Откуда золото на Земле?
Элементы, образующиеся в недрах звёзд, легче железа, но для появления более тяжёлых металлов у обычных звёзд недостаточно высокие температура и давление.
Предполагается, что золото, платина и другие тяжёлые элементы Земли образовались в результате слияния нейтронных звёзд между собой или с чёрной дырой. Учёные под руководством Синь-Ю Чена из Массачусетского технологического института с помощью детекторов гравитационных волн LIGO и Virgo выяснили, что большинство тяжёлых металлов образуется именно при слиянии двух нейтронных звёзд.
Теория происхождения золота была предложена ещё в 1989 году, но только недавно астрономы впервые смогли наблюдать непосредственное рождение этого драгоценного материала. 17 августа 2017 года произошло слияние двух нейтронных звёзд (вспышка килоновой в галактике NGC 4993 в созвездии Гидры), и в результате захвата ядрами нейтронов образовались элементы тяжелее железа, в том числе и золото! 95 процентов благородных металлов во Вселенной рождается именно в процессе таких слияний компактных звёзд.
Астрономы считают, что на заре рождения Земли подобное событие произошло недалеко от Солнечной системы, и выброс материи с золотом попал на молодую планету Земля.
Образование ионов тяжёлых металлов в результате слияния нейтронных звёзд или чёрных дыр
Принято считать, что все химические элементы изначально присутствовали в протопланетном облаке. Из него образовались металлическое ядро в центре планеты, мантия и различные минералы вокруг них. Многие металлы из недр через плюмы и вулканизм, благодаря водородной дегазации, оказались в поверхностных залежах руды или местах их рождения.
Получается, ещё в древности наши предки точно подметили, что процесс образования некоторых металлов происходит через их рождение в земле, а не в процессе выпадения откуда-то, что нашло своё отражение в ёмком образном слове русского языка – месторождение.
Золотые кладовые планеты
Согласно отчёту Всемирного совета по золоту (World Gold Council), за всю историю человечества было добыто около 208 874 тонн золота, что умещается в куб со стороной 22,2 метра. Почти половина всего добытого золота – 95547 тонн – находится в ювелирных изделиях и предметах религиозного культа; в слитках и монетах, включая биржевые фонды, обеспеченные золотом,– 46517 тонн; в хранилищах Центральных банков сосредоточено 35938 тонн; около 31096 тонн считаются использованными в промышленности или потерянными во времени. Например, на электронику, стоматологию и космическую сферу приходится 29 448 тонн.
Международная группа учёных из Чили, Австралии, Аргентины, Франции и Испании установила, что под крупнейшими месторождениями Земли мантия насыщена драгоценными металлами. Благодаря процессам дегазации недр планеты золото поднимается к поверхности. Были изучены образцы вулканических пород, отобранные в горном массиве Десеадо в Патагонии – одной из самых золотоносных провинций на планете. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications, а кратко о нём сообщает EurekAlert.
«Мы получили первое доказательство содержания золота в мантии под массивом Десеадо,– сообщает Хосе Мария Гонсалес Хименес из Университета Гранады.– Эту провинцию золотоносной сделала мантия, лежащая на глубине 70 километров. Поиск золота веками стимулировал миграцию, экспедиции и даже провоцировал войны. Но тайна его происхождения всегда была одной из главных в области генезиса полезных ископаемых».
В последние годы в мире наблюдается тенденция резкого роста добычи золота и серебра из гидротермальных месторождений Тихоокеанского рудного пояса. В разрабатываемых в настоящее время месторождениях концентрации золота, как правило, невысоки, однако геологоразведчики и золотодобытчики всего мира мечтают обнаружить ураганные содержания этого драгоценного металла. Подобные находки всегда вызывают пристальный интерес геологов и горняков.
Среди рудных объектов, приуроченных к рифтовым зонам, около 57 процентов залежей встречаются в умеренно спрединговых[1] зонах (скорость спрединга 4–6 см/ год), около 33 процентов залежей – в зонах с низкой скоростью (до 3 см/год), а остальные 10 процентов – в зонах с высокой скоростью (более 6 см/год). Подавляющее большинство субмаринных сульфидных залежей (93 процента) ассоциирует с вулканитами, и только небольшая часть (четыре процента) заключена в осадочном разрезе.
Таким образом, вслед за открытием крупного золотосеребряного месторождения и созданием нового горнорудного района на базе месторождений Купол и Двойное в Чукотском АО произошла заметная активизация геологоразведочных работ. Обратим внимание, что также выявлены и разведаны перспективные месторождения в новых районах вулканоплутонических поясов, то есть в зонах интенсивной дегазации планеты[2].
Почему золото находят в жилах?
В большинстве случаев кварц появлялся как кристаллическая порода в гидротермальных процессах. Это промышленные минеральные скопления, созданные циркулирующими под поверхностью Земли горячими минерализованными газово-жидкими растворами под высоким давлением и температурой, которые заполняют трещины в основных породах. Золото находят в кварцевых жилах, в расщелинах основных пород. В дальнейшем оно размывается оттуда водой и оказывается в окружающих реках. А россыпное золото в песках и грунте – это уже продукт разрушения таких конгломератов, когда потоками водной эрозии вымывало эту породу.
Что же выносит золото из мантии к поверхности Земли? Такой движущей силой изначально являются процесс водородной дегазации и реакции химического транспорта в недрах Земли, через сложные физико-химические преобразования, в результате которых образуются различные газы (метан, углекислый газ, сероводород и др.). В разломы скал золото попадает из недр вместе с продуктами водородной дегазации, выносящей на поверхность планеты мельчайшие частички тяжёлых металлов. Поскольку некоторые газы легче воздуха, они улетучиваются (диссипируются), а крупинки кристаллизуются по пути их выхода и остаются в расщелинах. Однако далеко не на каждом космическом теле идёт процесс дегазации; относительно большим количеством золота на поверхности нашей планеты мы обязаны наличию тяжёлых металлов в ядре Земли и реакциям синтеза, там протекающим.
Недавно было независимо подтверждено наличие наночастиц самородных металлов и природных сплавов в коллекторах нефти и газа, в геотермальных рудах. Это коренным образом меняет наши представления о ресурсном потенциале земных недр и о закономерности нефтегенеза и рудообразования.
На фотографии хорошо видна древовидная структура кристаллизованного золота из раствора кварца, похожая на узор на морозном окне. Так как золото растворяется только в смеси сильных кислот, раствор, из которого росли кристаллы розового кварца и драгоценного металла, состоял из образованной потоком водорода ювенальной (подкислённой) воды, нагретой до экстремально высокой температуры при большом давлении. В момент выхода на поверхность через расщелины в скальной породе температура и давление падают, и в таком растворе начинаются процессы кристаллизации. Аналогичным образом в подобных кристаллах находят и другие тяжёлые металлы, такие как платина.
В лабораторных условиях золото можно получать с помощью химических транспортных реакции (ХТР) – это обратимые гетерогенные реакции, сопровождающиеся транспортом исходного твёрдого или жидкого вещества из одной температурной зоны в другую в результате образования, переноса и последующего разложения газообразных промежуточных веществ.
В ходе процесса химического транспорта в ростовой ампуле протекает обратимая химическая реакция между транспортируемым веществом А и вспомогательным веществом В, называемым транспортным агентом. Направление этой реакции зависит от условий протекания и различается в разных концах ростовой ампулы. Ростовую ампулу помещают в градиент температур так, чтобы равновесие транспортной реакции было сдвинуто в разные стороны в холодной и горячей зонах за счёт разницы температур. В одном конце ампулы протекает прямая реакция: Атв+Вг=Сг. Газообразное вещество Сг переносится в другой конец ампулы (основным механизмом переноса считают диффузию вдоль градиента температур), где протекает обратная реакция: Сг=Атв+Вг. После чего высвободившийся транспортный агент Вг переносится обратно и снова вступает в реакцию с веществом Атв.
ХТР применяют для получения кристаллов соединений, рост которых из расплава невозможен или затруднён вследствие очень высоких температур плавления. Например, рост кристаллов диселенида ванадия (VSe2) методом ХТР может проходить при температуре около 700°C, в то время как температура плавления этого соединения лежит в области 1200°C. На практике успешное выращивание кристаллов чистого золота (99,99 процента) методом химического транспорта осуществляется в атмосфере хлора. Кристаллы золота выращивают в лабораторных условиях из расплава, выделением из соединений, в которые входит золото, а также методом химического транспорта. В промышленности золото выращивают по методу Чохральского или Бриджмена.
В свете вышесказанного, геологам и старателям для поиска месторождений золота следует обзавестись датчиками газов, прежде всего – водорода, и обращать внимание на места выхода значительных его объёмов на поверхность. Поскольку водород официально признан в России полезным ископаемым и существует государственная программа развития водородной энергетики до 2050 года, попутное обнаружение месторождений водорода может стать не менее рентабельным, чем открытие золотой жилы!
Игорь ДАБАХОВ, Сергей КАЛУГИН
_________
1. Спрединг – геодинамический процесс расхождения литосферных плит, оказывающий влияние в частности на процессы накопления полезных ископаемых.
2. Об этом геологическом процессе мы уже неоднократно рассказывали на страницах нашего журнала. См., например, No 12, 2022; No 3, 2023.