Złoto nie powstało na Ziemi. Atomy tego pierwiastka uformowały się w ekstremalnych wydarzeniach kosmicznych, a na naszą planetę trafiły wraz z materią, z której powstał Układ Słoneczny, oraz podczas późniejszego bombardowania meteorytami. Dopiero procesy geologiczne skoncentrowały je w skorupie ziemskiej, gdzie człowiek może je dziś wydobywać.
Jak powstały atomy złota?
Złoto, czyli pierwiastek o symbolu Au i liczbie atomowej 79, należy do ciężkich pierwiastków. Nie tworzy się go w zwykłych reakcjach chemicznych. Jego jądro atomowe musi powstać w procesie nukleosyntezy, czyli przemianach jądrowych zachodzących w warunkach ogromnej temperatury, ciśnienia i gęstości materii.
Przez długi czas naukowcy wskazywali przede wszystkim na eksplozje supernowych. Podczas śmierci masywnej gwiazdy materia zostaje wyrzucona w przestrzeń z ogromną energią. W krótkim czasie zachodzą wtedy reakcje, w których jądra atomowe wychwytują wiele neutronów. Ten mechanizm, nazywany procesem r, pozwala tworzyć pierwiastki cięższe od żelaza, w tym złoto.
Obecnie wiadomo, że ważnym miejscem powstawania złota są także zderzenia gwiazd neutronowych. Są to niezwykle gęste pozostałości po gwiazdach. Podczas ich połączenia uwalniana jest materia bogata w neutrony, a część z niej zostaje rozproszona w przestrzeni kosmicznej. Zawarte w niej nowo powstałe pierwiastki mogą później wejść w skład obłoków gazu i pyłu, z których tworzą się gwiazdy oraz planety.
Oznacza to, że złoto obecne na Ziemi jest starsze od samej planety. Znalazło się w materii tworzącej młody Układ Słoneczny około 4,6 miliarda lat temu. Nie powstało więc w ziemskim jądrze, płaszczu ani skorupie. Ziemia jedynie odziedziczyła atomy złota po wcześniejszych wydarzeniach zachodzących we Wszechświecie.
Jak złoto trafiło na Ziemię?
Podczas formowania Ziemia była rozgrzaną, częściowo stopioną planetą. Ciężkie pierwiastki, w tym znaczna część złota obecnego w materiale budującym młody glob, przemieszczały się ku jego środkowi. Złoto ma dużą gęstość, wynoszącą około 19,3 g/cm³, dlatego w czasie różnicowania planety mogło zostać związane z metalicznym jądrem.
To wyjaśnia, dlaczego największa część ziemskiego złota prawdopodobnie znajduje się głęboko pod powierzchnią i pozostaje poza zasięgiem wydobycia. Złoto, które występuje w płaszczu i skorupie, ma co najmniej dwa źródła. Część została wbudowana w Ziemię od początku, a część dotarła później wraz z planetoidami i meteorytami.
Ten drugi etap wiąże się z okresem nazywanym Wielkim Bombardowaniem, przypadającym mniej więcej 3,8–4,1 miliarda lat temu. Młoda Ziemia była wtedy często uderzana przez duże ciała niebieskie. Dostarczony materiał wzbogacił przede wszystkim płaszcz planety, ponieważ jądro było już w dużej mierze uformowane. Nie był to pojedynczy deszcz złota, lecz długotrwały napływ materii zawierającej różne pierwiastki, w tym metale ciężkie.
Samo dostarczenie złota do płaszcza nie wystarczało jednak do powstania kopalnianych złóż. Potrzebne były jeszcze procesy, które przeniosły niewielkie ilości metalu do wybranych obszarów skorupy i skoncentrowały je w skałach.
| Etap | Proces | Wynik |
|---|---|---|
| Nukleosynteza | Powstawanie ciężkich jąder atomowych podczas supernowych i zderzeń gwiazd neutronowych | Utworzenie atomów złota w przestrzeni kosmicznej |
| Formowanie Ziemi | Akrecja materii i różnicowanie młodej, rozgrzanej planety | Przemieszczenie dużej części złota w kierunku jądra |
| Wielkie Bombardowanie | Uderzenia planetoid i meteorytów w młodą Ziemię | Dostarczenie dodatkowego złota do płaszcza |
| Procesy geologiczne | Krążenie gorących roztworów, aktywność magmowa i ruchy płyt tektonicznych | Koncentracja złota w skałach skorupy |
| Wydobycie | Eksploatacja złóż pierwotnych i wtórnych | Oddzielenie złota od skały i osadów przez człowieka |
Dlaczego złoto znajduje się w skorupie, a nie tylko w jądrze?
Obecność złota w skorupie nie oznacza, że cały ten metal wydostał się z jądra. Znaczna część dostępnego dziś złota została dostarczona do zewnętrznych warstw przez późniejsze bombardowanie meteorytami. Następnie przez miliardy lat przemieszczała się w obrębie płaszcza i skorupy.
Ruchy geologiczne mogą wynosić materiały z głębi ku powierzchni. Znaczenie mają między innymi pióropusze płaszcza, czyli wznoszące się strumienie gorącej materii, oraz tektonika płyt. Gdy płyty zderzają się, jedna z nich może wsuwać się pod drugą, a wysokie ciśnienie i temperatura zmieniają skład oraz strukturę skał.
Takie procesy nie przenoszą zwykle wielkich brył czystego złota. Umożliwiają raczej krążenie roztworów i stopów, które mogą pobierać śladowe ilości metalu z jednych skał, a następnie odkładać je w innych. W ten sposób powstają regiony bogatsze w złoto, mimo że jego średnia zawartość w skorupie jest bardzo mała.
Jak powstają złoża złota?
Najważniejsze procesy koncentracji złota w skorupie obejmują:
- Procesy hydrotermalne – gorąca woda i roztwory bogate w minerały krążą szczelinami skalnymi, rozpuszczają niewielkie ilości złota, a po ochłodzeniu pozostawiają je w żyłach, często razem z kwarcem. Tak powstają złoża pierwotne.
- Aktywność magmowa – ciepło związane z magmą napędza obieg płynów i może sprzyjać przemieszczaniu metali w skałach.
- Ruchy tektoniczne – deformują skorupę, tworzą szczeliny i przemieszczają skały, przez które mogą przepływać roztwory zawierające złoto.
- Erozja i wietrzenie – niszczą skały zawierające złoto, uwalniając metal odporny na dalsze zmiany chemiczne.
- Transport rzeczny – woda przenosi lżejszy materiał, podczas gdy ciężkie ziarna i bryłki złota osadzają się w żwirach, zakolach oraz zagłębieniach dna. Tak powstają złoża wtórne, nazywane aluwialnymi lub okruchowymi.
W złożach pierwotnych złoto występuje najczęściej jako drobne ziarna w skale, żyłach kwarcowych albo w połączeniu z innymi minerałami. W złożach wtórnych może tworzyć płatki, ziarna i samorodki. Ich kształt zmienia się podczas transportu przez wodę, a duża gęstość sprawia, że metal gromadzi się w miejscach, gdzie nurt słabnie.
Geologiczne przemieszczanie złota nie jest więc tworzeniem nowego pierwiastka. Atomy złota pozostają tymi samymi atomami, które powstały w kosmosie. Zmienia się tylko ich położenie, forma mineralna i stopień koncentracji.
Historia złota to ciąg zdarzeń rozciągnięty na miliardy lat: nukleosynteza w kosmosie, dostarczenie materii na młodą Ziemię, ruchy wnętrza planety, procesy hydrotermalne, erozja i wreszcie wydobycie. Metal znajdujący się dziś w biżuterii lub elektronice jest częścią tej samej materii, która powstała przed narodzinami Ziemi.
