گشایش رازهای طلایی در دل سیالات ماگمایی

نقش گوگرد در حمل و نقل طلا در مایعات ماگمایی

زمانی که یک صفحه تکتونیکی زیر صفحه دیگر فرو می‌رود، ماگماهایی غنی از مواد فرار مانند آب، گوگرد و کلر تولید می‌شود. با بالا آمدن این ماگماها، مایعات ماگمایی آزاد می‌شوند که در آن‌ها گوگرد و کلر به فلزاتی مانند طلا و مس متصل شده و این فلزات را به سمت سطح زمین منتقل می‌کنند. از آنجا که شرایط شدید مرتبط با 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 در فرم بی‌سولفید (HS-) برای حمل و نقل طلا در مایعات ماگمایی حیاتی است. این یافته‌ها در نشریه Nature Geoscience منتشر شده‌اند.

فرآیند 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 و دماهای بالای هزار درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شود و ماگماها شکل می‌گیرند. 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 UNIGE و نویسنده اول این مطالعه، توضیح می‌دهد: «به دلیل کاهش فشار، ماگماهایی که به سمت سطح زمین بالا می‌آیند، مایعی غنی از آب را اشباع می‌کنند که سپس به صورت حباب‌های مایعات ماگمایی آزاد می‌شود و یک ذوب سیلیکاتی باقی می‌گذارد.» بنابراین، مایعات ماگمایی بخشی از آب و همچنین عناصر فرار حل شده مانند گوگرد و کلر تشکیل شده‌اند. این دو عنصر بسیار حیاتی هستند زیرا طلا، مس و سایر فلزات را از ذوب سیلیکاتی به مایع ماگمایی استخراج کرده و بدین ترتیب مهاجرت آن‌ها به سمت سطح را تسهیل می‌کنند.

چندین شکل از گوگرد

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

وضعیت اکسیداسیون گوگرد در مایعات ماگمایی

با این حال، یک بحث در جامعه علمی بیش از یک دهه است که به دو دسته تقسیم شده است: **وضعیت اکسیداسیون گوگرد** موجود در مایعات ماگمایی که فلزات را جابه‌جا و حمل می‌کند، چیست؟ زولتان زاجاکز، استاد همکار در دپارتمان علوم زمین دانشگاه UNIGE و یکی از نویسندگان این مطالعه، توضیح می‌دهد: “یک مقاله مهم در سال ۲۰۱۱ پیشنهاد داد که رادیکال‌های گوگرد S3- این نقش را ایفا می‌کنند. با این حال، روش‌های تجربی و تحلیلی محدودیت‌های زیادی داشتند، به‌ویژه در زمینه بازتولید شرایط فشار-دما و اکسیداسیون مرتبط با ماگما که اکنون بر آن غلبه کرده‌ایم.”

انقلاب روش‌شناسی

تیم UNIGE یک سیلندر کوارتز و مایعی با ترکیب مشابه مایعات ماگمایی را در یک کپسول طلایی مهر و موم شده قرار داد. سپس کپسول به یک مخزن فشار منتقل شد که به شرایط فشار و دما که مشخصه ماگماهای موجود در پوسته بالایی زمین است، رسانده شد. “بالاخره، تنظیمات ما کنترل انعطاف‌پذیری بر شرایط اکسیداسیون در سیستم فراهم می‌کند که قبلاً ممکن نبود”، استیفن فارسانگ اضافه می‌کند.

در طول آزمایش‌ها، سیلندر کوارتز شکسته می‌شود و مایع ماگمایی مصنوعی وارد آن می‌شود. سپس کوارتز قطرات مایعی به اندازه میکروسکوپی را که در طبیعت یافت می‌شوند، 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 بررسی 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 مشخصه ماگماهای طبیعی است، افزایش دهد.

بی‌سولفید به عنوان حامل

این مطالعه نشان می‌دهد که **بی‌سولفید** (HS-)، **هیدروژن سولفید** (H₂S) و **دی‌اکسید گوگرد** (SO₂) گونه‌های اصلی گوگرد موجود در مایعات تجربی در دماهای ماگمایی هستند. نقش بی‌سولفید در حمل فلزات در مایعات هیدروترمال با دماهای پایین‌تر که از مایعات ماگمایی با دماهای بالاتر ناشی می‌شوند، به‌خوبی مستند شده است. با این حال، تصور می‌شد که بی‌سولفید در دماهای ماگمایی پایداری بسیار محدودی دارد. با تشکر از روش‌شناسی پیشرفته خود، تیم UNIGE توانست نشان دهد که در مایعات ماگمایی 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 خطای 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 زیادی از تولید مس و طلا در جهان از ذخایری ناشی از مایعات ماگما به‌دست می‌آید، این مطالعه می‌تواند به اکتشاف آن‌ها کمک کند و چشم‌اندازهای مهمی برای درک تشکیل آن‌ها باز کند.