کشف اسرار طلای نهفته در سیالات ماگمایی

نقش گوگرد در حمل و نقل طلا در مایعات ماگماتی

زمانی که یک صفحه تکتونیکی زیر صفحه دیگری فرو می‌رود، ماگماهایی غنی از مواد فرار مانند آب، گوگرد و کلر تولید می‌شود. با بالا آمدن این ماگماها، مایعات ماگماتی آزاد می‌شوند که در آن‌ها گوگرد و کلر به فلزاتی مانند طلا و مس متصل می‌شوند و این فلزات را به سمت سطح زمین منتقل می‌کنند. با توجه به اینکه شرایط شدید مربوط به ماگماهای طبیعی در آزمایشگاه به سختی قابل بازتولید است، نقش دقیق اشکال مختلف گوگرد در حمل و نقل فلزات همچنان مورد بحث و بررسی قرار دارد. با این حال، یک رویکرد نوآورانه از سوی تیمی از دانشگاه ژنو (UNIGE) نشان داده است که گوگرد به شکل بی‌سولفید (HS-) برای حمل و نقل طلا در مایعات ماگماتی حیاتی است. این یافته‌ها در نشریه Nature Geoscience منتشر شده است.

فرایند برخورد صفحات تکتونیکی

زمانی که دو صفحه تکتونیکی به هم برخورد می‌کنند، صفحه‌ای که در حال فرو رفتن است به درون گوشته زمین می‌رود، گرم می‌شود و مقادیر زیادی آب آزاد می‌کند. این آب دمای ذوب گوشته را کاهش می‌دهد، به طوری که گوشته تحت فشار بالا و دماهای بالای هزار درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شود و ماگماها را تشکیل می‌دهد. از آنجا که ماگمای مایع چگالی کمتری نسبت به بقیه گوشته دارد، به سمت سطح زمین مهاجرت می‌کند.

استفان فارسانگ، پژوهشگر فوق دکتری در دپارتمان علوم زمین دانشگاه ژنو و نویسنده اول این مطالعه، توضیح می‌دهد: «به دلیل کاهش فشار، ماگماهای در حال بالا آمدن به سمت سطح زمین، مایعی غنی از آب را اشباع می‌کنند که سپس به صورت حباب‌های مایع ماگماتی آزاد می‌شود و یک ذوب سیلیکاتی را به جا می‌گذارد.» بنابراین، مایعات ماگماتی بخشی از آب و همچنین عناصر فرار حل شده مانند گوگرد و کلر را شامل می‌شوند. این دو عنصر حیاتی هستند زیرا طلا، مس و سایر فلزات را از ذوب سیلیکاتی به مایع ماگماتی استخراج کرده و بدین ترتیب مهاجرت آن‌ها به سمت سطح را تسهیل می‌کنند.

اشکال مختلف گوگرد

گوگرد به راحتی می‌تواند کاهش یا اکسید شود، یعنی الکترون‌ها را به دست آورد یا از دست بدهد که این فرایند به عنوان ردوکس شناخته می‌شود. وضعیت ردوکس گوگرد مهم است زیرا بر توانایی آن در اتصال به سایر عناصر، مانند فلزات، تأثیر می‌گذارد.

وضعیت ردوکس گوگرد در مایعات ماگماتی: یک بحث علمی

با این حال، بحثی که بیش از یک دهه جامعه علمی را تقسیم کرده است، این است که وضعیت ردوکس گوگرد موجود در مایعات ماگماتی که فلزات را جابجا و حمل می‌کنند، چیست؟ زولتان زاجاچ، استاد همکار در دپارتمان علوم زمین در دانشکده علوم دانشگاه ژنو (UNIGE) و یکی از نویسندگان این مطالعه، توضیح می‌دهد: “یک مقاله مهم در سال ۲۰۱۱ پیشنهاد کرد که رادیکال‌های گوگرد S3- این نقش را ایفا می‌کنند. با این حال، روش‌های تجربی و تحلیلی دارای محدودیت‌های زیادی بودند، به ویژه در زمینه بازتولید شرایط فشار-دما و ردوکس ماگماتی که اکنون برطرف شده‌اند.”

انقلاب روش‌شناسی

تیم UNIGE یک سیلندر کوارتز و مایعی با ترکیبی مشابه مایعات ماگماتی را در یک کپسول طلایی مهر و موم شده قرار داد. سپس این کپسول به یک مخزن فشار منتقل شد و تحت شرایط فشار و دمایی که مختص ماگماهای قرار گرفته در پوسته بالایی زمین است، قرار گرفت. “بالاخره، تنظیمات ما کنترل انعطاف‌پذیری بر شرایط ردوکس در سیستم را فراهم می‌کند که پیش از این ممکن نبود”، استیفن فارسانگ اضافه می‌کند.

در طول آزمایش‌ها، سیلندر کوارتز شکسته می‌شود و مایع ماگماتی مصنوعی وارد می‌شود. سپس کوارتز قطرات مایعی به اندازه میکروسکوپی را که در طبیعت یافت می‌شود، به دام می‌اندازد و شکل گوگرد در این قطرات می‌تواند در دما و فشار بالا با استفاده از لیزرها و تکنیک تحلیلی به نام طیف‌سنجی رامان مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. در حالی که آزمایش‌های طیف‌سنجی قبلی معمولاً تا ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد انجام می‌شد، تیم UNIGE موفق شد دما را به ۸۷۵ درجه سانتی‌گراد که مختص ماگماهای طبیعی است، افزایش دهد.

بی‌سولفید به عنوان حمل‌کننده

این مطالعه نشان می‌دهد که بی‌سولفید (HS-)، هیدروژن سولفید (H₂S) و دی‌اکسید گوگرد (SO₂) از جمله گونه‌های اصلی گوگرد موجود در مایعات تجربی در دماهای ماگماتی هستند. نقش بی‌سولفید در حمل فلزات در مایعات هیدروترمال با دماهای پایین‌تر که از مایعات ماگماتی با دماهای بالاتر نشأت می‌گیرند، به خوبی مستند شده است. با این حال، تصور می‌شد که بی‌سولفید در دماهای ماگماتی دارای پایداری بسیار محدودی است. با تشکر از روش‌شناسی پیشرفته خود، تیم UNIGE توانست نشان دهد که در مایعات ماگماتی نیز، بی‌سولفید مسئول حمل بیشتر طلا است.

استیفن فارسانگ می‌گوید: “با انتخاب دقیق طول موج‌های لیزر خود، همچنین نشان دادیم که در مطالعات قبلی، مقدار رادیکال‌های گوگرد در مایعات زمین‌شناسی به شدت بیش از حد برآورد شده و نتایج مطالعه ۲۰۱۱ در واقع بر اساس یک پدیده اندازه‌گیری بوده است که به این بحث پایان می‌دهد.”

شرایط منجر به تشکیل ذخایر مهم فلزات گرانبها اکنون روشن شده است. از آنجا که بخش عمده‌ای از تولید مس و طلا در جهان از ذخایری ناشی از مایعات ماگما به دست می‌آید، این مطالعه می‌تواند به اکتشاف این ذخایر کمک کند و چشم‌اندازهای مهمی برای درک تشکیل آن‌ها باز کند.