地震促使石英脈形成大型金塊!科學家解開背後機制

作者 | 發布日期 2024 年 09 月 03 日 13:41 | 分類 環境科學 , 自然科學 line share Linkedin share follow us in feedly line share
地震促使石英脈形成大型金塊!科學家解開背後機制


我們知道黃金常常出現於石英脈,但不清楚為什麼這些黃金通常在石英脈內結成巨大金塊。現在科學家提出一種新解釋:來自地震的能量會誘發石英壓電效應,促使石英脈內的黃金結團成簇。

一般來說,黃金起源於中子星合併事件,這些重元素在宇宙散布,而太陽、從太陽塵埃盤形成的地球一開始便擁有這些重金屬,只是幾乎都沉入地核,目前存於地球地殼、地函的黃金通常來自後續小行星撞擊,透過火山活動、地殼運動等地質過程在高壓高溫環境形成不同礦脈,人們便利用金溶於汞的性質從這些礦床進一步開採、提煉黃金。

根據世界黃金協會估計,全球每年開採 2,500~3,000 噸黃金,多數金塊來自石英礦脈,約占有史以來開採黃金總量四分之三。

石英是地殼僅次長石的第二豐富礦物,但與其他金礦類型不同,石英脈內發現的金通常沿斷裂帶聚集成重數十公斤的巨大金塊,相較於多數黃金呈小片狀,科學家一直不懂這些巨大金塊如何形成。

普遍解釋為「熱水礦化」作用:由岩漿逸出、含豐富礦物質的熱礦液與被加熱的地下水混合成「熱水礦液」,當這股熱液流經地殼裂縫,會順著岩層內斷裂帶、破碎帶上升至較淺處,隨著溫度、壓力降低,金屬離子在熱液中的溶解度跟著降低,於是金屬離子突然沉澱在石英脈裂縫,但這項理論還是無法完全解釋大金塊形成,要形成 10 公斤黃金約需 5 個奧林匹克游泳池的水量。

地震是金塊形成背後推手

現在,澳洲蒙納許大學團隊提出另一種新解釋:地震釋放的巨大能量擠壓石英產生電壓,進而推動巨大金礦形成。

我們知道石英是壓電礦物(施加機械壓力時能產生電流),代表它們也會根據地質應力產生電壓,研究人員發現地震使岩石破裂,迫使熱水礦液進入石英脈並留下金屬離子,而為了應對地震應力,石英脈產生電荷與金發生反應,導致其沉澱凝固。

由於溶解在熱液的金會優先沉積到現有金粒上,因此石英礦脈內的金往往結成團簇,並隨著每次地震逐漸變大。

為驗證這個想法,研究人員透過實驗模擬地震對石英晶體影響,將晶體浸入含金液體並釋放震波以產生壓電電壓,結果證實,石英在地質應力下產生足夠大的電壓,以電化學方式使金屬離子從熱液中沉澱出來,且優先凝固於現有金粒頂部,有助解釋大型金塊形成。

了解這些形成機制可能有助尋找金礦床,當然,研究結果並不代表提供哪裡可開採金塊的新線索,目前最好的技術是能偵測來自深處石英壓電訊號的設備,但這也只能告訴我們石英脈在哪裡,無法告訴我們石英礦脈內是否還有金礦。

新論文發表在《自然地球科學》期刊。

(首圖來源:pixabay

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