اگر قطعهای از کوارتز سفید را از یک معدن طلا بشکنید، ممکن است رگههای درخشان فلز را درون آن ببینید. بیش از یک قرن است که زمینشناسان چنین صحنهای را اینگونه توضیح میدهند: «طلا توسط آب داغ به اینجا رسیده است.»
منظور آنها این بود که سیالات بسیار داغ از میان شکافهای سنگ عبور کردهاند، طلا را بهصورت محلول حمل کردهاند، سپس با تغییر شرایط، آن را در سنگ باقی گذاشتهاند. این نظریه بسیاری از مشاهدات را توضیح میدهد، اما یک پرسش مهم باقی میماند.
این سیالات معمولاً در مقایسه با حجم آب، مقدار بسیار کمی طلا حمل میکنند. پس چگونه چنین محلولی میتواند تودههای بزرگ طلا را درون کوارتز بر جای بگذارد، آن هم در کانیای که تقریباً با هیچچیز واکنش نمیدهد؟
این معما هنوز ذهن زمینشناسان را درگیر کرده است.
الکتریسیته کوارتز، رشد طلا
گروهی از پژوهشگران به سرپرستی «کریستوفر وویسی» زمینشناس، رویکرد متفاوتی را بررسی کردند: الکتریسیتهای که هنگام زلزله تولید میشود میتواند به شکلگیری طلا در رگههای کوارتز کمک کند.
تمرکز آنها بر ویژگیای از کوارتز به نام پیزوالکتریسیته بود. زمانی که بلور کوارتز فشرده، خم، یا پیچیده میشود، ساختار اتمی آن تغییر میکند و بارهای مثبت، منفی از هم جدا میشوند.
در نتیجه، یک سوی بلور نسبتاً مثبت، سوی دیگر نسبتاً منفی میشود و ولتاژی در سراسر آن شکل میگیرد. همین اثر در ساعتهای کوارتزی نیز استفاده میشود، اما در آنجا بهطور دقیق توسط مدارهای الکتریکی کنترل میشود.
گسلهایی که میزبان ذخایر طلا هستند، مملو از رگههای کوارتزاند. در این نواحی، سنگها میشکنند، میلغزند، بر هم ساییده میشوند. هنگام زلزله، تنش در کوارتز ایجاد، سپس آزاد میشود و بارهای پیزوالکتریک ظاهر، ناپدید میشوند.
پرسش پژوهشگران ساده بود: آیا این ولتاژها آنقدر قوی هستند که الکترونها را جابهجا کنند، طلا را از محلول بیرون بکشند، مستقیماً روی سطح کوارتز بنشانند؟
آزمایش زلزله، کوارتز، طلا در آزمایشگاه
برای بررسی این ایده، دانشمندان مجموعهای از آزمایشهای کنترلشده انجام دادند. آنها قطعات کوارتز را در محلولهایی حاوی طلای حلشده قرار دادند؛ مشابه سیالات گرمابی در اعماق زمین.
سپس بهصورت مکانیکی به کوارتز تنش وارد کردند تا فشار، کشش ناگهانی زلزله شبیهسازی شود. بعد، سطح بلورها با میکروسکوپهای بسیار دقیق بررسی شد.
نتیجه قابلتوجه بود:
- نقاط درخشان طلای فلزی ظاهر شد
- خوشههایی از نانوذرات شکل گرفت
- بلورهای شبه ششضلعی کوچک روی دانههای کوارتز نشست
این اشکال دقیقاً با رسوبگذاری الکتروشیمیایی مطابقت دارند؛ جایی که یونهای طلای محلول، الکترون میگیرند، به فلز جامد تبدیل میشوند.
نقش دانههای طلای اولیه
پژوهشگران تنها از کوارتز بدون طلا استفاده نکردند. آنها نمونههایی را نیز آزمایش کردند که از ابتدا مقدار کمی طلا داشتند؛ مشابه رگههای طبیعی.
در این حالت، دانههای کوچک طلا مانند رسانا عمل کردند. وقتی تنش، میدان الکتریکی در کوارتز ایجاد کرد، این دانهها میدان را در اطراف خود متمرکز کردند.
در نتیجه، نانوذرات طلای جدید تمایل داشتند روی همان دانههای قدیمی رشد کنند و هالهها، خوشههای فشرده بسازند.
به این ترتیب، بارهای الکتریکی میتوانستند طلا را از محلول «آبکاری» کنند، فلز تازه روی سطح کوارتز بنشیند، ضخامت ذخایر افزایش یابد.
از بذر تا توده طلا
وقتی حتی یک «بذر» کوچک طلا وجود داشته باشد، همان دانه به محل ترجیحی برای رسوب طلا در هر رویداد تنشی تبدیل میشود.
کوارتز عایق الکتریکی است و اجازه حرکت آسان الکترونها را نمیدهد. بنابراین شروع رشد توده طلا از صفر دشوار است.
اما طلا رسانای بسیار خوبی است. بهمحض شکلگیری یک دانه رسانا، میدان الکتریکی روی سطح آن متمرکز میشود و انتقال الکترون بهخوبی انجام میگیرد.
با ادامه واکنشها، الگوی «ثروتمند، ثروتمندتر میشود» شکل میگیرد:
- تعداد کمتر
- اندازه بزرگتر
- تودههای متمرکزتر
آزمایش با نانوذرات طلا
در مجموعه آزمایش دیگری، کوارتز در مایعی حاوی نانوذرات طلا غوطهور شد.
با اعمال تنش:
- ذرات دیگر یکنواخت پخش نماندند
- بهسمت کوارتز حرکت کردند
- روی سطح آن تجمع یافتند
- خوشههای بزرگتر ساختند
پروفسور اندی تامکینز درباره نتایج گفت این یافتهها شگفتانگیز بودند. کوارتز تحت تنش نهتنها طلا را بهصورت الکتروشیمیایی روی سطح خود نشاند، بلکه نانوذرات را نیز شکل داد، انباشته کرد.
نکته مهمتر اینکه طلا ترجیح میداد روی دانههای طلای موجود رسوب کند، نه اینکه دانههای کاملاً جدید بسازد.
ولتاژها در رگههای واقعی کوارتز
در یک گسل مملو از رگههای کوارتز، غوطهور در سیالات حاوی طلا، هر زلزله بهطور موقت سیستم را به یک سلول الکتروشیمیایی تبدیل میکند.
در برخی سطوح کوارتز:
- الکترونها تجمع مییابند
- گونههای محلول طلا الکترون میگیرند
- به طلای فلزی تبدیل میشوند
در سطوح دیگر، واکنشهای مکمل رخ میدهد و یونهای باردار برای تعادل بار جابهجا میشوند.
هر «فشار» هر زلزله مقدار کمی کوارتز را باردار میکند، لایهای تازه از طلا روی دانههای موجود یا هستههای جدید مینشاند.
طلا، کوارتز، زلزله: تکمیل یک مدل قدیمی
این سازوکار الکتریکی جایگزین مدل کلاسیک تشکیل طلا نمیشود. همچنان لازم است:
- سیالات داغ حامل طلا در شکستگیها حرکت کنند
- دما، فشار مناسب باشد
- شیمی سیال تغییر کند
اما پژوهش جدید یک گام اضافه میکند: ولتاژهای پیزوالکتریک هنگام زلزله رشد طلا را روی نقاط خاص کوارتز متمرکز میکنند، بهویژه جایی که فلز از قبل وجود دارد.
چرا تودههای بزرگ طلا کمیاب اما واقعیاند؟
بیشتر تودههای بزرگ طلای جهان از رگههای کوارتز در سامانههای طلای کوهزایی به دست آمدهاند؛ سامانههایی که حدود سهچهارم طلای استخراجشده تاریخ بشر را تأمین کردهاند.
در بسیاری از این ذخایر، معدنکاران بهجای غبار نازک طلا، با قطعات بزرگ فلزی در رگههای ضخیم مواجه میشوند.
بهبیان ساده، کوارتز مانند یک باتری طبیعی عمل میکند، طلا نقش الکترود را دارد، با هر رویداد لرزهای، طلای بیشتری انباشته میشود.
جمعبندی: نقش پنهان زلزله در تمرکز طلا
این مطالعه نشان میدهد فعالیت لرزهای، از طریق شارژ، دشارژ کوارتز در مقیاس زمینشناسی، به توضیح پیوند نزدیک طلا، کوارتز کمک میکند؛ همچنین شکلگیری تودههای بسیار بزرگ را روشنتر میسازد.
نتایج کامل این پژوهش در نشریه Nature Geoscience منتشر شده است.
نتیجهگیری
زلزلهها فقط مخرب نیستند؛ آنها با ایجاد بارهای الکتریکی در کوارتز، رشد، تمرکز تودههای بزرگ طلا را در طول زمان زمینشناسی ممکن میکنند.
اگر به شگفتیهای زمینشناسی علاقه دارید، مقاله را با دوستانتان به اشتراک بگذارید، دیدگاهتان را بنویسید، مطالب مرتبط را در سایت بخوانید.
