科學家破解黃金如何到達地球表面的密碼

（圖片來源：Aleksandrkozak／Shutterstock）

瑞士日內瓦 —日內瓦大學的科學家們在一項聽起來像煉金術的突破中解開了一個長期存在的謎團，即黃金如何穿過地殼形成這種貴金屬的寶貴礦藏。他們的發現揭示了一種特殊形式的硫充當了自然界的黃金信使，挑戰了先前關於貴金屬礦床如何形成的理論。

黃金從地球深處到可開採礦床長期以來一直困擾著地質學家。現在，研究人員發現，二硫化物（硫的一種特殊形式）在透過岩漿（最終形成我們在地表看到的火山地層的熔融岩石）釋放的超熱流體運輸黃金方面發揮著至關重要的作用。

「由於壓力下降，岩漿向地球表面上升，使富含水的流體飽和，然後以岩漿流體氣泡的形式釋放出來，留下矽酸鹽熔體，」該研究的主要作者 Stefan Farsang 解釋道。自然地球科學。

這些發現推翻了 2011 年的一項研究，該研究表明不同的硫化合物負責黃金的運輸。

「透過仔細選擇雷射波長，我們還表明，在先前的研究中，地質流體中硫自由基的含量被嚴重高估，而2011 年研究的結果實際上是基於測量偽影，」Farsang 說，有效解決了這個問題長達十年的爭論在地質界。

由於世界上大部分金和銅都來自這些岩漿衍生流體形成的礦床，因此準確了解它們的形成方式也有助於未來的礦物勘探工作。

將其視為了解大自然自己的遞送系統：正如郵政服務需要特定的車輛和路線來遞送包裹一樣，黃金也需要特定的化合物和條件才能通過地殼。透過將二硫化物確定為主要的“運輸工具”，科學家們繪製出了自然界最有價值的運輸網絡之一。

這項研究源於之間複雜的相互作用構造板塊– 地殼的巨大部分彼此緩慢移動。當一塊板塊滑到另一塊板塊下方時，會產生富含水、硫和氯等揮發性元素的岩漿。當岩漿上升到地表時，它會釋放出攜帶溶解金屬的流體——這個過程最終導致人類歷史上珍視的金礦的形成。

這種對黃金在地球上的旅程的新認識不僅有助於解釋現有礦床是如何形成的，而且還可以指導未來的勘探工作，有可能使金礦開採更加高效和有針對性。

論文摘要

方法論

研究採用原型壓力容器與拉曼光譜結合來檢查岩漿流體中的硫形態。這種方法使研究人員能夠觀察硫在與上地殼岩漿儲層相關的不同壓力、溫度和氧化還原條件下的行為。透過模擬這些環境，研究小組可以識別弧岩漿流體中的主要硫物質，例如HS−、H2S和SO2，並測量不同條件下金的溶解度。

主要結果

結果表明，流體中硫主要以HS−和H2S的形式存在，這顯著增加了金的溶解度，遠遠超出了先前的熱力學預測。研究也指出，硫物質在岩漿-熱液系統內的黃金運輸中發揮至關重要的作用，而硫物質的變化極大地影響了這些流體可以攜帶的金量。

研究局限性

這項研究的一個限制是重點關注特定的氧化還原、壓力和溫度條件，這些條件可能無法代表岩漿過程中發生的所有自然環境。此外，實驗設置可能無法完全捕捉硫在自然環境中經歷的複雜相互作用和轉化，可能會影響研究結果的普遍性。

討論與要點

這項研究強調了硫形態對於理解控制岩漿系統中硫和金等金屬循環的地球化學過程的重要性。這些發現透過證明金的高溶解度潛力對現有模型提出了挑戰，並表明傳統的熱力學模型可能低估了弧岩漿流體中硫物質的影響。

資金和披露

這項研究得到了歐洲研究理事會 (ERC) 根據歐盟地平線 2020 研究和創新計畫透過撥款協議第 10 號資助的支持。 864792. 作者聲明不存在與本研究相關的競爭利益。