Efectul piezoelectric natural poate construi zăcăminte de aur

Construirea blingului –

Cum ajunge un metal nereactiv, abia solubil, să formeze bucăți uriașe?

Unul dintre motivele pentru care aurul este atât de valoros este că este foarte nereactiv – dacă faci ceva din aur, acesta își păstrează strălucirea strălucitoare. Chiar și atunci când îl poți reacționa cu un alt material, este, de asemenea, abia solubil, o combinație care face dificilă purificarea departe de alte materiale. Ceea ce face parte din motivul pentru care marea majoritate a aurului pe care l-am obținut provine din zăcăminte în care este prezent în bucăți mari, unele dintre ele ajungând la sute de kilograme.

Aceia dintre voi care acordă o atenție deosebită paragrafului anterior poate să fi observat o problemă aici: dacă aurul este atât de greu să ajungă în forma sa pură, cum procesele naturale creează bucăți enorme din el? Luni, un grup de cercetători australieni a publicat o ipoteză și câteva dovezi care o susțin. Ei propun că un efect piezoelectric declanșat de cutremur electroplatizează în esență aurul pe cristale de cuarț.

Ipoteza

Aproximativ 75% din aurul pe care l-a obținut umanitatea provine din ceea ce se numesc zăcăminte de aur orogene. Orogenia este un termen pentru procesele tectonice care construiesc munți, iar depozitele de aur orogenic se formează în cusăturile în care două corpuri de rocă se mișcă unul pe lângă celălalt. Aceste zone sunt adesea pline cu fluide hidrotermale fierbinți, iar căldura poate crește solubilitatea aurului de la „abia acolo” la „extrem de scăzut”, ceea ce înseamnă, în general, mai puțin de un miligram într-un litru de apă.

Un alt lucru izbitor despre aceste depozite este că sunt în general asociate cu cuarțul mineral, o formă cristalină a dioxidului de siliciu. Și acest fapt a stat la baza noii ipoteze, care reunește o serie de subiecte care sunt, în general, considerate în mare parte fără legătură.

Se pare că cuarțul este singurul mineral din abundență care este piezoelectric, ceea ce înseamnă că generează o sarcină atunci când este pus sub presiune. Deși nu trebuie să înțelegeți de ce este cazul pentru a urma această ipoteză, explicația cercetătorilor despre efectul piezoelectric este remarcabil de convingătoare și clară, așa că o voi cita aici pentru cei care doresc să iasă din asta după ce au învățat. ceva: „Cuarțul este singurul mineral obișnuit care formează cristale lipsite de un centru de simetrie (non-centrosimetrice). Cristalele non-centrosimetrice distorsionate sub stres au un dezechilibru în configurația lor electrică internă, care produce un potențial electric – sau o tensiune – peste tot. cristal care este direct proporțional cu forța mecanică aplicată”.

Cuarțul se întâmplă să fie un izolator, așa că acest potențial electric nu se disipează ușor singur. Cu toate acestea, poate fi eliminat prin transferul de electroni către sau din orice materiale care ating cristalele de cuarț, inclusiv fluidele. În practică, aceasta înseamnă că sarcina poate conduce reacții redox (reducere/oxidare) în orice fluide din apropiere, neutralizând potențial orice ioni dizolvați și făcându-i să iasă din soluție.

Acest lucru are potențialul de a se auto-întări. Odată ce se formează un mic depozit de metal pe suprafața cuarțului, acesta va ușura schimbul de electroni cu fluidul din imediata sa vecinătate, ceea ce înseamnă că mai mult metal va fi depus în aceeași locație. Acest lucru va scădea, de asemenea, concentrația metalului în soluția din apropiere, ceea ce va favoriza difuzarea ionilor metalici suplimentari în locație, ceea ce înseamnă că fluidul în sine nu trebuie să continue să circule dincolo de același loc.

În cele din urmă, conceptul are nevoie și de o sursă de tensiune pentru a genera efectul piezoelectric în primul rând. Dar amintiți-vă că toate acestea se întâmplă într-o zonă de defecțiune activă, așa că tensiunea nu este insuficientă.

Și dovezile

A afla dacă acest lucru se întâmplă în zonele de defecțiune active ar fi extrem de dificil din tot felul de motive. Dar este relativ ușor să scufundați niște cristale de cuarț într-o soluție care conține aur și să vedeți ce se întâmplă. Deci, acesta din urmă este traseul pe care l-au luat australienii.

Aurul a venit fie sub formă de soluție de ioni de clorură de aur, fie sub formă de suspensie de nanoparticule de aur. Cristalele de cuarț erau fie cuarț pur, fie obținute dintr-o zonă bogată în aur și conțineau deja niște mici depozite de aur. Cristalele în sine au fost supuse tensiunii la o frecvență similară cu cea produsă de mici cutremure, iar experimentul a fost lăsat să se desfășoare timp de o oră.

O oră a fost suficientă pentru a forma mici depozite de aur pe cristalele de cuarț pur, indiferent dacă a fost din aur dizolvat sau nanoparticule de aur în suspensie. În cazul cuarțului format natural, aurul a ajuns să fie depus pe locurile existente în care este prezent metalul auriu, mai degrabă decât să formeze depozite suplimentare.

Cercetătorii observă că o mare parte din cuarțul din depozite este dezordonată mai degrabă decât sub formă de cristale simple. În materialul dezordonat, există o mulțime de cristale mici orientate aleatoriu, ceea ce înseamnă că efectul piezoelectric al oricăruia dintre aceste cristale este de obicei anulat de vecinii săi. Deci, aurul se va forma de preferință pe cristale simple, ceea ce ajută și la explicarea de ce se găsește în bulgări mari în aceste depozite.

Deci, aceasta este o ipoteză destul de convingătoare – explică ceva derutant, se bazează pe procese bine stabilite și are un pic de sprijin experimental. Având în vedere că activitatea în faliile active este probabil să rămână atât lentă, cât și inaccesibilă, următorii pași vor implica probabil obținerea de informații pe termen mai lung despre rata de depunere prin acest proces și o comparație fizică a acestor depozite cu cele găsite în cadru natural.

Nature Geoscience, 2024. DOI: 10.1038/s41561-024-01514-1 (Despre DOI).