地震也能“点石成金”?

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01地震能“点石成金”,通过石英矿脉中的压电效应驱动金离子还原并沉积在石英表面,形成大的金块。

02当地震发生时,石英矿脉中的金离子在电场的作用下被还原并沉积在石英表面。

03随着每次地震带来的新一轮应力,这些沉积的金逐渐生长,最终形成大的金块。

04由于地震频发地区石英矿脉中的黄金形成,这些地区被认为是天然的金矿场。

05此发现为地质学提供了新的见解,可能对未来的黄金勘探产生深远影响。

以上内容由腾讯混元大模型生成,仅供参考

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  为什么金块总是与石英矿脉共生?

在自然界中,黄金的形成一直是一个谜。尽管我们知道黄金通常与石英矿脉密切相关,但这些金块究竟是如何在地球深处的石英中聚集起来的呢?

这个问题曾长期困扰着地质学家。传统的理论认为,金矿的形成主要是通过热液作用,即含金流体在石英矿脉中冷却,导致金的析出。然而,这种理论无法完全解释为何金块往往集中在特定的石英矿脉中,而且这些金块的规模常常远超流体能够携带的金量。

最近的研究表明,石英的压电效应可能为这一现象提供了合理的解释。每当地震发生时,石英矿脉中的金离子在电场的作用下被还原并沉积在石英表面。随着每次地震带来的新一轮应力,这些沉积的金逐渐生长,最终形成大的金块。这种“电镀”过程不仅解释了金块为何与石英矿脉密切相关,也揭示了为何这些金块通常具有非常高的纯度和一致的形态。

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来源:选矿百事通



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石英——藏在地球深处的压电材料

石英是一种无处不在的矿物,构成了地壳的重要部分。除了其广泛的分布和坚硬的物理性质,石英还有一个独特的性质:压电性。当石英晶体受到机械应力时,它们内部的电荷分布会发生变化,产生电压。这种效应最早由皮埃尔·居里和雅克·居里在19世纪末发现,并被命名为压电效应。

在地壳深处的地质环境中,石英矿脉往往处于巨大的压力之下。当地震发生时,这些石英晶体在应力的作用下会产生瞬时的电场。在一定条件下,这种现象足以驱动一些复杂的电化学反应,特别是涉及到金离子的反应。


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从离子到金块的形成过程

研究显示,地下水中通常含有微量的金,以金离子(如AuCl₄⁻)的形式存在。然而,这些金离子的浓度极低,通常不到1毫克每升。在没有外力作用的情况下,金离子很难从溶液中析出并聚集成固态的金粒。

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图:未涂层石英金氯化物实验中

金颗粒的分布与微结构

然而,当地震发生时,石英晶体受到的压应力会产生强大的电场,这个电场能够诱发一种称为压电催化的过程。在这个过程中,石英的表面成为电化学反应的活性场所,金离子在这里被还原为金原子,并在石英表面逐渐积聚。

这一现象并非瞬时完成。每次地震都会带来新的应力波,激活石英的压电效应,从而在石英表面不断沉积新的金层。随着时间的推移,这种沉积作用不断积累,最终形成我们所见到的天然金块。

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图:石英压电催化模型对金形成的总结。



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地震频发地区是天然的金矿场

全球许多地震频发的地区,如澳大利亚的维多利亚州、南非的金伯利以及美国的加州,都是著名的黄金产地。这些地区的共同特征在于地质活动极为频繁,地震事件屡见不鲜。正是这些地震,推动了石英矿脉中的黄金形成。

当地震发生时,石英矿脉中的石英晶体因受压而产生压电效应,形成局部电场。这一电场为地下水中的金离子提供了还原的机会,使它们沉积并逐渐聚集成可观的金块。随着地震的不断发生,这一过程反复进行,最终形成了我们今天所见的富含黄金的石英矿脉。

因此,这些地震活跃区可以看作是大自然的“黄金冶炼场”,在无数次地震的推动下,逐渐形成了丰富的金矿资源。


结语

这个有趣的发现不仅为地质学提供了新的见解,还可能对未来的黄金勘探产生深远影响。通过识别那些具有丰富石英矿脉且地震活动频繁的地区,科学家们或许可以更高效地找到潜在的金矿。


参考文献

Voisey, C.R., Hunter, N.J.R., Tomkins, A.G. et al. Gold nugget formation from earthquake-induced piezoelectricity in quartz. Nat. Geosci. (2024). https://doi.org/10.1038/s41561-024-01514-1