طلا در آتشفشان ها چطور حمل میشه؟ کشف جدید دانشمندان سوئیسی!

نقش حیاتی گوگرد در انتقال طلا درون سیالات آتشفشانی

وقتی یک صفحه‌ی تکتونیکی به زیر صفحه‌ی دیگه فرو می‌ره، مواد مذاب (ماگما)ی سرشار از مواد فرار مثل آب، گوگرد و کلر تولید می‌شه. با بالا اومدن این ماگماها، سیالات آتشفشانی به وجود میان. توی این سیالات، گوگرد و کلر به فلزاتی مثل طلا و مس متصل می‌شن و این فلزات رو به سطح زمین می‌رسونن. از اونجایی که بازسازی شرایط حاد ماگماهای طبیعی توی آزمایشگاه کار سختیه، نقش دقیق شکل‌های مختلف گوگرد توی انتقال فلزات، همچنان موضوع بحث و تحلیله. با این حال، یه روش خلاقانه از طرف یه تیم از دانشگاه ژنو (UNIGE) نشون داده که گوگرد به شکل بی‌سولفید (HS-) نقش خیلی مهمی توی انتقال طلا درون سیالات آتشفشانی داره. این یافته‌ها توی مجله‌ی Nature Geoscience منتشر شده.

وقتی صفحه‌های تکتونیکی به هم می‌رسن

وقتی دو صفحه‌ی تکتونیکی به هم برخورد می‌کنن، صفحه‌ای که داره فرو می‌ره وارد گوشته‌ی زمین می‌شه، گرم می‌شه و مقدار زیادی آب آزاد می‌کنه. این آب نقطه‌ی ذوب گوشته رو پایین میاره، طوری که گوشته تحت فشار زیاد و دماهای بالای هزار درجه‌ی سانتی‌گراد ذوب می‌شه و ماگماها رو به وجود میاره. چون ماگمای مذاب چگالی کمتری نسبت به بقیه‌ی گوشته داره، به سمت سطح زمین حرکت می‌کنه.

استفان فارسانگ، پژوهشگر فوق دکترا توی دپارتمان علوم زمین دانشگاه ژنو و نویسنده‌ی اصلی این مطالعه، توضیح می‌ده: «به خاطر کم شدن فشار، ماگماهایی که دارن به سمت سطح میان، یه مایع پر از آب رو غنی می‌کنن که بعدش به شکل حباب‌های سیال آتشفشانی آزاد می‌شه و یه ذوب سیلیکاتی به جا می‌ذاره.» بنابراین، سیالات آتشفشانی بخشی از آب و همینطور عناصر فرار حل شده مثل گوگرد و کلر رو شامل می‌شن. این دو عنصر خیلی مهم هستن، چون طلا، مس و بقیه‌ی فلزات رو از ذوب سیلیکاتی می‌کشن بیرون و وارد سیال آتشفشانی می‌کنن و به این ترتیب، حرکت اون‌ها به سمت سطح رو آسون‌تر می‌کنن.

اشکال مختلف گوگرد

گوگرد خیلی راحت می‌تونه کاهش پیدا کنه یا اکسید بشه، یعنی الکترون بگیره یا از دست بده. به این فرآیند می‌گن ردوکس. وضعیت ردوکس گوگرد مهمه، چون روی توانایی‌ش برای اتصال به بقیه‌ی عناصر، مثل فلزات، تاثیر می‌ذاره.

وضعیت ردوکس گوگرد توی سیالات آتشفشانی: یه بحث علمی

ولی بحثی که بیشتر از ده ساله جامعه‌ی علمی رو به دو دسته تقسیم کرده، اینه که وضعیت ردوکس گوگرد موجود توی سیالات آتشفشانی که فلزات رو جابه‌جا و منتقل می‌کنن، چیه؟ زولتان زاجاچ، استاد همکار توی دپارتمان علوم زمین در دانشکده علوم دانشگاه ژنو (UNIGE) و یکی از نویسنده‌های این مطالعه، توضیح می‌ده: “یه مقاله مهم توی سال 2011 پیشنهاد داد که رادیکال‌های گوگرد S3- این نقش رو دارن. با این حال، روش‌های آزمایشگاهی و تحلیلی، محدودیت‌های زیادی داشتن، به خصوص توی بازسازی شرایط فشار-دما و ردوکس آتشفشانی که الان برطرف شدن.”

یه انقلاب توی روش‌ها

تیم UNIGE یه استوانه‌ی کوارتز و یه مایع با ترکیب مشابه سیالات آتشفشانی رو توی یه محفظه‌ی طلایی قرار داد و اون رو مهر و موم کرد. بعدش این محفظه رو به یه مخزن فشار منتقل کردن و تحت شرایط فشار و دمایی که مخصوص ماگماهای توی پوسته‌ی بالایی زمین هست، قرار دادنش. استیفن فارسانگ اضافه می‌کنه: «خلاصه، تنظیمات ما، کنترل انعطاف‌پذیری روی شرایط ردوکس توی این سیستم رو فراهم می‌کنه که قبلاً ممکن نبود.»

توی طول آزمایش‌ها، استوانه‌ی کوارتز شکسته می‌شه و مایع آتشفشانی مصنوعی وارد می‌شه. بعد کوارتز قطره‌های مایعی به اندازه‌ی میکروسکوپی رو که توی طبیعت پیدا می‌شه، به دام می‌ندازه و میشه شکل گوگرد توی این قطره‌ها رو، توی دما و فشار بالا، با استفاده از لیزرها و یه تکنیک آزمایشی به اسم طیف‌سنجی رامان، تجزیه و تحلیل کرد. در حالی که آزمایش‌های طیف‌سنجی قبلی معمولاً تا 700 درجه‌ی سانتی‌گراد انجام می‌شد، تیم UNIGE تونست دما رو به 875 درجه‌ی سانتی‌گراد، که مخصوص ماگماهای طبیعیه، برسونه.

بی‌سولفید به عنوان حمل‌کننده

این مطالعه نشون می‌ده که بی‌سولفید (HS-)، هیدروژن سولفید (H₂S) و دی‌اکسید گوگرد (SO₂) از جمله شکل‌های اصلی گوگرد هستن که توی مایعات آزمایشگاهی، توی دماهای آتشفشانی وجود دارن. نقش بی‌سولفید توی انتقال فلزات توی مایعات هیدروترمال با دماهای پایین‌تر، که از سیالات آتشفشانی با دماهای بالاتر منشا می‌گیرن، کاملاً مشخص شده. ولی قبلاً فکر می‌کردن که بی‌سولفید توی دماهای آتشفشانی پایداری خیلی کمی داره. تیم UNIGE، به لطف روش‌های پیشرفته‌شون، تونست نشون بده که بی‌سولفید توی سیالات آتشفشانی هم مسئول انتقال بخش اعظم طلاست.

استیفن فارسانگ می‌گه: «با انتخاب دقیق طول موج‌های لیزرمون، همچنین نشون دادیم که توی مطالعات قبلی، مقدار رادیکال‌های گوگرد توی سیالات زمین‌شناسی، خیلی بیش از حد تخمین زده شده و نتایج مطالعه‌ی سال ۲۰۱۱ در واقع بر اساس یه پدیده‌ی اندازه‌گیری بوده که به این بحث پایان می‌ده.»

شرایطی که منجر به تشکیل ذخایر مهم فلزات گرانبها می‌شه، حالا روشن شده. از اونجایی که بخش بزرگی از تولید مس و طلا توی دنیا از ذخایری که از سیالات ماگما به وجود اومدن به دست میاد، این مطالعه می‌تونه به کشف این ذخایر کمک کنه و دیدگاه‌های مهمی رو برای درک چگونگی شکل‌گیری اون‌ها باز کنه.

“`