Ο χρυσός της Γης ξεκινά το ταξίδι του βαθιά κάτω από τα υποθαλάσσια ηφαίστεια, όπου η επαναλαμβανόμενη τήξη του μανδύα απελευθερώνει το μέταλλο μέσα στο ανερχόμενο μάγμα.
Βαθιά κάτω από τα υποθαλάσσια ηφαίστεια, η Γη ενδέχεται να λειτουργεί μια φυσική «κουζίνα χρυσού».
Αναλύοντας ηφαιστειακό γυαλί από το νησιωτικό τόξο Κέρμαντεκ, βόρεια της Νέας Ζηλανδίας, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο πλούσιος σε νερό μανδύας λιώνει επανειλημμένα κάτω από τις ζώνες καταβύθισης, συγκεντρώνοντας σταδιακά τον χρυσό στο ανερχόμενο μάγμα.
Η διαδικασία αυτή λειτουργεί επειδή η έντονη τήξη διασπά τα πλούσια σε θείο ορυκτά που κανονικά παγιδεύουν τον χρυσό, απελευθερώνοντας έτσι το μέταλλο μέσα στο λιωμένο πέτρωμα.
Η κρυφή «κουζίνα χρυσού» της Γης ενδέχεται να λειτουργεί πολύ κάτω από τον πυθμένα του ωκεανού. Τα νησιωτικά τόξα, αλυσίδες ηφαιστείων που αναπτύσσονται πάνω από ζώνες καταβύθισης όπου μια ωκεάνια πλάκα βυθίζεται κάτω από μια άλλη, είναι συχνά ασυνήθιστα πλούσια σε χρυσό.
Οι επιστήμονες συζητούν εδώ και χρόνια για ποιο λόγο αυτές οι περιοχές γίνονται τόσο εμπλουτισμένες.
Νέα έρευνα με επικεφαλής τον Δρ. Κρίστιαν Τιμ, θαλάσσιο γεωλόγο στο Κέντρο Ωκεανικών Ερευνών GEOMAR Helmholtz στο Κίελο, προσφέρει μια βαθύτερη εξήγηση.«Η έρευνά μας δείχνει ότι η τήξη του ένυδρου μανδύα κάτω από τα νησιωτικά τόξα αποτελεί βασικό μοχλό για τον εμπλουτισμό σε χρυσό», αναφέρει ο Τιμ.
«Σε αυτά τα περιβάλλοντα, ο μανδύας συμπεριφέρεται ως ένα σύστημα τήξης πολλαπλών σταδίων που συγκεντρώνει σταδιακά τον χρυσό».
Το ηφαιστειακό γυαλί διατηρεί το αρχαίο μάγμα
Για να διερευνήσουν πώς συμπεριφέρεται ο χρυσός και άλλα ευγενή μέταλλα κατά την τήξη του μανδύα κάτω από υποθαλάσσιες ζώνες καταβύθισης, οι ερευνητές μελέτησαν 66 δείγματα ηφαιστειακού γυαλιού που συλλέχθηκαν από τον πυθμένα της θάλασσας κατά μήκος του νησιωτικού τόξου Κέρμαντεκ και της γειτονικής Τάφρου Χάβρη, βόρεια της Νέας Ζηλανδίας.
Το ηφαιστειακό γυαλί σχηματίζεται όταν η υποθαλάσσια λάβα ψύχεται εξαιρετικά γρήγορα.
Αυτή η απότομη ψύξη «κλειδώνει» το μεγαλύτερο μέρος της αρχικής χημικής σύνθεσης του μάγματος, προσφέροντας στους επιστήμονες ένα πολύτιμο αρχείο των συνθηκών που επικρατούν βαθιά κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας.
Τα πιο αποκαλυπτικά δείγματα ήταν τα λεγόμενα πρωτογενή (ή αρχέγονα) γυαλιά. Αυτά διατηρούν τη χημεία του αρχικού μάγματος προτού η κρυστάλλωση αλλάξει τη σύνθεσή του.
«Όταν αναλύσαμε αυτά τα δείγματα, διαπιστώσαμε ότι οι συγκεντρώσεις χρυσού σε αυτά είναι συχνά αρκετές φορές υψηλότερες από εκείνες αντίστοιχων μαγμάτων από μεσοωκεάνιες ράχες», αναφέρει ο Τιμ. «Αυτό έθεσε το βασικό ερώτημα: ποιες διεργασίες ευθύνονται για αυτόν τον εμπλουτισμό;»
Οι ερευνητές μέτρησαν τον χρυσό σε εξαιρετικά χαμηλές συγκεντρώσεις και τον συνέκριναν με άλλα χαλκόφιλα («φιλόθεια») στοιχεία, συμπεριλαμβανομένου του αργύρου, του χαλκού, του σεληνίου και του λευκόχρυσου (πλατίνας).
Επειδή αυτά τα στοιχεία αντιδρούν με παρόμοιο τρόπο κατά την τήξη, τα χημικά τους πρότυπα μπορούν να αποκαλύψουν τι συνέβαινε στο εσωτερικό του μανδύα.
Τα χημικά στοιχεία δείχνουν επαναλαμβανόμενη τήξη
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο μανδύας κάτω από το νησιωτικό τόξο Κέρμαντεκ λιώνει παρουσία νερού και σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες, πάνω από τη γραμμή υγροποίησης των θειούχων (sulfide liquidus).
Σε αυτό το σημείο, τα θειούχα ορυκτά μπορούν να αρχίσουν να διασπώνται εντελώς.
Υπό αυτές τις συνθήκες, το μάγμα διατηρεί αναλογίες αργύρου προς χαλκό που μοιάζουν με εκείνες που απαντώνται στον μανδύα.
Η ομάδα ανίχνευσε επίσης αρχικές συγκεντρώσεις χρυσού έως και έξι νανογραμμάρια ανά γραμμάριο πετρώματος. Αν και αυτή η ποσότητα μπορεί να ακούγεται απειροελάχιστη, είναι ασυνήθιστα υψηλή για μάγμα που προέρχεται από τον μανδύα.
Τα δείγματα περιείχαν επίσης αναλογίες χρυσού προς χαλκό πολύ υψηλότερες από εκείνες που έχουν μετρηθεί σε γόνιμο μανδύα και σε πρωτογενείς βασάλτες μεσοωκεάνιων ραχών.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτά τα χημικά σήματα εξηγούνται καλύτερα από μια μανδυακή πηγή η οποία είχε ήδη εξαντληθεί από προηγούμενη τήξη και στη συνέχεια έλιωσε ξανά.
Η κύρια διεργασία που εμπλουτίζει αυτά τα μάγματα με χρυσό φαίνεται να είναι η υψηλού βαθμού, πολλαπλών σταδίων τήξη ενός πλούσιου σε νερό και οξειδωμένου μανδύα.
Παρά τις αυξημένες τιμές, τα πετρώματα δεν περιέχουν αρκετό χρυσό ώστε να είναι εμπορικά εκμεταλλεύσιμα.
Τα οικονομικά βιώσιμα κοιτάσματα θα απαιτούσαν συγκεντρώσεις αρκετές τάξεις μεγέθους υψηλότερες.
Το νερό βοηθά τον μανδύα να λιώσει
Οι ερευνητές αρχικά υποψιάζονταν ότι το νερό που απελευθερώνεται από την καταβυθιζόμενη πλάκα ίσως ήλεγχε άμεσα την ποσότητα του χρυσού που εισερχόταν στο μάγμα.
Τα νέα δεδομένα υποδηλώνουν μια πιο περίπλοκη διαδικασία.
«Αρχικά υποθέταμε ότι το νερό που απελευθερώνεται από τη ζώνη καταβύθισης ήλεγχε άμεσα τον εμπλουτισμό σε χρυσό», αναφέρει ο Τιμ. «Ωστόσο, τα δεδομένα μας δείχνουν ότι το νερό κυρίως διευκολύνει την τήξη του μανδύα.
Ο βασικός παράγοντας για τις υψηλές συγκεντρώσεις χρυσού είναι ο υψηλός —και εν μέρει επαναλαμβανόμενος— βαθμός τήξης».
Το νερό επομένως φαίνεται να λειτουργεί κυρίως ως έναυσμα που βοηθά το πέτρωμα του μανδύα να λιώσει πιο εκτεταμένα.
Όσο πιο έντονη και επαναλαμβανόμενη γίνεται η τήξη, τόσο πιο αποτελεσματικά μπορεί να μεταφερθεί ο χρυσός στο μάγμα.
Η χημική θέση του χρυσού στο εσωτερικό του μανδύα είναι επίσης σημαντική.
«Ο χρυσός στον μανδύα είναι συνήθως δεσμευμένος σε θειούχα ορυκτά», εξηγεί ο Τιμ.
«Σε υψηλούς βαθμούς τήξης, αυτά τα ορυκτά διασπώνται, απελευθερώνοντας πλήρως τον χρυσό τους μέσα στο λιωμένο πέτρωμα».
Αυτό σημαίνει ότι ο χρυσός μπορεί να παραμείνει παγιδευμένος κατά τη διάρκεια περιορισμένης τήξης.
Ωστόσο, μόλις η τήξη γίνει αρκετά έντονη ώστε να καταστρέψει τα θειούχα ορυκτά, ο αποθηκευμένος χρυσός απελευθερώνεται και εισέρχεται στο ανερχόμενο μάγμα.
«Τα αποτελέσματά μας αποδεικνύουν ότι ο εμπλουτισμός σε χρυσό δεν είναι το αποτέλεσμα ενός μεμονωμένου γεγονότος τήξης, αλλά πολλών σταδίων», προσθέτει ο Τιμ.
«Μόνο η επαναλαμβανόμενη τήξη επιτρέπει στον χρυσό να συγκεντρωθεί έντονα στο μάγμα».
Η αρχή του γεωλογικού ταξιδιού του χρυσού
Τα ευρήματα ενισχύουν την κατανόηση των επιστημόνων σχετικά με τα πλούσια σε χρυσό κοιτάσματα που σχετίζονται με ενδοωκεάνια νησιωτικά τόξα, όπως το Τόξο Κέρμαντεκ.
Δείχνουν ότι η επαναλαμβανόμενη, υποβοηθούμενη από το νερό τήξη του μανδύα επηρεάζει έντονα την ποσότητα του χρυσού που μεταφέρεται προς τα πάνω από το μάγμα.
Τα αποτελέσματα μετατοπίζουν επίσης μέρος της εξήγησης για τα κοιτάσματα χρυσού βαθύτερα στο εσωτερικό του πλανήτη.
Οι διεργασίες κοντά στην επιφάνεια εξακολουθούν να καθορίζουν εάν τελικά θα σχηματιστούν συμπυκνωμένα κοιτάσματα, όμως η χημική ιστορία του μανδύα κάτω από τις ζώνες καταβύθισης ενδέχεται να καθορίζει τις αρχικές συνθήκες πολύ πριν το μάγμα αναδυθεί.
Ο ίδιος μηχανισμός θα μπορούσε να βοηθήσει να εξηγηθεί γιατί τα υδροθερμικά θειούχα κοιτάσματα κατά μήκος των υποθαλάσσιων νησιωτικών τόξων περιέχουν συχνά ασυνήθιστα μεγάλες ποσότητες χρυσού.
Αυτά τα κοιτάσματα σχηματίζονται όταν θερμά, πλούσια σε μέταλλα υγρά κυκλοφορούν μέσα από ηφαιστειακές περιοχές κάτω από τον ωκεανό.
«Ο μηχανισμός που εντοπίσαμε θα μπορούσε να συμβάλει στις αυξημένες περιεκτικότητες χρυσού που παρατηρούνται στα υδροθερμικά συστήματα των ζωνών καταβύθισης», αναφέρει ο Τιμ.
«Ωστόσο, αυτή η σύνδεση πρέπει να διερευνηθεί περαιτέρω».
«Στην πραγματικότητα, εξετάζουμε το πρώτο βήμα στον κύκλο ζωής του χρυσού», καταλήγει ο Τιμ.
«Ξεκινά με τη μεταφορά του χρυσού από τον μανδύα σε ένα λιωμένο πέτρωμα που τελικά σχηματίζει ηφαίστεια. Η αλχημεία ξεκινά πολύ πριν το μέταλλο φτάσει στην επιφάνεια».
