دانشمندان نقش پنهان زمین‌لرزه در ساخت تکه‌های بزرگ طلا را کشف کردند

شمش‌های طلای خالص که در خزانه‌های بانک‌ها چیده شده‌اند، لایه‌های طلاکاری‌شده روی مدال‌های المپیک و یا حتی جواهرات طلا، همگی احتمالاً وجودشان را مدیون زمین‌لرزه‌ها هستند. براساس یافته‌های مطالعه‌ای جدید، فشار و کششی که از حرکت صفحات تکتونیکی در زمان وقوع زمین‌لرزه‌ها ایجاد می‌شود، ممکن است به فعال‌شدن واکنشی شیمیایی منجر شود که ذرات ریز طلا را به توده‌های بزرگ‌تر تبدیل می‌کند.

کریس ویسی، زمین‌شناس در دانشگاه مانش استرالیا و یکی از نویسندگان مطالعه، به ساینتیفیک آمریکن می‌گوید: «بزرگ‌ترین کشف ما این است که به فرآیندی نوین برای شکل‌گیری طلا دست یافته و توضیحی ارائه داده‌ایم که نشان می‌دهد چگونه توده‌های بزرگ طلا ممکن است شکل بگیرند. روش شکل‌گیری طلا همیشه مانند معما باقی مانده بود، زیرا شواهد میدانی برای تأیید دیگر فرآیندهای شکل‌گیری طلا وجود نداشت.»

تخمین زده می‌شود که حدود ۷۵ درصد از کل طلای استخراج‌شده، از ذخایر موجود د شکاف‌های درون تکه‌های کوارتز، یکی از فراوان‌ترین کانی‌های پوسته‌ی زمین، به دست می‌آید. زمین‌شیمی‌دانان از قبل می‌دانستند که طلا به‌ صورت محلول در سیالات موجود در لایه‌های میانی تا پایینی پوسته‌ی زمین موجود است. این سیالات، می‌توانند به درون شکاف‌های کانی کوارتز نفوذ کنند؛ اما مقدارشان محدود به نظر می‌رسید و نمی‌توانست طلا را به‌اندازه‌ای در خود حل کند که تکه‌های بزرگی از آن شکل بگیرد.

بدین صورت، توضیح روش شکل‌گیری توده‌های بزرگ طلا برای دانشمندان دشوار بود. متخصصان با ارائه‌ی فرضیه‌ای، بر این باور بودند که نانوذرات طلای درون سیالات، ممکن است به چنین توده‌های بزرگ‌تری تبدیل شوند؛ اما همچنان چگونگی این روند نامشخص بود. نانوذرات برخلاف طلای محلول، معمولاً برای شروع واکنش لازم جهت تشکیل توده در سطح شکاف‌های کوارتز، به اندازه‌ی کافی انرژی شیمیایی ندارند.

مطالعه‌ی جدید که در مجله نیچر ژئوساینس منتشر شده است، نشان می‌دهد که فشار زمین‌شناسی ناشی از زمین‌لرزه‌ها، ممکن است خاصیت ژئوشیمیایی عجیبی از کوارتزها به نام «اثر پیزوالکتریک» را فعال کند. این اثر، امکان تشکیل توده‌های بزرگ‌تر طلا در کوارتز را فراهم می‌کند.

کوارتز به دلیل ساختار خاصش می‌تواند اثر پیزوالکتریک را تجربه کند. این ماده از الگوی تکراری اتم‌های مثبت سیلیکون و اتم‌های منفی اکسیژن تشکیل شده است. زمانی که این الگو تحت فشار یا کشش قرار می‌گیرد، آرایش اتم‌ها تغییر می‌کند و بارها به شکلی نامتقارن توزیع می‌شوند. بارهای منفی و مثبت در بخش‌های مختلف کوارتز جمع می‌شوند، میدانی الکتریکی ایجاد می‌کنند و حالت الکتریکی ماده را تغییر می‌دهد.

ویسی و همکارانش در دانشگاه مانش که در منطقه‌ی باستانی و طلاخیز ملبورن قرار دارد، گمان می‌کردند که تغییر در حالت الکتریکی می‌تواند انرژی موردنیاز برای نانوذرات طلا در سیالات و تعامل با سطح کوارتز را کاهش دهد و بدین صورت، واکنشی شیمیایی را فعال کند که قبلاً امکان‌پذیر نبود. آن‌ها دریافتند که اثر پیزوالکتریک ممکن است به نانوذرات امکان دهد تا به‌هم بچسبند و جمع شوند.

محققان برای آزمایش ایده‌ی مطرح‌شده، میدانی الکتریکی را شبیه‌سازی کردند که کوارتز می‌توانست براثر قرارگیری تحت فشارهایی مانند زمین‌لرزه، تولید کند. سپس، کریستال‌های کوارتز را در ماده‌ی سیالی که حاوی نانوذرات طلا و دیگر ترکیبات طلا بود، قرار دادند و درنهایت دریافتند که کوارتز تحت نیرویی مانند موج‌های زمین‌لرزه، می‌تواند ولتاژ کافی برای شروع تجمع نانوذرات را تولید کند.

یافته‌های مطالعه به سازوکار جالبی اشاره دارد که دست‌کم، می‌تواند عامل تشکیل بخشی از توده‌های بزرگ طلا در پوسته‌ی زمین باشد؛ به‌ ویژه، در ذخایر «کوه‌زایی» که محل برخورد صفحات تکتونیکی و شکل‌گیری کوه‌ها است.

جیمز ساندرز، مشاور فنی زمین‌شناسی، می‌گوید: «به نظر می‌رسد که زمین‌لرزه‌های دوره‌ای نقش مهمی در کمک به شکل‌گیری ذخایر ارزشمند طلا دارند.» او همچنین اعلام کرده است که به مشارکت در مطالعات آینده و پرداختن به جزئیات این فرآیند علاقه دارد؛ از جمله زمان موردنیاز برای ایجاد چنین ذخایری توسط نیروهای زمین‌لرزه‌ای و دلیل تشکیل توده‌های بزرگ طلا در برخی شکاف‌های کوارتز، در حالی که زمین‌لرزه به طور واضح باید فشار یکسانی را به همه‌ی شکاف‌ها وارد کند.

اوبریا آدامز، زمین‌شناس در دانشگاه کلمبیا، می‌گوید: «مطالعه‌ی اثر پیزوالکتریک در مقیاس بزرگ، ممکن است دشوار باشد. سنجش این فشارها در آزمایشگاه آسان است، اما اندازه‌گیری آن‌ها در پوسته‌ی زمین بسیار دشوارتر است.»

ویسی و تیمش قصد دارند در آینده پارامترهای آزمایشی خود را گسترش و با بررسی فشارها یا دماهای مختلف، نظریه‌شان را تحت آزمایش بیشتری قرار دهند. او می‌گوید: «مطالعه‌ی فعلی، به نوعی فقط پژوهشی اولیه و آزمایشی است. من مشتاقم تا ببینم که به کجا می‌رسد.»