Nová studie odhaluje, že hluboko pod oblouky sopečných ostrovů dochází k obohacení zlata spíše v důsledku opakovaného, vysoce kvalitního tavení pláště zvodnělé vrstvy, než v důsledku jediného procesu.
Uprostřed pohyblivých tektonických desek Země vznikají subdukční zóny jako oblasti intenzivní geologické aktivity. Tyto zóny vytvářejí procesy, které koncentrují minerály do rudných ložisek. Při tvorbě těchto ložisek, včetně zlata, hrají roli vysokoteplotní hydrotermální tekutiny na vodní bázi. Specifické mechanismy umožňující mobilitu zlata ze zemského pláště na povrch však dosud zůstávaly nejasné.
Hluboko pod oceánským dnem funguje to, co vědci nazývají »zlatou kuchyní Země«. Nad subdukčními zónami, kde se jedna oceánská deska ponořuje pod druhou, se tvoří vulkanické ostrovní oblouky a tyto oblasti jsou často neobvykle bohaté na zlato. Vědci se již léta snaží vysvětlit proč.
Výzkumný tým vedený Dr. Christianem Timmem, mořským geologem z Helmholtzova centra pro výzkum oceánů GEOMAR v Německu, nabízí nové odpovědi. »Náš výzkum ukazuje, že tání zvodnělé vrstvy pod ostrovními oblouky je klíčovým faktorem obohacování zlata. V tomto prostředí funguje plášť jako vícestupňový tavicí systém, který postupně akumuluje zlato,« popisuje.
Skleněné cedule na mořském dně
Aby vědci pochopili, jak se zlato a další ušlechtilé kovy chovají během tání pláště, zkoumali 66 vzorků sopečného skla odebraných z mořského dna podél oblouku Kermadec Island a blízké pánve Havre severně od Nového Zélandu »skla« vznikají, když láva rychle chladne ve vodě, čímž se zachovává původní chemické složení magmatu.
Mezi nejdůležitější vzorky patřila tzv. »prvotní skla«, která odrážejí magma předtím, než bylo pozměněno krystalizací. »Když jsme je analyzovali, zjistili jsme, že koncentrace zlata jsou často mnohonásobně vyšší než koncentrace odpovídajících magmat na středooceánských hřbetech. To vyvolalo klíčovou otázku: jaké procesy jsou zodpovědné za toto obohacení?« říká Timm.
Tým měřil zlato spolu s dalšími měďnatými prvky, jako je stříbro, měď, selen a platina. Protože se tyto prvky během tavení chovají podobně, pomáhají pochopit podmínky hluboko v plášti.
Čtení chemických signálů pláště
Výsledky ukázaly, že plášť pod Kermadeckým obloukem se taví v přítomnosti vody při relativně vysokých teplotách, nad bodem tání sulfidů. Za těchto podmínek vykazují magmata poměry stříbra a mědi podobné těm v plášti. Zároveň vědci detekovali počáteční koncentrace zlata až šest nanogramů na gram horniny. Poměry zlata a mědi byly také mnohem vyšší než poměry pozorované v »úrodném« plášti a v typických čedičových horninách středooceánských hřbetů.
Tyto vzorce naznačují, že plášť byl již dříve vyčerpán a poté znovu roztaven. Opakované vysoce kvalitní tavení vodnatého a oxidovaného pláště se zdá být hlavním mechanismem koncentrace zlata v magmatech. Ačkoli jsou tyto koncentrace geologicky vysoké, jsou pro těžbu příliš nízké. Pro ekonomicky využitelné ložiska jsou zapotřebí koncentrace o několik řádů vyšší.
Když se plášť znovu a znovu rozplývá
»Zpočátku jsme si mysleli, že voda ze subdukční zóny přímo řídí obohacení zlata. Naše data však ukazují, že voda jednoduše usnadňuje tání pláště. Určujícím faktorem je vysoký a částečně se opakující stupeň tání,« vysvětluje Timm.
Důležitou roli hraje i chemická forma zlata. »V plášti se zlato obvykle nachází vázané na sulfidové minerály. Při vysokých teplotách tání se tyto minerály rozkládají a zlato se zcela uvolňuje do roztaveného materiálu. Naše výsledky ukazují, že obohacení zlatem není výsledkem jediné epizody tání, ale několika fází. Pouze opakované tavení umožňuje, aby se zlato v magmatu vysoce koncentrovalo,« říká Timm.
První fáze »cesty« zlata
Studie vrhá nové světlo na to, jak se ložiska bohatá na zlato tvoří v oceánských ostrovních obloucích, jako je Kermadec. Ukazuje, že opakované tavení pláště za pomoci vody určuje, kolik zlata vstupuje do stoupajícího magmatu.
Zjištění zaměřují pozornost hlouběji do nitra Země a zdůrazňují, že chemický vývoj pláště hraje spolu s povrchovými procesy důležitou roli při tvorbě ložisek zlata.
Mohou také vysvětlovat, proč jsou hydrotermální sulfidická ložiska podél podmořských ostrovních oblouků často bohatá na zlato. »Mechanismus, který identifikujeme, by mohl přispívat ke zvýšeným koncentracím zlata pozorovaným v hydrotermálních systémech v subdukčních zónách. V podstatě se díváme na první fázi životního cyklu zlata. Začíná to přenosem zlata z pláště do roztaveného materiálu, který nakonec tvoří sopky. Proces začíná dlouho předtím, než kov dosáhne povrchu,« říká Timm a dodává, že to vyžaduje další výzkum.
Připravil: Ioannis Sideropulos
FOTO – DAILY/Caroline Xi (Michigan Daily), Communications Earth & Environment volume 7, geologyln.com