Новое исследование показывает, что накопление золота глубоко под островными дугами происходит в результате многократного высокотемпературного плавления обводненной мантии, а не в ходе единичного процесса. Далеко под океанским дном работает "золотая кухня" Земли.
Вулканические островные дуги формируются над зонами субдукции, где одна океаническая плита погружается под другую, и эти регионы часто необычайно богаты золотом. Ученые долго спорили о причинах этого явления. Команда под руководством доктора Кристиана Тимма, морского геолога из Центра океанических исследований имени Гельмгольца GEOMAR в Киле, предложила новые ответы, пишет SciTechDaily.
"Наше исследование показывает, что плавление обводненной мантии под островными дугами является ключевым фактором обогащения золотом", – пояснил Тимм. "В этих условиях мантия ведет себя как многоступенчатая система плавления, которая постепенно концентрирует золото".
Улики в стекле на морском дне
Чтобы понять, как золото и другие благородные металлы ведут себя при плавлении мантии, исследователи изучили 66 образцов вулканического стекла, собранных на морском дне вдоль островной дуги Кермадек и близлежащего прогиба Гавр к северу от Новой Зеландии. Эти стекла образуются, когда лава быстро остывает под водой, сохраняя первоначальный химический состав магмы.
Одними из наиболее показательных образцов стали "примитивные стекла", которые отражают состояние магмы до того, как она изменится в процессе кристаллизации. "Когда мы проанализировали эти образцы, мы обнаружили, что концентрация золота в них часто в несколько раз выше, чем в сопоставимых магмах срединно-океанических хребтов", – отметил Тимм. "Это породило ключевой вопрос: какие процессы ответственны за такое обогащение?"
Команда измеряла содержание золота наряду с другими халькофильными ("любящими серу") элементами, такими как серебро, медь, селен и платина. Поскольку эти элементы ведут себя одинаково во время плавления, они помогают раскрыть условия глубоко внутри мантии.
Чтение химических сигналов мантии
Результаты показывают, что мантия под дугой Кермадек плавится в присутствии воды при относительно высоких температурах. В этих условиях магмы демонстрируют соотношение серебра к меди, аналогичное тому, что встречается в мантии.
В то же время исследователи зафиксировали исходную концентрацию золота до шести нанограммов на грамм породы. Соотношение золота к меди также значительно выше, чем в фертильной мантии и типичных базальтах срединно-океанических хребтов.
Эти закономерности указывают на то, что мантия уже была истощена, а затем расплавилась снова. Повторное высокотемпературное плавление обводненной и окисленной мантии представляется основным процессом, концентрирующим золото в этих магмах.
Хотя эти уровни высоки в геологическом понимании, они слишком низки для добычи. Экономически выгодные месторождения потребовали бы концентраций на несколько порядков выше.
Когда мантия плавится снова и снова
"Изначально мы предполагали, что вода, высвобождаемая из зоны субдукции, напрямую контролирует обогащение золотом", – заявил Тимм. "Однако наши данные показывают, что вода в основном способствует плавлению мантии. Ключевым фактором для высоких концентраций золота является высокая – и отчасти повторная – степень плавления".
Химическая форма золота также играет важную роль. "Золото в мантии обычно связано в сульфидных минералах", – разъяснил Тимм. "При высоких степенях плавления эти минералы разрушаются, полностью высвобождая золото в расплав".
"Наши результаты демонстрируют, что обогащение золотом – это не результат одного акта плавления, а итог нескольких стадий", – добавил он. "Только повторное плавление позволяет золоту сильно сконцентрироваться в магме".
Первый шаг в путешествии золота
Данное исследование проливает новый свет на то, как формируются богатые золотом месторождения в интраокеанических островных дугах, таких как дуга Кермадек. Оно показывает, что многократное плавление мантии при содействии воды контролирует, сколько золота попадает в поднимающиеся магмы.
Полученные данные смещают фокус внимания глубже под землю, подчеркивая, что химическая эволюция мантии играет важную роль наряду с приповерхностными процессами в формировании месторождений золота.
Они также могут помочь объяснить, почему гидротермальные сульфидные месторождения вдоль подводных островных дуг часто богаты золотом. "Выявленный нами механизм может способствовать повышенному содержанию золота, наблюдаемому в гидротермальных системах в зонах субдукции", – подчеркнул Тимм. "Однако эта связь всё еще требует дальнейшего изучения".
"Мы фактически наблюдаем первый шаг в жизненном цикле золота", – заключил Тимм. "Он начинается с перехода золота из мантии в расплав, который со временем образует вулканы. Алхимия начинается задолго до того, как металл достигает поверхности".
Ранее УНИАН сообщал, что в глубинах Кораллового моря обнаружили сотни неизвестных науке существ.
