Хотя золото содержится в земной коре в малых количествах, оно часто формирует значительные месторождения, известные как жилы. Механизмы, приводящие к образованию таких месторождений, долгое время были загадкой для геологов. Однако решение пришло из неожиданного источника: для исследования были использованы кисломолочные продукты, образующиеся в процессе флокуляции коллоидной системы (молока) при сквашивании).
Канадские ученые провели практическую проверку гипотезы о флокуляции коллоидной системы из наночастиц золота в минералах, содержащих драгоценные металлы. В ходе исследования были отобраны образцы горных пород из рудника Brucejack, полностью соответствующие модели. Статью с описанием исследования подготовили специалисты из Университета Макгилла и компании Pretium Resources опубликовали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
С точки зрения физики и химии, молоко представляет собой эмульгированный коллоид, состоящий из микроскопических капель жира, диспергированных в водном растворе. При нормальных условиях кислотность (уровень pH, значение pH биологического продукта близко к нейтральному. Сохранение структуры молока обеспечивается постоянным отталкиванием друг от друга отрицательно заряженных частиц жира. Данное умеренно устойчивое взаимодействие позволяет коллоидной системе поддерживать свой вкус, внешний вид и запах, предотвращая расслоение.
Однако, добавление в молоко бактерий, которые в процессе метаболизма расщепляют лактозу на молочную кислоту, приводит к изменению уровня pH начнет резко падать. Коллоидная система потеряет стабильность: поверхностный заряд с микрокапель жира будет стекать, а сами они станут слипаться вместе. Так происходит сквашивание молока и превращение его, в зависимости от подготовки и вида бактерий, в простоквашу, творог, ряженку или прочие полезные продукты. Этот процесс называется коагуляция, а точнее — флокуляция, ее подвид с образованием рыхлых промежуточных структур.
Геологи, физики и химики уже давно высказывают предположение о схожем механизме формирования золотых месторождений. Грунтовые воды вымывают из земной коры мельчайшие частицы золота. Растворение в жидкости все большего количества примесей приводит к повышению ее кислотности. Достигнув определенного уровня, соединения благородного металла изменяют свои свойства: с поверхности их микрочастиц исчезает электрический заряд, что приводит к их агрегации.
Существовала лишь одна трудность: подобный механизм никогда не был зафиксирован на практике. Расчеты показывают, что вода, содержащая золото в количестве всего несколько частей на миллион, должна была бы успеть образовать жилы массой в килограммы всего за несколько дней. Это позволило бы повысить концентрацию драгоценного металла в горных породах от среднего значения в четыре миллиграмма на тонну (по консервативной оценке) до 41,6 грамма на тонну (что в 10 500 раз больше). Другие объяснения предполагали осаждение золота из растворов хлоридов или бисульфидов, однако и у этой версии имеются свои ограничения.
Канадские ученые совершили значительное открытие, определив ранее неизвестные стадии формирования жилы. В ходе исследования были найдены фрагменты кальцита с микроскопическими каналами, содержащими электрум – природный сплав золота и серебра. Структура образований, напоминающих «тромбы» в этих «венах», диаметром около 50 нанометров, свидетельствует о том, что они образовались в результате флокуляции мелких частиц.
Полноразмерные золотоносные жилы формируются, когда поток воды, насыщенной благородным металлом, проходит через подобные горные породы. Вода заполняет микротрещины и растворяет окружающие минералы. Повышение кислотности приводит к разрушению коллоидной системы, и частицы золота быстро закупоривают все трещины. Вскоре небольшие каналы поблизости практически объединяются, образуя богатый самородок или жилу. Подобный механизм может реализоваться и в относительно крупных каналах в породах.