Skąd się wzięło złoto na powierzchni Ziemi?
Na Ziemi wyczerpuje się złoto – ma go starczyć już tylko na 50 lat. Mowa jednak o tym złocie, które znajduje się na powierzchni Ziemi i bezpośrednio pod nią. Tymczasem głęboko w ziemskim jądrze kryją się jeszcze wielkie pokłady tego cennego kruszcu, do których... niestety nie mamy jak dotrzeć. To złoto w trakcie formowania się planety spłynęło w sam jej środek. Skąd więc jednak złoto na powierzchni? Jest kilka teorii, ostatnio temat znów wrócił.
Na Przystanku Nauka pisaliśmy o teorii, wedle której złoto, które ulokowane jest płycej niż w jądrze planety (gdzie teoretycznie powinno być), znalazło się na Ziemi w wyniku bombardowania deszczu meteorytów o potężnej masie, które miało miejsce niedługo po tym, jak Ziemia już się uformowała [artykuł: Skąd wzięło się złoto na Ziemi?]. W płaszczu Ziemskim pokłady złota są o wiele bardziej obfite, niż gdyby całe złoto uczestniczyło od początku w powstawaniu naszej planety. Ta koncepcja nie tłumaczy jednak, skąd w niektórych miejscach skorupy Ziemskiej - a więc najpłycej, tak gdzie złoto jest dla nas dostępne - większe niż gdzie indziej nagromadzenie tego cennego pierwiastka. Grupa naukowców z kilku krajów pracująca pod egidą hiszpańskiego Uniwersytetu w Grenadzie rzuciła nowe światło na tę jedną z najbardziej intrygujących zagadek geologicznych naszej planety.
W swojej pracy, której wyniki opublikowano na łamach czasopisma „Nature Communications”, badacze starają się wyjaśnić, jak złoto na wierzchną warstwę Ziemi przybyło z jej wnętrza. Wedle teorii, o której pisaliśmy wcześniej, ziemskie złoto ma dwa źródła. Pierwsza, największa część była "z nami" od początku (jak cała masa Ziemi, pochodzi z pyłu kosmicznego, z którego powstał Układ Słoneczny) i kiedy planeta formowała się, całe złoto, jako cięższe niż inne pierwiastki, spłynęło do jądra planety. Drugi raz złoto miało nas „zbombardować” już po ustabilizowaniu się jądra i dlatego ten złoty deszcz ma być źródłem złota znajdującego się bliżej powierzchni.
Nowa hipoteza mówi o tym, że to niezwykłym bogatctwem niektórych rejonów stoi tak zwany "pióropusz płaszcza ziemskiego". Dowody, które dały początek temu twierdzeniu, znaleziono w argentyńskiej Patagonii. Było to jednocześnie pierwsze na kontynencie południowoamerykańskim odkrycie głębokich podziemnych warstw złota, osadzonych 70 km pod powierzchnią.
– Wnętrze Ziemi jest podzielone na trzy warstwy: skorupę, płaszcz i jądro – wyjaśnia José María González z Uniwersytetu w Grenadzie. – Minerały, które wydobywamy i które wspierają naszą gospodarkę ,mieszczą się w skorupie, czyli wierzchnej warstwie planety. I chociaż dobrze nauczyliśmy się z nich korzystać, to wciąż niewiele wiemy o ich pochodzeniu. Poszukiwanie złota było uzasadnieniem dla wielkich migracji, wypraw, a nawet wojen, ale pytanie o to, jak powstało, wciąż wymaga odpowiedzi.
Płaszcz ziemski jest warstwą pośrednią, oddzielającą skorupę od jądra, ale równocześniej jest to największa warstwa, stanowiąca ok. 70 procent masy Ziemi. Jego górna, najbardziej zewnętrzna część rozpoczyna się mniej więcej 17 kilometrów pod powierzchnią w przypadku oceanów i ocenów i 70 kilometrów w przypadku kontynentów.
– Taki dystans jest jest dla człowieka nieosiągalny. Ponieważ nie mamy sposobu na dostarcie do płaszcza, nie mamy też żadnej bezpośredniej wiedzy na jego temat – uzupełnia González. Podstawowym źródłem informacji na temat płaszcza są więc dla nas fale sejsmiczne, które powzwalają określić właściwości znajdujących się tam skał. Nie da się jednak w każdym przypadku stwierdzić, na ile o odczytanej prędkości fal decyduje ciśnienie, na ile temperatura, a na ile skład chemiczny skał, dlatego wszystkie teorie cechują się pewnym zakresem niepewności.
Choć więc nie możemy dotrzeć do płaszcza, to na szczęście – dzięki wybuchom wulkanicznym, które wynoszą skały zwane ksenolitami – wyrywki płaszcza mogą dotrzeć na powierzchnię. Opisywane tu badania oparte są właśnie o odnalezione ksenolity, wewnątrz których badacze odnaleźli drobne, cienkie jak ludzki włos fragmenty złota w formie rodzimej (naturalnej, nieprzetworzonej przez człowieka), pochodzące z głębi ziemskiego płaszcza.
Zespół naukowców bada region Masywu Deseado w Patagonii, jednego z największych złotonośnych regionów świata, którego kopalnie złota wciąż są eksploatowane. Dzięki bardzo wysokiej koncentracji złota w tej okolicy, badacze mogli na podstawie przeprowadzonych tam badań określić, dlaczego złoża minarałów są zwykle ograniczone do niektórych regionów świata. Ich hipoteza polega na tym, że płaszcz ziemski jest w stanie wynosić na powierzchnię (albo raczej tuż pod) złoża złota właśnie w tej okolicy i w miejscach o podobnej historii geologicznej.
– Historia sięga czasów sprzed 200 milionów lat, kiedy Afryka i Ameryka Południowa były częścią tego samego kontynentu – wyjaśnia dalej González. – Ich rozdzielenie było spowodowane przez wznoszenie się pióropusza płaszcza (strumienia nagrzanej materii), który rozbił znacznie bardziej kruchą od siebie skorupę i doprowadził do rozdzielenie się kontynentów. Wznoszenie się pióropusza z głębszej części przez cały płaszcz sprawiło, że wytworzyły się w nim odpowiednie chemiczne warunki do wzbogacenia płaszcza o metale, z czasem nawet do wytworzenia złóż złota. Ruchy nachodzących na siebie płyt tektonicznych sprawiły, że część metali wydostała się wyżej i skoncentorwała się w niektórych regionach skorupy ziemskiej.
Źródłowe badania: Santiago Tassara et al, Plume-subduction interaction forms large auriferous provinces, „Nature Communications” (2017). DOI: 10.1038/s41467-017-00821-z
Opracowano na podstawie artykułu „Scientists reveal the mystery about the origin of gold” opublikowanego w serwisie Phys.org oraz innych źródeł.
