Якщо розколоти шматок білого кварцу з золотого родовища, усередині можна побачити блискучі металеві прожилки. Більше ста років геологи дивилися на такі картини й казали: «Золото потрапило сюди разом із гарячою водою». Малося на увазі, що надгарячі флюїди рухалися через тріщини в породі, несучи розчинене золото, а потім залишали цей метал, коли умови змінювалися. Ця теорія багато що пояснює, але породжує важке питання: адже такі флюїди зазвичай містять лише сліди золота порівняно з обсягом води. Тож як подібний розчин може залишити великі самородки всередині кварцу — мінералу, який майже ні з чим не реагує? Ця загадка й досі непокоїть геологів. Електричний кварц і ріст золота Геолог Крістофер Войсі з Університету Монаша разом із колегами з CSIRO та Австралійського центру нейтронного розсіяння (ANSTO) протестували іншу версію: електрика, що виникає під час землетрусів, може допомагати утворювати золото у кварцових жилах. Вони зосередилися на властивості кварцу, відомій як п’єзоелектрика. Коли кристал кварцу стискається, згинається чи скручується, його атомна структура змінюється так, що позитивні та негативні заряди розділяються. Одна сторона кристалу стає більш позитивною, інша — більш негативною, і між ними виникає напруга. Цей самий ефект використовується у кварцових годинниках, але там він ретельно керований електронними схемами. Зони розломів, де формуються золоті родовища, містять багато кварцових жил. У цих місцях породи ламаються, ковзають і труться одна об одну, коли рухаються тектонічні плити. Під час землетрусу напруга в кварці наростає та раптово спадає, а разом із цим виникають і зникають п’єзоелектричні заряди. Команда поставила просте, але перевірюване питання: чи можуть ці напруги бути достатньо сильними, щоб рухати електрони, «витягувати» золото з розчину та прикріплювати його прямо до поверхні кварцу? Землетруси, кварц і золото в лабораторії Щоб перевірити цю ідею, учені провели серію контрольованих експериментів. Вони помістили шматочки кварцу в розчини з розчиненим золотом — аналогічні гідротермальним флюїдам, що циркулюють глибоко під землею. Потім кварц піддавали механічним навантаженням, імітуючи різкі зміни під час землетрусу, та досліджували поверхні кристалів за допомогою високою резолюцією мікроскопів. Металеве золото справді з’явилося: яскраві точки, скупчення наночастинок і маленькі псевдогексагональні кристали, що «сиділи» на зернах кварцу. Такі форми відповідають електрохімічному осадженню — коли іони золота отримують електрони та перетворюються на твердий метал на поверхні. У деяких дослідах використовували не чистий кварц, а кварц із домішками золота, ближчий до природних умов. В такій системі дрібні золоті крупинки діяли як провідники. Коли стрес створював електричне поле в кварці, ці металеві точки концентрували поле навколо себе, і нові наночастинки золота виростали саме на них — утворюючи ореоли й щільні скупчення. У таких умовах електричні заряди могли буквально «покривати» кварц новим золотом, потовщуючи металеві відкладення. Від «зерна» до самородка Як тільки утворюється хоча б крихітне «зернятко» золота, воно стає найкращим місцем для подальшого наростання металу під час кожного нового стресу. Кварц — чудовий ізолятор і не пропускає електрони всередині себе, що ускладнює початок росту самородка «з нуля». Золото ж навпаки — добрий провідник. Щойно в системі з’являється маленьке металеве зерно, воно концентрує електричне поле на своїй поверхні та дає електронам ефективно рухатися саме там, де це потрібно. З часом система набуває принципу «багаті багатіють»: небагато великих шматків золота замість безлічі дрібних. В іншому експерименті кварц помістили в рідину з наночастинками золота. Після навантаження частинки почали збиратися у більші кластери прямо на поверхні кварцу. «Результати були вражаючими», — сказав професор Енді Томкінс з Школи наук про Землю, атмосферу та довкілля Університету Монаша. «Напружений кварц не лише електрохімічно осаджував золото на своїй поверхні — він також формував і накопичував золоті наночастинки. Причому золото прагнуло осідати на існуючих зернах, а не створювати нові», — пояснив він. Це показує, що електричні поля довкола напруженого кварцу здатні притягувати та концентрувати рухливі частинки золота ще до того, як вони зливаються у суцільний згусток. Напруги в реальних кварцових жилах У зоні розлому, заповненій такими жилами та флюїдами, кожен землетрус на мить перетворює систему на електрохімічну комірку. На одних поверхнях кварцу накопичуються електрони, і розчинені частинки золота отримують ці електрони, перетворюючись на метал. На інших поверхнях проходять додаткові реакції, а заряджені іони рухаються, щоб збалансувати систему. Кожне «стискання» — кожен землетрус — заряджає кварц і додає трохи золота до існуючих зерен або формує нові. Золото, кварц і землетруси Електричний механізм не заперечує класичні моделі утворення золота. Гарячі, золотовмісні флюїди все ще мають циркулювати тріщинами за відповідних температур і тисків, а зміни хімічного складу флюїду також важливі. Нове дослідження просто додає важливий етап: п’єзоелектричні напруги під час землетрусів спрямовують ріст золота у певні точки кварцу, особливо там, де вже є метал. Більшість великих золотих самородків у світі походять з кварцових жил в орогенних золотих системах — вони дають близько трьох чвертей усього золота, здобутого людством. У таких родовищах шахтарі часто знаходять великі шматки металу в масивних жилах, а не рівномірний розсип невеликих зерен. «По суті, кварц працює як природна батарея, а золото — як електрод, який повільно нарощується з кожною сейсмічною подією», — підсумував доктор Войсі. Дослідження свідчить, що сейсмічна активність, заряджаючи та розряджаючи кварц протягом геологічного часу, допомагає пояснити тісний зв’язок золота й кварцу та ті рідкісні випадки, коли природа створює особливо великі самородки. Повне дослідження опубліковане в журналі Nature Geoscience.