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金块是如何形成的?地震可能是关键

上传时间:2024-11-22 15:34 来源:国家地理中文网 作者:NG

简介:

“当你晃动石英,它就会发电;有了电,就会诞生黄金。”新研究的主要作者、澳大利亚蒙纳士大学(Monash University)地质学者克里斯托弗·沃伊齐(Christopher Voisey)说。地震就是产生那种摇晃的最可能的自然来源,同时,研究团队的实验室实验显示,地震能够创造金块。

黄金从来都是热门商品。但现在寻找金块已不像过去那样困难:全世界大部分黄金都开采自天然石英脉。
石英是一种玻璃似的矿物,在挤挤挨挨的大块地壳中金光灿灿。可它们最初经过怎样的地质作用才出现在那里,则是一个谜团。
如今,一项9月4日发表在《自然—地球科学》(Nature Geoscience)上的新研究得出了一个惊人而可信的谜底:电力,以及大量的地震
这些金块的存在还要归功于普通石英奇妙的电学特性。 这种矿物受到挤压和晃动时产生电能,而电将金的微小颗粒从地壳流体中拖出。这些微粒结晶形成金粒,久而久之,在充分的电刺激下,金粒便铸成了金块。
“当你晃动石英,它就会发电;有了电,就会诞生黄金。”新研究的主要作者、澳大利亚蒙纳士大学(Monash University)地质学者克里斯托弗·沃伊齐(Christopher Voisey)说。
地震就是产生那种摇晃的最可能的自然来源,同时,研究团队的实验室实验显示,地震能够创造金块
金块产生于电能而非更传统的地质作用的观点起初略显奇怪,但“它完全说得通。”未参与新研究的英国南安普顿大学(University of Southampton)地球科学家托马斯·格农(Thomas Gernon)说。
石英脉中蕴藏着大量金块,它们所处的环境又地震频频。

黄金蛛网

黄金能从多种矿床中提取出来,不过在石英脉中更为常见。 远远看去,雪白的石英块就像编织在岩石中的明亮蛛网。
含有黄金的石英矿出现在一些地壳中,这部分地壳可能在山脉形成活动中受到了大量应力并发生应变。
这些受压弯曲碎裂的区域布满断层。地震发生时,断层破裂,滚热的地质流体(有时包含金颗粒)涌入裂缝,然后冷却,形成富含黄金的石英矿脉。
沃伊齐说:“地震活动期间,通常会涌入几千到几万股(这种)流体,经年累月就形成了造山型金矿。”
金纳米颗粒能进入石英脉并不超乎意料。可是在这些矿脉中,开采者常常发现一个个大金块,而非到处散布的微小金粒。
瑞典斯德哥尔摩大学(Stockholm University)矿石地质学家伊恩·皮特凯恩(Iain Pitcairn)没有参与新研究,他说:“如此量大集中的黄金是怎么出现在石英脉中的呢?这种情况很奇特,也很难解释。”一定有某种因素迫使所有的黄金微粒进入特定区域,而它到底是什么呢?
石英自个儿也很奇怪。它是一种简单的矿物,仅仅由硅和氧构成;但它同时还是唯一一个晶体缺乏对称中心的常见矿物,所以在结构上不太稳定。
那就意味着,在特定条件下,石英内部的电子排布也是失衡的,这使得它能做到一件不寻常的事情:产生电能
石英本身不会产生电火花。但要是在石英晶体上施加一个力 (例如踩在上面)那么它就会形成一个电场。这就叫作压电现象(piezoelectricity,该词源自希腊语中的“piezo”,意思是按压)
“施加的力越大,压电现象就显著,”沃伊齐说,“如果用足够大的力击打石英晶体致使它断裂,就能从中获得最大的电压。”
金块出现在具有压电性质的矿脉中,这一情形引起了沃伊齐的怀疑。他说:“多大的一个巧合啊。”——事实当真如此吗?

 

现代炼金术

要了解地震是否是黄金背后的神秘力量,沃伊齐和团队成员将纯天然石英板放在盛放含金液体溶液的密封腔体内。
实验用一台机器挤压部分石英板,以此替代地震时产生的地震波;其余石板则作为控制组保持不受晃动。研究人员预期,固态黄金将会出现在颤动的石英板上方。
待人造地震平息后,沃伊齐取出石英,放在高倍显微镜下观察。它们就在那里:无数金色颗粒在石英表面闪闪发光

                         这幅假彩色X光成像三维重建图展现了石英中的优质黄金。CHRIS VOISEY
早在几年前沃伊齐还在读博士的时候,他就直觉认为地震和电场也许能锻造黄金;而亲眼看到它实现,属实令人振奋。“当它成功时,我简直疯了,”他说,“我跌坐在椅子上,大声尖叫。老兄,我激动得要爆炸了。
和他们预期的一样,晃动的石英生成了电场。 溶液中的金纳米颗粒被拖了出来,在石英表面沉淀成固态金粒。而这还不是故事的结尾。沃伊齐说:“最大的难题是如何真正创造大金块,而不是各种斑驳的金粒。”
为了解决这个问题,沃伊齐将另一大块石英放进人工地震机,但这一次,石英中已经有了一个小金块。当这块亮闪闪的石英板开始受到摇晃,里面的金块也逐渐变大了。
因为金有导电性,所以当已经存在金粒时,它们就会发挥电极的作用,优先吸引从溶液中迁出的金微粒。 用沃伊齐的话说,原先就有的金粒与金块“就成了(其余黄金)的‘引雷针’”。
在自然界,含有金块的石英脉可能不止经历了一次地震,而是在无数次这样的活动中形成的。
当最初几场震动唤出些许金粒后,后续地震又让越来越多的金微粒在先前的金粒上结晶,最终形成金块。
“这很优雅,而且非常新颖。” 皮特凯恩说。
尽管地质学家清楚地知晓该去哪里找寻金块,但他们一直为金块的存在感到困惑。“我认为(新研究的实验结果)为这个问题提供了很好的解释。”皮特凯恩说
很多个世纪以前,晃动最普通的石英就能创造金子的奇思妙想无异于炼金术。而这项新研究表明,虽然大自然是了不起的魔术师,但只要有合适的团队和正确的实验,就能揭晓魔术的奥秘。而且有的时候,秘密似乎难以置信地简单。
“谜底太巧妙,也太简洁了,”沃伊齐说,“但我为此感到高兴。”

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