地震可能會形成巨大的金塊

凱特·格雷厄姆-肖

銀行金庫裡堆放的實心金條、今年夏天奧運獎牌上的多層鍍層，甚至是你自己的黃金首飾，都可能歸功於地震。一項新的研究提出，在這些地震期間，板塊移動產生的應力和應變可能會引發化學反應，導致微小的金顆粒凝聚成更大的金塊。

該研究的合著者、澳洲莫納什大學的地質學家克里斯沃西(Chris Voisey) 表示：「最大的發現是展示了一種新的金形成過程，並為如何形成真正的大金塊提供了解釋。 “這始終是一個難題，特別是當沒有現場證據支持替代金形成工藝時。”

據估計，大約 75% 的開採黃金來自大塊石英內部裂縫中的礦床，這是地殼中最豐富的礦物之一。地球化學家已經知道，溶解的金存在於地殼中下層的流體中，而這些流體可以滲入石英裂縫中。但所涉及的液體量似乎限制了可以溶解的金，從而限制了形成的金塊的大小。較大的金塊很難解釋：專家推測，流體中的金奈米顆粒可能會聚集成石英內較大的塊，但尚不清楚如何聚集。與溶解的金不同，奈米顆粒通常沒有足夠的化學能來啟動必要的反應，從而在裂紋表面積聚並形成金塊。

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這項新研究於週一發表在 自然地球科學， 表明地震引起的地質應力可能會激活石英的一種特殊的地球化學特性，即“壓電”，而這種特性使得形成更大的金塊成為可能。

壓電效應自 1880 年代以來就已為人所知。它本質上是材料在機械應力下產生電荷的能力。許多日常用品，包括麥克風、音樂賀卡和噴墨印表機，都利用了這種效應，它天然存在於從蔗糖到骨頭的物質中。

石英之所以能經歷這種效應，是因為它的結構：它是由帶正電的矽和帶負電的氧原子的重複圖案所組成。當它被拉伸或壓縮時，這些原子的排列會發生變化，並且電荷會不對稱地分散。負電荷和正電荷在石英的不同區域積聚，產生電場並改變材料的電狀態。

Voisey 和他在莫納什大學（位於墨爾本歷史上盛產黃金的地區）的同事認為，這種改變的電狀態可以降低流體中金奈米顆粒與石英表面相互作用所需的能量，從而導致以前不可行的化學反應發生並允許奈米顆粒粘附和積累。

為了驗證他們的想法，研究人員模擬了石英在受到類似地震的力量時可能產生的電場。然後，他們將石英礦物晶體放入含有溶解的金奈米顆粒和其他金化合物的流體中，發現在類似地震波的力下，石英能夠產生足夠的電壓來啟動奈米顆粒的堆積。

研究結果指出了一種有趣的機制，該機制可能導致地殼中至少形成一些較大的金塊，尤其是「造山」礦床，或在兩個構造板塊碰撞並可能相互折疊以形成的地方發現的金礦。

「似乎可以肯定的是，間歇性地震對於幫助形成這些重要的『造山』金塊礦床非常重要，」未參與這項研究的顧問地質學家詹姆斯桑德斯 (James Saunders) 說。他說，他希望看到未來的研究更關注這一過程的細節，例如引起壓電的地震力必須持續多長時間才能形成這種沉積物，以及為什麼大型金塊沉積物可能只會出現在石英礦物的一些裂縫中。 “我認為這是一個很棒的想法/假設，”他說。 “如果它經得起進一步評估，我會很感興趣。”

科爾蓋特大學地質學家奧布雷亞·亞當斯（Aubreya Adams）也沒有參與這項研究，他說，大規模研究壓電性可能很困難。 “地球科學家目前正在非常努力地量化地殼中應力（或壓強）如何隨時間和位置在 3D 中變化，”她說，“這在實驗室中很容易測量，但在地殼中很難量化。”

沃西和他的團隊打算擴展實驗參數，例如測試不同的壓力或溫度，以進一步探索他們的理論。 “這在很大程度上是這項技術的‘試點研究’，”他說，“所以我很高興看到它能走向何方。”