Під морським дном ховається справжня «золота кухня» Землі. Острівні дуги над зонами субдукції, де одна океанічна плита занурюється під іншу, часто містять підвищену кількість золота. Міжнародна команда вчених вирішила дослідити, чому це відбувається.
«Головний фактор — водонасичене плавлення мантії під острівними дугами. Воно відбувається поетапно, і з кожним циклом концентрація золота зростає», — пояснює морський геолог Крістіан Тімм із Центру океанічних досліджень Гельмгольца у Кілі (GEOMAR).
Дослідники проаналізували 66 зразків вулканічного скла з дна океану вздовж острівної дуги Кермадек і сусіднього тилового басейну Хавр (північ від Нової Зеландії). Такі вулканічні стекла утворюються, коли лава швидко остигає під водою, що дозволяє зберегти хімічний склад вихідної магми. Результати опубліковані в журналі Communications Earth & Environment.
«Ми виявили, що концентрація золота у цих зразках у кілька разів вища, ніж у магмі серединно-океанічних хребтів. Це ставить питання: які процеси відповідають за таке збагачення?» — додає дослідник.
Дослідники вимірювали зміст золота з високою точністю і порівнювали його з іншими елементами, які «люблять сірку», — сріблом, міддю, селеном і платиновими металами. Оскільки ці елементи поводяться подібним чином при плавленні, вони допомагають зрозуміти, що відбувається глибоко у мантії.
Виявилося, що мантія під дугою Кермадек зазнає водонасиченого плавлення при високих температурах, достатніх для розплавлення сульфідів. У цих умовах співвідношення срібла до міді в магмі близьке до мантійного.
Концентрація золота досягала 6 нанограмів на грам породи, а співвідношення золота до міді перевищувало показники родючої мантії та базальтів серединно-океанічних хребтів.
«Збагачення золотом — не результат одноразового плавлення, а багатоступеневого процесу. Лише повторне плавлення дозволяє золоту концентруватися у магмі. Спочатку ми думали, що головну роль відіграє вода з зони субдукції, але виявилося, що вона лише полегшує плавлення. Основний фактор — висока, а частково й повторна ступінь плавлення», — пояснює Тімм.
Не менш важливим є хімічний стан золота у мантії. «Зазвичай воно пов’язане з сульфідними мінералами. За високих ступенів плавлення ці мінерали руйнуються, і золото повністю вивільняється у розплав», — додає геолог.
Ці результати допомагають зрозуміти, чому гідротермальні сульфідні родовища уздовж підводних дуг часто багаті на золото — хоча цей зв’язок ще потребує детальнішого вивчення.
«Ми фактично спостерігаємо перший етап життєвого циклу золота: його перехід з мантії до розплаву, з якого згодом утворюються вулкани. Алхімія починається задовго до того, як метал досягає поверхні», — підсумовує Тімм.
Хоча концентрації золота підводні дуги високі з погляду геології, для економічного видобутку вони мають бути в рази більшими.