Jak vznikají v zemské kůře zlaté nugety?

Odkud se berou zlaté nugety? Zlata je přece v zemské kůře jen velice málo. Proč se tento vzácný kov hromadí často právě v křemenných žilách? (délka blogu 5 min.)

Zlato

Zlato je chemický prvek, který se v přírodě vyskytuje v podobě jen jednoho jediného izotopu. Takových prvků je poměrně málo - zlato je například v pořadí 19. takovým prvkem - a to přesto, že je v Mendělejevově tabulce až na 79. místě.

Na hmotě vesmíru se zlato podílí přibližně 0,6 ng/kg. Tím se stává 69. nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru. Zlato je v něm tedy zhruba stejně běžné jako stříbro nebo rhodium, ale mnohem méně běžné než například platina.

Na materiálu Země se zlato podílí v průměru 0,26 mg/kg a je tedy 52. nejběžnějším prvkem na naší planetě. Protože jde ale o velmi těžký prvek, který zároveň málo reaguje s ostatními chemickými prvky, je jeho výskyt v zemské kůře daleko vzácnější než v hlubších vrstvách Země. Na materiálu zemské kůry se podílí 4 μg/kg - což mu zajišťuje 75. místo v pořadí nejčastějších chemických prvků. Pokud tedy hledáme zlato, je ho ve vesmíru paradoxně daleko více než za Zemi, stejně jako je tomu například v případě platiny.

Zlato je pověstné tím, že se vyskytuje v naší přírodě ve formě kovových nugetů, zatímco minerálů, kde by bylo součástí komplexnější struktury, existuje jen velmi málo. Za zmínku stojí jen Calaverit, který má chemický vzorec AuTe2.

Záhada zlatých nugetů

Zlato bylo už od pradávna nejcennějším kovem. Používalo se k výrobě šperků a předmětů pro kultovní obřady. Zlaté valounky lidé odedávna nacházeli v korytech řek. Při tzv. rýžování se využívá vysoká měrná hustota zlata. Při promíchání usazenin z řeky se těžší materiál (zlato) usazuje ve spodní části misky, dá se tedy poměrně lehce separovat.

Jak ale vůbec vznikají větší nebo menší nugety? Vždyť zlato je málo chemicky aktivní - chemickou cestou tedy běžně nugety vznikat nemohou, když pomineme několik málo výjimek, kde hraje roli aktivátoru ropa, uranová ruda nebo arsen. Některé nalezené nugety váží i desítky kilogramů. Takové zlato se nachází především v křemenných nalezištích - a není ho málo, v křemenných žilách se nachází zhruba 75 procent zásob zlata. Ukázalo se, že na vině je tentokrát skutečně… fyzika.

^{Obrázek: Ilustrace, zlaté nugety. Zdroj: D. Tenzler}

Piezoelektrické vlastnosti křemene

Jev, který pomáhá koncentrovat ve vodě rozpuštěné zlato do úhledných nugetů, se používá i například v elektronice nebo k měření času hodinkami.

Když je na křemen vyvinut tlak, přesouvá se v něm elektrický náboj a vytváří se elektrické napětí. To platí samozřejmě i na přírodní naleziště křemene, když jsou vystavena mechanickému působení. Jedná se o 0,01 až 0,03 V na metr.

To na první pohled není moc - ale i toto nízké napětí stačí k ovlivnění chemických reakcí na povrchu piezoelektrických minerálů.

Díky elektrickému napětí se zlato, které je rozpuštěné ve vodě (tato voda naplňuje póry materiálu, ve kterém se zlato bude ukládat), přednostně ukládá na určitých specifických místech – a tvoří tak hrudky, tedy pozdější zlaté nugety.

Rozpustnost zlata v kapalinách je pouze kolem jedné části na milion (ppm). K vytvoření nugetu, který váží 10 kg je tedy potřeba deset milionů litrů vody, ve které je zlato rozpuštěno. Navíc by se při jeho vysrážení měly tvořit spíše tenké povlaky na stěnách puklin - a ne robustní valounky.

Laboratorní experimenty

Vědci simulovali jev v laboratoři. Vzorky z čistého křemene ponořili do kapaliny s rozpuštěným zlatem. Pak vystavili křemen mechanickým změnám - vibracím. Tento pokus nebyl vybrán náhodně - podobné vibrace totiž vznikají v zemské kůře při zemětřeseních. Vědci zvolili frekvenci, podobnou té, která je během zemětřesení běžná (20 Hz).

Zatímco se u kontrolních vzorků, které zůstaly v klidu, nepozorovala žádná změna, začaly se u vibrujících křemenů na povrchu objevovat drobné zlaté usazeniny s velikostí jednoho nebo dvou mikrometrů. Ukázalo se, že atomy zlata preferují místo, kde se v křemeni už nachází zlatá příměs. Ta pak působí jako elektroda, která přitahuje další částice vzácného kovu.

Zemětřesení jako důvod pro vznik zlatých nugetů

Vibrace, které se pozorují při zemětřesení, tedy zjevně přispívají k tvorbě zlatých valounů. Na jedné straně tyto vibrace vytvářejí v podzemí trhliny, kterými mohou protékat tekutiny obsahující zlato. Usazování zlata pak urychluje piezoelektrický efekt v křemenných žilách, který je následkem mechanických vibrací. S každým dalším zemětřesením pak nuget dál roste. Největší nalezené nugety se vytvořily v ložiscích zlata mezi tektonickými deskami - a váží i několik desítek kilogramů.

^{Zdroje: doi: 10.1038/s41561-024-01514-1, Odkaz}