Ученые рассказали, почему главные тайны золота скрыты… в соединениях серы

Недавно сразу две научные команды: из Китайского университета наук о Земле и Женевского университета — озаботились вопросом, как же золото попадает из глубин планеты на поверхность. Оба коллектива сходятся в главном — без серы драгоценный металл так бы и оставался в недрах Земли, но есть тонкости, из-за которых у геологов большой спор.


Как оказалось, сера имеет множество форм, и какая из них способствует поднятию золота на поверхность, пока что большой вопрос.

Истории из зоны субдукции

Исследователи из Китайского университета наук о Земле под руководством Дэн-Ян Хэ считают, что ключевой формой серы является трисульфид (соединение, содержащее три атома серы). Они пришли к этому выводу на основе численного моделирования и экспериментов.

С другой стороны, исследователи из Женевского университета, Стефан Фарсанг и Золтан Заяч, утверждают, что главную роль играет бисульфид (соединение с двумя атомами серы).

Со стороны спор кажется незначительным, ведь разница всего лишь в одном атоме. Однако в реальности точное понимание того, как образуются золотые месторождения, означает миллионы и даже миллиарды долларов дополнительной прибыли. И это неудивительно, ведь золото — крайне ценный ресурс, который используется не только в ювелирной промышленности. От этого драгоценного металла очень зависят медицина и электроника.

Как известно, золотые месторождения часто формируются в зонах высокой вулканической активности, особенно в тех регионах, где происходит столкновение тектонических плит. Когда одна такая опускается под другую, образуется то, что геологи называют зоной субдукции. Как правило, такой процесс сопровождается постоянными и мощными землетрясениями и образованием цепей вулканов. Именно так появилось знаменитое Тихоокеанское огненное кольцо.



Золото изначально находится глубоко внутри мантии Земли, где оно существует в виде плотных металлических скоплений. Однако при движении магмы, вызванной вулканическими процессами, оно начинает подниматься ближе к поверхности. Постепенно магма достигает верхних слоев земной коры, где золото и другие минералы оседают до тех пор, пока их не найдут люди.

Три очень важных атома

Как уже было сказано, сера способна образовывать связи с тяжелыми металлами, в том числе и с золотом, тем самым помогая им мигрировать вверх сквозь земные слои. Главный вопрос: два или три атома серы в соединении с золотом.

Исследовательская группа под руководством Дэн-Ян Хэ провела эксперименты, создавая различные значения температуры и давления, встречающиеся в недрах Земли. Целью работы китайских ученых было создание термодинамической модели, способной прогнозировать процессы, происходящие при переносе золота из мантии к земной коре.

Специалисты из Китайского университета наук о Земле выяснили, что при определённых условиях, когда вода нагревается и вступает в реакцию с окружающей средой (окисление), золото соединяется с трисульфидом. Таким образом, формируется комплексное химическое соединение с формулой Au(HS)S₃⁻. Данное вещество способно растворятся в воде, что позволяет золоту отлично перемещаться вместе с жидкостью.



Расчеты показали: такой химический комплекс способен переносить золото в концентрациях, которые значительно превышают средние показатели содержания этого драгоценного металла в мантии планеты. Концентрация золота в таком растворе составляет несколько граммов на кубический метр жидкость. Это примерно в 1000 раз больше обычного содержания золота в мантии Земли. Поэтому геологи считают трисульфидный комплекс крайне эффективным средством для транспортировки золота из глубоких слоев Земли к ее поверхности.


— Адам Саймон, геолог, Мичиганский университет США.

Бисульфид делает свой ход

Однако исследование, проведенное Стефаном Фарсангом и Золтаном Заячем из Женевского университета, показало: существуют альтернативные способы поднятия золота к поверхности планеты. Ученые осуществили эксперимент, изменив условия окисления серы при высоких температурах и давлении, соответствующих условиям природной магмы (около 875 °C). И оказалось, что бисульфиды (соединения с двумя атомами серы) также способны к переносу драгоценного металла.



До этого считалось, что двухатомные серные соединения могли быть задействованы в транспортировке золота лишь в условиях относительно низких температур. Например, такой перенос мог вполне произойти в одном из геотермальных источников. Однако Фарсанг и Заяч продемонстрировали, что бисульфиды также могут присутствовать и при гораздо более высоких температурах, близких к наблюдаемым в магме.


— Фарсанг.

Впрочем, китайские ученые с такими выводами не согласны. Следующий ход за трисульфидом. Интересно, кто победит: два или атома серы?