis mechanizmas
Realiuose telkiniuose karšti tirpalai ir jų cheminės savybės vis dar atlieka pagrindinį vaidmenį. Tačiau naujas modelis prideda svarbų mechanizmą:
žemės drebėjimų metu susiformavę elektriniai laukai nulemia, kur tiksliai aukso dalelės nusės ir kaip jos susijungs į grynuolius.
Orogeninėse sistemose, kur susidaro didžioji dalis pasaulio aukso, kvarco gyslos patiria nuolatinį seisminį judėjimą. Todėl tokie dideli grynuoliai, kokius kartais randa kalnakasiai, gali susidaryti ne per milijonus metų, o per daugelio smulkių seisminių ciklų grandinę.
Tyrimas padeda paaiškinti, kodėl auksas dažniausiai aptinkamas būtent kvarco gyslose, ir kodėl jis dažniau susitelkia į stambius gabalus, o ne tolygiai pasiskirsto smulkiais grūdeliais.
Šis atradimas pateikia naują, netikėtą aukso kilmės pusę – gamta savo dirbtuvėse naudoja elektrą. Kiekvienas žemės drebėjimo impulsas tampa tarsi nauju teptuko brūkšniu, formuojančiu metalą ten, kur kadaise tekėjo karštas skystis.
Šaltinis: https://www.nature.com/articles/s41561-024-01514-1
