Samorodek złota nie powstaje razem z samym pierwiastkiem. Złoto ma pochodzenie kosmiczne, a jego skupienie w dużą bryłkę jest wynikiem procesów zachodzących w skorupie ziemskiej. Najnowsze badania wskazują, że ważną rolę odgrywają tu żyły kwarcowe, trzęsienia ziemi i piezoelektryczność kwarcu.

Skąd złoto trafia do samorodków?

Złoto powstało w gwałtownych procesach kosmicznych, między innymi związanych z supernowymi i zderzeniami gwiazd. Później weszło w skład materii, z której formowały się planety. Oznacza to, że większość złota obecnego na Ziemi to materiał istniejący tu od początku jej historii, a nie pierwiastek wytworzony przez ziemskie procesy geologiczne.

Na powierzchni i w głębi skorupy ziemskiej złoto najczęściej występuje w postaci bardzo drobnych ziaren lub płatków. Samorodek jest skupiskiem tego metalu, zwykle zawierającym około 83–92% czystego złota. Pozostałą część stanowią najczęściej domieszki, przede wszystkim srebro i miedź. Pytanie brzmi więc nie „jak powstaje złoto?”, lecz „co sprawia, że drobne ilości złota łączą się w większą bryłę?”.

Jak tradycyjnie tłumaczono powstawanie samorodków?

Klasyczne wyjaśnienie odwołuje się do roztworów hydrotermalnych. Są to gorące, wodne płyny przemieszczające się przez spękania i szczeliny w skorupie ziemskiej. Mogą one zawierać niewielkie ilości rozpuszczonego złota. Kiedy temperatura, ciśnienie lub skład chemiczny roztworu się zmieniają, złoto traci zdolność pozostawania w płynie i wytrąca się na powierzchniach skał.

Szczególnie ważnym miejscem takiego osadzania są żyły kwarcowe. Kwarc, czyli krystaliczna postać dwutlenku krzemu, wypełnia szczeliny powstałe w skałach. Złoto może odkładać się w jego wnętrzu lub na powierzchni kryształów. W skali milionów lat nawet bardzo małe ilości metalu dostarczane przez kolejne porcje roztworu mogą utworzyć większe skupiska.

Sam mechanizm wytrącania tłumaczył jednak słabiej, dlaczego złoto tworzy duże bryłki zamiast równomiernie pokrywać całą żyłę. Odpowiedzi dostarczyły badania wskazujące na elektryczne właściwości kwarcu.

Jak trzęsienia ziemi i kwarc tworzą samorodki?

Kwarc jest izolatorem elektrycznym, ale wykazuje także piezoelektryczność. Oznacza to, że pod wpływem naprężenia mechanicznego na jego powierzchni pojawia się ładunek elektryczny. W warunkach geologicznych takim źródłem naprężeń mogą być ruchy skał i trzęsienia ziemi.

Naukowcy z Monash University sprawdzili tę hipotezę w eksperymencie. Zanurzyli kryształ kwarcu w płynie zawierającym złoto, a następnie poddali go mechanicznym wstrząsom naśladującym działanie trzęsienia ziemi. Po doświadczeniu analizowali powierzchnię kryształu za pomocą mikroskopu elektronowego.

Na kwarcu pojawiły się złote nanocząsteczki i niewielkie skupiska metalu. Wynik wskazał, że naprężony kwarc może nie tylko sprzyjać elektrochemicznemu osadzaniu złota, lecz także kierować jego gromadzeniem na ziarnach, które już wcześniej powstały. Proces można przedstawić w kilku etapach:

  • Trzęsienie ziemi wywołuje naprężenia w kryształach kwarcu.
  • Piezoelektryczność powoduje powstanie ładunku elektrycznego na powierzchni minerału.
  • Złoto rozpuszczone w gorącym płynie zostaje przyciągnięte do naładowanej powierzchni.
  • Istniejące ziarna złota stają się miejscem odkładania kolejnych warstw metalu.

Dlaczego złoto osadza się właśnie na wcześniej utworzonych ziarnach? Kwarc nie przewodzi prądu, natomiast złoto jest dobrym przewodnikiem. Gdy pierwsze cząsteczki metalu pojawią się na powierzchni kwarcu, tworzą przewodzący punkt, który ułatwia dalsze osadzanie. Złoto działa wtedy jak elektroda, a kwarc jak izolujące podłoże i rodzaj naturalnej baterii.

Każde kolejne zdarzenie sejsmiczne może ponownie naprężać kryształy i generować ładunek. W efekcie następne porcje złota nie muszą tworzyć nowych, przypadkowo rozmieszczonych ziaren. Mogą dołączać do już istniejących skupisk. Powtarzanie tego procesu w skali geologicznej pomaga wyjaśnić, jak z mikroskopijnych osadów powstają duże samorodki w żyłach kwarcowych.

Odkrycie Monash University łączy więc dwa rodzaje zjawisk. Trzęsienia ziemi dostarczają mechanicznego impulsu, a piezoelektryczny kwarc przekształca go w warunki sprzyjające reakcjom elektrochemicznym. Dzięki temu geologia może wyjaśnić nie tylko obecność złota w żyłach kwarcowych, lecz także jego tendencję do wzrostu na już istniejących ziarnach.

Samorodek jest zatem efektem długotrwałego skupiania złota, a nie pojedynczego aktu jego powstania. Kosmiczne pochodzenie pierwiastka wyjaśnia, skąd złoto znalazło się na Ziemi, natomiast kwarc, roztwory hydrotermalne i aktywność sejsmiczna pomagają wyjaśnić, jak utworzyły się duże bryłki.