Находки самородного золота в основном связаны с кварцевыми жилами. Считается, что золото выпадает из горячих магматических растворов, проникающих по трещинам в горных породах. Но образование крупных залежей золота остаётся загадкой для геологов. Австралийские исследователи предположили, что причиной тому пьезоэлектрические свойства кварца, которые под влиянием частых землетрясений способствуют образованию больших скоплений драгоценного металла.
Месторождения самородного золота, находящиеся в горах по всему миру, большей частью залегают в кварцевых жилах. Из таких месторождений добывают 75 процентов этого металла.
Во время землетрясений по трещинам поднимаются горячие гидротермальные растворы (флюиды) при температуре от 200 до 650 градусов Цельсия и давлении в один-пять килобар. Образование месторождения кварцевых жил требует сотен, даже тысяч сейсмических событий, создающих густую сеть трещин в горных породах.
Геохимические процессы выноса золота из жидкостей и проникновения растворов в трещины достаточно изучены. Образование же крупных золотых залежей в кварцевых жилах остается неразрешимой проблемой.
Растворимость золота в жидкостях составляет одну часть на миллион (1 ppm). Для извлечения 10 килограммов золота требуется 10 миллионов килограммов воды, что эквивалентно пяти олимпийским бассейнам. В жилах встречаются скопления золота и кварца массой десятки и сотни килограммов, где золото составляет более половины объема. Это порождает противоречие.
В качестве пояснения использовалась концепция золотых наночастиц, позволяющая преодолеть ограничение растворимости. Почему миллионы наночастиц объединяются в единый золотой объект, неизвестно.
Учёные из австралийских научных организаций под руководством Кристофера Войзи из Университета Монаша изучили пьезоэлектрические свойства кварца, чтобы разобраться в этом вопросе. изложили в статье в журнале Nature Geoscience.
Пьезоэлектрический эффект возникает из-за симметрии кристаллов. Кварц не обладает центром симметрии, поэтому при деформации кристалла верхняя и нижняя части приобретают разный электрический заряд, образуя напряжение, пропорциональное приложенной силе. В целом кварцевые жилы проявляют пьезоэлектрические свойства, которые усиливаются в направлении ориентации большинства кристаллов.
Исследователи добыли пробы из подземной шахты. FostervilleВ штате Виктория Австралии изучили образцы методом нейтронографии. Для этого использовали 12 пластин кварца: половина — для контроля. Образцы поместили в камеру с раствором золота и линейным приводом, имитирующим сейсмические волны разной частоты. Провели эксперименты с различными растворами, где золото формирует комплексы с гидросульфидами, хлоридами или находится в виде наночастиц.
Кристалл кварца обладает более высоким пьезоэлектрическим потенциалом по сравнению с объемом горной породы. Авторы нового исследования считают, что во время сейсмической деформации наивысший потенциал внутри кварцевой жилы проявляется в идеально ориентированных кристаллах. Эффект наиболее выражен на стыке с проводящим материалом — золотом.
С увеличением роста по кварцевым жилам воздействуют тысячи афтершоков, сопровождающих землетрясения. Самая незначительная деформация кристалла порождает пьезоэлектрический потенциал, способствующий электрохимическому осаждению золота из флюидов. Наночастицы золота особенно охотно накапливаются на поверхности кристалла кварца, действующего как электрод.
Исследователи полагают, что описанные ими процессы возможны в природных условиях.
Такое предположение может объяснить формирование зародышей и рост больших самородков золота в горных рудных системах.
Пьезоэлектрические свойства кварца объясняют близкое расположение золотосодержащих жил. Вследствие мгновенного действия пьезоэлектрического потенциала и отсутствия следов кусочки золота оказываются будто бы парящими в кварце. Авторы нового исследования уверены, что разгадали более чем вековой «парадокс золотых самородков».