طلا در آتشفشان‌ها چطور جابه‌جا میشه؟ کشف جدید دانشمندان

نقش گوگرد در جابه‌جایی طلا در مایعات آتشفشانی

وقتی یک صفحه‌ی تکتونیکی به زیر صفحه‌ی دیگه فرو می‌ره، ماگماهایی به وجود میان که پر از مواد فرار هستن مثل آب، گوگرد و کلر. با بالا اومدن این ماگماها، مایعات آتشفشانی آزاد میشن که توشون گوگرد و کلر به فلزاتی مثل طلا و مس وصل میشن و این فلزات رو به سمت سطح زمین می‌برن. چون بازسازی شرایط سخت و ویژه‌ی ماگماهای طبیعی توی آزمایشگاه خیلی سخت، نقش دقیق شکل‌های مختلف گوگرد توی جابه‌جایی فلزات هنوز زیر ذره‌بینه. اما یه راه‌حل نوآورانه از یه تیم توی دانشگاه ژنو (UNIGE) نشون داده که گوگرد تو شکل بی‌سولفید (HS-) برای انتقال طلا توی مایعات آتشفشانی خیلی مهمه. این یافته‌ها توی مجله‌ی Nature Geoscience چاپ شده.

فرایند برخورد صفحات تکتونیکی

وقتی دو تا صفحه‌ی تکتونیکی به هم می‌خورن، صفحه‌ای که داره فرو می‌ره، وارد گوشته‌ی زمین میشه، داغ میشه و مقدار زیادی آب آزاد می‌کنه. این آب، نقطه‌ی ذوب گوشته رو پایین میاره، طوری که گوشته زیر فشار و دماهای بالای هزار درجه‌ی سانتی‌گراد ذوب میشه و ماگماها شکل می‌گیرن. چون ماگمای مایع، چگالی کمتری نسبت به بقیه‌ی گوشته داره، به سمت سطح زمین حرکت می‌کنه.

استفان فارسانگ، محقق فوق دکتری در دپارتمان علوم زمین دانشگاه UNIGE و نویسنده‌ی اصلی این مطالعه، توضیح میده: «به خاطر کم شدن فشار، ماگماهایی که به سمت سطح می‌آیند، یه مایع پُر از آب رو اشباع می‌کنن که بعد به شکل حباب‌های مایعات آتشفشانی آزاد میشه و یه ذوب سیلیکاتی باقی می‌ذاره.» پس، مایعات آتشفشانی از مقداری آب و همین‌طور عنصرهای فرار حل شده مثل گوگرد و کلر تشکیل شدن. این دو عنصر خیلی مهم هستن چون طلا، مس و بقیه‌ی فلزات رو از ذوب سیلیکاتی جدا می‌کنن و وارد مایع آتشفشانی می‌کنن و اینطوری جابه‌جایی‌شون به سمت سطح رو آسون‌تر می‌کنن.

چند شکل از گوگرد

گوگرد راحت می‌تونه کاهش یا اکسید بشه، یعنی الکترون بگیره یا از دست بده، که به این روند میگن ردوکس. حالت ردوکس گوگرد مهمه چون روی توانایی‌اش تو اتصال به عنصرهای دیگه، مثل فلزات، اثر داره.

وضعیت اکسیداسیون گوگرد توی مایعات آتشفشانی

اما، توی جامعه‌ی علمی، بحثی بیش از ده ساله که به دو دسته تقسیم شده: وضعیت اکسیداسیون گوگرد که توی مایعات آتشفشانی هست و فلزات رو جابه‌جا می‌کنه، چیه؟ زولتان زاجاکز، استاد همکار در دپارتمان علوم زمین دانشگاه UNIGE و یکی از نویسنده‌های این مطالعه، توضیح میده: «یه مقاله‌ی مهم تو سال 2011 پیشنهاد داد که رادیکال‌های گوگرد S3- این نقش رو دارن. ولی روش‌های آزمایشی و تحلیلی، محدودیت‌های زیادی داشتن، مخصوصاً تو زمینه‌ی بازسازی شرایط فشار-دما و اکسیداسیون که مربوط به ماگما میشه و ما الان این محدودیت‌ها رو پشت سر گذاشتیم.»

یه انقلاب تو روش‌شناسی

تیم UNIGE یه استوانه‌ی کوارتز و یه مایع با ترکیب مشابه مایعات آتشفشانی رو توی یه محفظه‌ی طلاییِ در بسته قرار دادن. بعد محفظه رو بردن تو یه مخزن فشار که شرایط فشار و دما که مخصوص ماگماهای پوسته ‌ی بالایی زمین هست رو داشته باشه. استفان فارسانگ اضافه می‌کنه: «بالاخره، این تنظیمات، کنترل لازم رو رو شرایط اکسیداسیون توی سیستم فراهم می‌کنه که قبلاً امکان‌پذیر نبود.»

توی آزمایش‌ها، استوانه‌ی کوارتز می‌شکنه و مایع آتشفشانی مصنوعی واردش میشه. بعد کوارتز، قطره‌های مایعی در حد میکروسکوپی که توی طبیعت هم پیدا میشن رو به دام می‌ندازه و شکل گوگرد توی این قطره‌ها می‌تونه با استفاده از لیزر و یه تکنیک تحلیلی به اسم طیف‌سنجی رامان، زیر دما و فشار بالا بررسی بشه. در حالی که آزمایش‌های طیف‌سنجی قبلی معمولاً تا 700 درجه‌ی سانتی‌گراد انجام می‌شد، تیم UNIGE تونست دما رو به 875 درجه‌ی سانتی‌گراد که مشخصه‌ی ماگماهای طبیعی هست برسونه.

بی‌سولفید به عنوان حامل

این مطالعه نشون میده که **بی‌سولفید** (HS-)، **هیدروژن سولفید** (H₂S) و **دی‌اکسید گوگرد** (SO₂) گونه‌های اصلی گوگرد هستن که توی مایعات آزمایشی تو دماهای آتشفشانی وجود دارن. نقش بی‌سولفید تو جابه‌جایی فلزات توی مایعات هیدروترمال که دمای کمتری دارن و از مایعات آتشفشانی با دمای بالاتر به وجود اومدن، کاملاً بررسی شده. ولی فکر می‌کردن که بی‌سولفید تو دماهای آتشفشانی، پایداری خیلی کمی داره. تیم UNIGE، به لطف روش‌شناسی پیشرفته‌اش، تونست نشون بده که توی مایعات آتشفشانی هم، **بی‌سولفید** مسئول جابه‌جایی بیشتر طلا هست.

استیفن فارسانگ میگه: «با انتخاب دقیق طول موج‌های لیزرمون، نشون دادیم که تو مطالعات قبلی، مقدار رادیکال‌های گوگرد توی مایعات زمین‌شناسی به شدت **زیاد تخمین زده شده** و نتایج مطالعه‌ی 2011 در واقع بر اساس یه اشتباه تو اندازه‌گیری بوده که به این بحث خاتمه میده.»

شرایطی که باعث تشکیل ذخایر مهم **فلزات گران‌بها** میشه، الان مشخص شده. چون بخش زیادی از تولید مس و طلا تو دنیا، از ذخایری به دست میاد که از مایعات آتشفشانی منشاء گرفتن، این مطالعه می‌تونه به کشف این ذخایر کمک کنه و دیدگاه‌های مهمی رو برای فهمیدن نحوه‌ی تشکیل‌شون باز کنه.