Ме­сто­ро­ж­де­ния са­мо­род­но­го зо­ло­та при­у­ро­че­ны глав­ным об­ра­зом к квар­це­вым жи­лам. Счи­та­ет­ся, что оно оса­ж­да­ет­ся из го­ря­чих ма­г­ма­ти­че­ских рас­тво­ров, внед­ря­ю­щих­ся по тре­щи­нам в гор­ных по­ро­дах. Од­на­ко об­ра­зо­ва­ние кру­п­ных ско­п­ле­ний зо­ло­та пред­став­ля­ет со­бой ми­не­ра­ло­ги­че­скую за­га­д­ку. Ав­стра­лий­ские уче­ные пред­по­ло­жи­ли, что де­ло — в пье­зо­элек­три­че­ских свой­ствах квар­ца, ко­то­рые под дей­стви­ем ча­стых зе­м­ле­тря­се­ний спо­соб­ству­ют об­ра­зо­ва­нию боль­ших ско­п­ле­ний дра­го­цен­но­го ме­тал­ла.

Ме­сто­ро­ж­де­ния са­мо­род­но­го зо­ло­та рас­по­ло­же­ны в гор­ных рай­о­нах по все­му ми­ру и в боль­шин­стве сво­ем свя­за­ны с квар­це­вы­ми жи­ла­ми. Из них из­в­ле­ка­ют 75 про­цен­тов это­го ме­тал­ла.

Во вре­мя зе­м­ле­тря­се­ний по тре­щи­нам под­ни­ма­ют­ся го­ря­чие гид­ро­тер­маль­ные рас­тво­ры (флю­и­ды). Обы­ч­ные для них усло­вия в зе­м­ной ко­ре — те­м­пе­ра­ту­ра от 200 до 650 гра­ду­сов Цель­сия, дав­ле­ние в один-­пять ки­ло­бар. Что­бы об­ра­зо­ва­лось ме­сто­ро­ж­де­ние квар­це­вых жил, тре­бу­ют­ся со­т­ни, да­же ты­ся­чи сей­сми­че­ских со­бы­тий, со­з­да­ю­щих гу­стую сеть тре­щин в гор­ных по­ро­дах.

С точ­ки зре­ния гео­хи­мии про­цесс оса­ж­де­ния зо­ло­та из флю­и­дов хо­ро­шо изу­чен. Ме­ха­низм ин­филь­тра­ции рас­тво­ров в тре­щи­ны то­же бо­лее ме­нее по­ня­тен. А вот об­ра­зо­ва­ние кру­п­ных зо­ло­тин в квар­це­вых жи­лах — за­га­д­ка.

Раство­ри­мость зо­ло­та во флю­и­дах рав­на од­ной ча­сти на ми­л­ли­он (1 ppm). То есть, что­бы по­лу­чить 10 ки­ло­грамм зо­ло­та, ну­ж­но взять 10 ми­л­ли­о­нов ки­ло­грамм во­ды, что рав­но­цен­но пя­ти оли­м­пий­ским пла­ва­тель­ным бас­сей­нам. Учи­ты­вая, что в жи­лах на­хо­дят кон­г­ло­ме­ра­ты зо­ло­та и квар­ца ве­сом де­сят­ки и со­т­ни ки­ло­грамм (при­чем, зо­ло­та в них боль­ше по­ло­ви­ны), воз­ни­ка­ет па­ра­докс.

Д­ля объ­яс­не­ния при­влек­ли кон­це­п­цию зо­ло­тых на­но­ча­стиц, с по­мо­щью ко­то­рых мо­ж­но обой­ти огра­ни­че­ние рас­тво­ри­мо­сти. Но что за­став­ля­ет ми­л­ли­о­ны на­но­ча­стиц со­би­рать­ся в од­ну зо­ло­ти­ну, не­яс­но.

У­че­ные из не­сколь­ких на­уч­ных ор­га­ни­за­ций Ав­стра­лии во гла­ве с Кри­сто­фе­ром Вой­зи из Уни­вер­си­те­та Мо­на­ша ре­ши­ли разо­брать­ся в этом во­про­се и об­ра­ти­лись к пье­зо­элек­три­че­ским свой­ствам квар­ца. Вы­во­ды они из­ло­жи­ли в ста­тье в жур­на­ле Nature Geoscience.

Пье­зо­элек­три­че­ство про­ис­хо­дит из си­м­мет­рии кри­стал­лов. У квар­ца нет цен­т­ра си­м­мет­рии, по­это­му, ес­ли его кри­сталл де­фор­ми­ру­ет­ся, верх­няя и ни­ж­няя по­ло­ви­ны по­лу­ча­ют раз­ные элек­три­че­ские за­ря­ды, ме­ж­ду ни­ми воз­ни­ка­ет на­пря­же­ние (про­пор­ци­о­наль­ное при­ло­жен­но­му уси­лию). Квар­це­вая жи­ла в це­лом про­яв­ля­ет пье­зо­элек­три­че­ские свой­ства, ко­то­рые уси­ли­ва­ют­ся в на­прав­ле­нии ори­ен­та­ции боль­шин­ства кри­стал­лов.

У­че­ные взя­ли об­раз­цы из под­зе­м­но­го руд­ни­ка Fosterville в шта­те Ви­к­то­рия в Ав­стра­лии и ис­сле­до­ва­ли их ме­то­дом ней­тро­но­гра­фии. Им по­тре­бо­ва­лось 12 пла­стин квар­ца, из ко­то­рых по­ло­ви­на — для кон­тро­ля. Образ­цы по­ме­сти­ли в ка­ме­ру с рас­тво­ром зо­ло­та и ли­ней­ным при­во­дом, ими­ти­ру­ю­щим сей­сми­че­ские вол­ны раз­ли­ч­ной ча­сто­ты. Экс­пе­ри­мен­ти­ро­ва­ли с раз­ны­ми рас­тво­ра­ми, где зо­ло­то об­ра­зу­ет ко­м­плек­сы с гид­ро­суль­фи­да­ми, хло­ри­да­ми или при­сут­ству­ет в ви­де на­но­ча­стиц.

У кри­стал­ла квар­ца бо­лее вы­со­кий пье­зо­элек­три­че­ский по­тен­ци­ал по срав­не­нию с объ­е­мом гор­ной по­ро­ды. По­это­му, по­ла­га­ют ав­то­ры но­во­го ис­сле­до­ва­ния, во вре­мя сей­сми­че­ской де­фор­ма­ции на­и­вы­с­ший по­тен­ци­ал внут­ри квар­це­вой жи­лы по­яв­ля­ет­ся у иде­аль­но ори­ен­ти­ро­ван­ных кри­стал­лах. Луч­ше все­го он сра­ба­ты­ва­ет на сты­ке с про­во­дя­щим ма­те­ри­а­лом — зо­ло­том.

По ме­ре ро­ста на квар­це­вые жи­лы воз­дей­ству­ют ты­ся­чи аф­тер­шо­ков, со­про­во­ж­да­ю­щих зе­м­ле­тря­се­ния. Да­же ма­лей­шая де­фор­ма­ция кри­стал­ла по­ро­ж­да­ет пье­зо­элек­три­че­ский по­тен­ци­ал, ко­то­рый, в свою оче­редь, спо­соб­ству­ет элек­тро­хи­ми­че­ско­му оса­ж­де­нию зо­ло­та из флю­и­дов. На­но­ча­сти­цы зо­ло­та осо­бен­но охо­т­но ска­п­ли­ва­ют­ся на по­верх­но­сти кри­стал­ла квар­ца, дей­ству­ю­щей как элек­трод.

По мне­нию ис­сле­до­ва­те­лей, опи­сан­ные ими про­цес­сы мо­гут про­ис­хо­дить и в при­ро­де.

«Это мо­жет объ­яс­нить об­ра­зо­ва­ние за­ро­ды­шей и рост кру­п­ных са­мо­род­ков зо­ло­та в гор­ных руд­ных си­сте­мах, ко­то­рые от­ли­ча­ют­ся от зо­ло­то­нос­ных ме­сто­ро­ж­де­ний дру­го­го про­ис­хо­ж­де­ния с вы­со­ким со­дер­жа­ние ме­тал­ла, но без кру­п­ных ско­п­ле­ний», — по­яс­ни­ли уче­ные в ста­тье.

Пье­зо­элек­три­че­ские свой­ства квар­ца та­к­же объ­яс­ни­ли тес­ную свя­за­н­ность про­яв­ле­ний зо­ло­та вдоль тре­щин в квар­це­вых жи­лах. Посколь­ку пье­зо­элек­три­че­ский по­тен­ци­ал дей­ству­ет мгно­вен­но и не остав­ля­ет сле­дов, кус­ки зо­ло­та ока­зы­ва­ют­ся как бы пла­ва­ю­щи­ми в квар­це. Ав­то­ры но­вой на­уч­ной ра­бо­ты убе­ж­де­ны, что ре­ши­ли бо­лее чем ве­ко­вой «па­ра­докс зо­ло­тых са­мо­род­ков».