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2025-11-21 03:29:00
金鉱山で採掘された白い石英の塊を割ると、中に明るい金属の縞模様が見えるかもしれません。 1世紀以上にわたり、地質学者はそのような光景を見て、「金は熱湯の中でここに現れた」と言いました。
それは、超高温の流体が岩石の亀裂を通って移動し、溶解した金を運び、状況が変化したときにその金を取り残したということを意味していました。
この考えは多くのことを説明していますが、難しい疑問が生じます。これらの液体には、通常、水の体積に比べてほんの少量の金しか含まれていません。では、そのような溶液は、どのようにして、何ともほとんど反応しない鉱物である石英の中に大きなナゲットを残すことができるのでしょうか?
その謎は今でも地質学者を悩ませています。
電気石英と金の成長
地質学者クリストファー・ヴォイジー モナシュ大学の同僚と一緒に、 CSIRO およびオーストラリア中性子散乱センター (アンスト）では、ストーリーの別の展開をテストしました。地震中に生成された電気は、石英鉱脈内に金を構築するのに役立つ可能性があります。
彼らは圧電性と呼ばれる水晶の特性に注目しました。水晶結晶が圧迫されたり、曲げられたり、ねじれたりすると、その原子構造が変化し、正電荷と負電荷が分離されます。
結晶の一方の側は相対的にプラスになり、もう一方の側は相対的にマイナスになるため、その両端に電圧が発生します。同じ効果がクォーツ時計を駆動しますが、そこでは小さな電気回路によって注意深く制御されています。
金鉱床が存在する断層帯には、多くの石英鉱脈が含まれています。これらのゾーンでは、構造プレートの移動に伴って、岩石が壊れ、滑り、すり減る。地震の際、水晶内に応力が蓄積して解放されるため、圧電電荷が現れたり消えたりします。
研究チームは、単純でテスト可能な質問をしました。これらの電圧は、電子を移動させ、溶液から金を引き出し、石英の表面に金を直接付着させるのに十分強いのでしょうか?
研究室での地震、石英、金
この考えを調査するために、科学者たちは一連の管理された実験室実験を実行しました。彼らは、地下深くの熱水と同様に、金が溶けた溶液の中に石英の破片を入れました。
次に、地震の突然の押し引きを模倣するために水晶に機械的な応力を加え、高解像度の顕微鏡で結晶表面を検査しました。
これらの形状は、溶解した金イオンが電子を獲得して表面上で固体金属に変化するという、研究者が電気化学堆積から期待するものと一致します。
常に金属を含まないクォーツを使用するのではなく、天然鉱脈にはるかに近い、すでに少量の金が含まれているクォーツから始めました。この設定では、小さな金の粒子がシステム内の導体として機能しました。
このような条件下では、電荷によって溶液から金が「めっき」される可能性があるため、新しい金属が石英の表面をコーティングし、堆積物を厚くします。
種からナゲットまで
金の小さな「種」さえあれば、その粒子はストレスが発生するたびにさらに多くの金がめっきされる好ましい場所になります。
石英は電気絶縁体として機能し、電子が内部を容易に移動できないため、何もない状態からナゲットの成長を開始することが困難になります。
一方、金は電気をよく伝導します。小さな導電性粒子が形成されるとすぐに、その表面に電場が集中し、電子が必要な場所に効率的に移動できるようになります。
反応が続くにつれて、システムは「金持ちがさらに金持ちになる」パターンを発展させます。多くの小さな金片ではなく、より少ない、より大きな金片が増えます。
「結果は驚くべきものでした」と研究共著者であるモナシュ大学地球大気環境学部のアンディ・トムキンス教授は語った。
本物の石英脈の電圧
このような鉱脈で満たされ、金を含む流体に満たされた断層帯では、地震のたびにそのシステムが一時的に電気化学セルに変わります。
一部の石英の表面では電子が蓄積し、溶解した金種がそれらの電子を拾い上げて金属金になります。
他の表面では相補的な反応が発生し、流体内の荷電イオンが移動して電荷のバランスをとります。
それぞれの「圧迫」、つまり地震のたびに石英が少し帯電し、既存の粒子または新たな核生成サイトに少量の金めっきがかけられます。
コーティングされていない石英金ナノ粒子 (AuNP) 実験の結果。 (A) 局所的なクラスタリングを示す石英表面上の AuNP の BSE 画像。 (B) a で概説した領域の BSE 画像。 (C) a で概説された正方形領域の SE 画像。 (D) サンプル領域の化学的性質を強調する正方形領域の EDS 画像。 BSE、後方散乱電子。 SE、二次電子。 EDS、エネルギー分散型分光法。クレジット: Nature Geoscience。画像をクリックすると拡大します。
石英と地震から金が生まれる
電気メカニズムは、金形成の古典的なモデルに代わるものではありません。金を含む高温の流体は、依然として適切な温度と圧力で亀裂を通過する必要があり、流体化学の変化は依然として金属を溶液から分離するのに役立ちます。
新しい研究では追加のステップが追加されています。地震中の圧電電圧により、石英の特定のスポット、特に金属が既に存在する場所に金の成長が集中します。
世界の大きな金塊のほとんどは、造山運動の金システムの石英鉱脈から生まれており、人類の歴史で採掘された金のおよそ 4 分の 3 がこの鉱脈から供給されています。
これらの鉱床の多くでは、鉱山労働者は、どこにでも広がる薄い金の粉ではなく、太い鉱脈にある大きな金属の塊に遭遇します。
「本質的に、水晶は金を電極として持つ天然の電池のように機能し、地震が起こるたびにゆっくりとさらに多くの金を蓄積します」とヴォイシー博士は結論づけた。
この研究は、地質時代にわたる石英の充電と放電による地震活動が、金と石英の緊密な連携と、自然が特に巨大なナゲットを構築するまれなケースを説明するのに役立つことを示唆しています。
研究全体は雑誌に掲載されました 自然地球科学。
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#地震は数秒のうちに大きな金塊を生み出す