Экспериментально установлено, как золото попадает из недр на поверхность Земли

Вулканические процессы в недрах Земли проходят в экстремальных условиях, которые трудно воспроизвести в лаборатории. В Женевском университете (UNIGE), тем не менее, сумели это сделать — и совершили открытие, о котором рассказали в Nature Geoscience.

При столкновении тектонических плит одна из них погружается в мантию Земли и «выдавливает» магму. Та, поднимаясь, образует магматические флюиды — насыщенные минералами растворы.

«Из-за падения давления магмы, поднимающиеся к поверхности Земли, насыщаются водосодержащей жидкостью, которая затем выделяется в виде пузырьков магматических флюидов, оставляя за собой силикатный расплав», — объясняет геохимик Стефан Фарсанг с кафедры наук о Земле факультета естественных наук UNIGE.

Магматические флюиды важны, потому что несут к поверхности золото, медь и другие металлы в форме солей.

Реакционноспособная, богатая разными валентностями сера отлично для этого подходит. Один лишь спор разделял научное сообщество более десяти лет: каково окислительное состояние серы, присутствующей в магматическом флюиде в качестве переносчика металлов?

«В основополагающей статье 2011 года предполагалось, что эту роль играют сульфидные радикалы S^3-. Проверить это экспериментально не позволяли ограничения в достижении магматических давлений-температур и окислительно-восстановительных условий, которые мы теперь преодолели», — говорит минералог Золтан Зайонч.

Ученые поместили кварцевый цилиндр и жидкость с таким же, как у магматического флюида, составом в герметичную золотую капсулу, которую подвергли воздействию давления и температуры, как в недрах Земли. Кварц ожидаемо растрескался — и впитал флюид, а экспериментаторы тем временем при помощи лазерной рамановской спектроскопии внимательно изучили, какую форму приняла сера.

В искусственных магматических растворах сера присутствует в трех видах: бисульфид (HS^-), сероводород (H₂S) и диоксид серы (SO₂). Бисульфид считался нестабильным при магматических температурах, однако новое исследование это опровергло — и, более того, он и оказался главным переносчиком золота.

«Тщательно выбирая длины волн нашего лазера, мы показали, что в предыдущих исследованиях количество сульфидных радикалов в геологических флюидах было серьезно переоценено, и результаты исследования 2011 года были фактически основаны на артефакте измерения. Так что спорам положен конец», — резюмирует Стефан Фарсанг.

Большая часть мировой добычи меди и золота происходит из месторождений, образованных магматическими флюидами, поэтому результаты экспериментов швейцарских геохимиков станут большим подспорьем в их разведке.