Βαθιά κάτω από τα νησιωτικά τόξα, νέα έρευνα υποδηλώνει ότι ο εμπλουτισμός σε χρυσό προέρχεται από επαναλαμβανόμενη τήξη υψηλού βαθμού ενός ένυδρου μανδύα, παρά από μια μεμονωμένη διαδικασία.
Πολύ κάτω από τον πυθμένα του ωκεανού, η «κουζίνα χρυσού» της Γης βρίσκεται σε λειτουργία. Τα ηφαιστειακά νησιωτικά τόξα σχηματίζονται πάνω από ζώνες καταβύθισης, όπου μια ωκεάνια πλάκα βυθίζεται κάτω από μια άλλη, και αυτές οι περιοχές είναι συχνά ασυνήθιστα πλούσιες σε χρυσό.
Οι επιστήμονες συζητούν εδώ και καιρό το γιατί. Μια ομάδα με επικεφαλής τον Δρ. Christian Timm, θαλάσσιο γεωλόγο στο Κέντρο Ωκεάνιων Ερευνών GEOMAR Helmholtz στο Κίελο, προσφέρει νέες απαντήσεις.
«Η έρευνά μας δείχνει ότι η τήξη του ένυδρου μανδύα κάτω από τα νησιωτικά τόξα είναι ο βασικός μοχλός του εμπλουτισμού σε χρυσό», λέει ο Timm. «Σε αυτά τα περιβάλλοντα, ο μανδύας συμπεριφέρεται ως ένα σύστημα τήξης πολλαπλών σταδίων που συγκεντρώνει προοδευτικά τον χρυσό».
Στοιχεία από το γυαλί στον πυθμένα της θάλασσας
Για να κατανοήσουν πώς συμπεριφέρεται ο χρυσός και άλλα ευγενή μέταλλα κατά την τήξη του μανδύα, οι ερευνητές εξέτασαν 66 δείγματα ηφαιστειακού υάλου που συλλέχθηκαν από τον πυθμένα της θάλασσας κατά μήκος του νησιωτικού τόξου Κέρμαντεκ (Kermadec) και της γειτονικής τάφρου Χάβρη (Havre), βόρεια της Νέας Ζηλανδίας.
Αυτά τα υαλώδη πετρώματα σχηματίζονται όταν η λάβα κρυώνει απότομα κάτω από το νερό, διατηρώντας την αρχική χημική σύσταση του μάγματος. Ορισμένα από τα πιο αποκαλυπτικά δείγματα ήταν “πρωτογενή υαλώδη πετρώματα“, τα οποία αντικατοπτρίζουν το μάγμα προτού αυτό αλλοιωθεί μέσω της κρυστάλλωσης.
«Όταν αναλύσαμε αυτά τα δείγματα, διαπιστώσαμε ότι οι συγκεντρώσεις χρυσού σε αυτά είναι συχνά αρκετές φορές υψηλότερες από εκείνες αντίστοιχων μαγμάτων από μεσοωκεάνιες ράχες», λέει ο Timm. «Αυτό έθεσε το βασικό ερώτημα: Ποιες διεργασίες ευθύνονται για αυτόν τον εμπλουτισμό;»
Η ομάδα μέτρησε τον χρυσό παράλληλα με άλλα χαλκόφιλα («φιλικά προς το θείο») στοιχεία, όπως ο άργυρος, ο χαλκός, το σελήνιο και ο λευκόχρυσος. Επειδή αυτά τα στοιχεία συμπεριφέρονται με παρόμοιο τρόπο κατά την τήξη, βοηθούν στην αποκάλυψη των συνθηκών που επικρατούν βαθιά μέσα στον μανδύα.
Διαβάζοντας τα χημικά σήματα του μανδύα
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο μανδύας κάτω από το Τόξο Κέρμαντεκ τήκεται παρουσία νερού σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες, πάνω από τη γραμμή στερεάς κατάστασης (solidus) των θειούχων (sulfide liquidus). Υπό αυτές τις συνθήκες, τα μάγματα παρουσιάζουν αναλογίες αργύρου προς χαλκό παρόμοιες με εκείνες που απαντώνται στον μανδύα.
Παράλληλα, οι ερευνητές ανίχνευσαν αρχικές συγκεντρώσεις χρυσού έως και έξι νανογραμμάρια ανά γραμμάριο πετρώματος. Οι αναλογίες χρυσού προς χαλκό είναι επίσης πολύ υψηλότερες από εκείνες που συναντώνται στον γόνιμο μανδύα και στους τυπικούς βασάλτες των μεσοωκεάνιων ραχών.
Αυτά τα μοτίβα υποδηλώνουν ότι ο μανδύας είχε ήδη εξαντληθεί και αργότερα τήχθηκε ξανά. Η επαναλαμβανόμενη τήξη υψηλού βαθμού ενός ένυδρου και οξειδωμένου μανδύα φαίνεται να είναι η κύρια διαδικασία που συγκεντρώνει τον χρυσό σε αυτά τα μάγματα.
Αν και αυτά τα επίπεδα είναι υψηλά με γεωλογικούς όρους, είναι πολύ χαμηλά για εξόρυξη. Τα οικονομικά αξιοποιήσιμα κοιτάσματα θα απαιτούσαν συγκεντρώσεις αρκετές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερες.
Όταν ο μανδύας λιώνει ξανά και ξανά
«Αρχικά υποθέσαμε ότι το νερό που απελευθερώνεται από τη ζώνη καταβύθισης ήλεγχε άμεσα τον εμπλουτισμό σε χρυσό», λέει ο Timm. «Ωστόσο, τα δεδομένα μας δείχνουν ότι το νερό κυρίως διευκολύνει την τήξη του μανδύα. Ο καθοριστικός παράγοντας για τις υψηλές συγκεντρώσεις χρυσού είναι ο υψηλός – και εν μέρει επαναλαμβανόμενος – βαθμός τήξης».
Η χημική μορφή του χρυσού παίζει επίσης σημαντικό ρόλο. «Ο χρυσός στον μανδύα είναι συνήθως δεσμευμένος σε θειούχα ορυκτά», εξηγεί ο Timm. «Σε υψηλούς βαθμούς τήξης, αυτά τα ορυκτά διασπώνται, απελευθερώνοντας πλήρως τον χρυσό τους μέσα στο τήγμα».
«Τα αποτελέσματά μας αποδεικνύουν ότι ο εμπλουτισμός σε χρυσό δεν είναι το αποτέλεσμα ενός μεμονωμένου γεγονότος τήξης, αλλά πολλών σταδίων», προσθέτει ο ίδιος. «Μόνο η επαναλαμβανόμενη τήξη επιτρέπει στον χρυσό να συγκεντρωθεί έντονα μέσα στο μάγμα».
Το πρώτο βήμα στο ταξίδι του χρυσού
Αυτή η μελέτη ρίχνει νέο φως στον τρόπο με τον οποίο σχηματίζονται τα πλούσια σε χρυσό κοιτάσματα στα ενδοωκεάνια νησιωτικά τόξα, όπως το Τόξο Κέρμαντεκ. Δείχνει ότι η επαναλαμβανόμενη, υποβοηθούμενη από το νερό τήξη του μανδύα ελέγχει την ποσότητα του χρυσού που εισέρχεται στα ανερχόμενα μάγματα.
Τα ευρήματα μετατοπίζουν την προσοχή βαθύτερα στο υπέδαφος, υπογραμμίζοντας ότι η χημική εξέλιξη του μανδύα παίζει σημαντικό ρόλο —παράλληλα με τις διεργασίες κοντά στην επιφάνεια— στη διαμόρφωση των κοιτασμάτων χρυσού.
Ενδέχεται επίσης να βοηθήσουν στην εξήγηση του γιατί τα υδροθερμικά θειούχα κοιτάσματα κατά μήκος των υποθαλάσσιων νησιωτικών τόξων είναι συχνά πλούσια σε χρυσό.
«Ο μηχανισμός που εντοπίσαμε θα μπορούσε να συμβάλει στις αυξημένες περιεκτικότητες χρυσού που παρατηρούνται στα υδροθερμικά συστήματα των ζωνών καταβύθισης», λέει ο Timm. «Ωστόσο, αυτή η σύνδεση πρέπει ακόμη να διερευνηθεί περαιτέρω».
«Στην πραγματικότητα εξετάζουμε το πρώτο βήμα στον κύκλο ζωής του χρυσού», καταλήγει ο Timm. «Ξεκινά με τη μεταφορά του χρυσού από τον μανδύα σε ένα τήγμα που τελικά σχηματίζει ηφαίστεια. Η αλχημεία ξεκινά πολύ πριν το μέταλλο φτάσει στην επιφάνεια».
