Η κρυφή χρυσή «κουζίνα» της Γης μαγειρεύει πολύτιμα μέταλλα κάτω από τον βυθό του Ειρηνικού Ωκεανού

Snapshot

• Το ηφαιστειακό γυαλί από το Τόξο Κερμαντέκ περιέχει συγκεντρώσεις χρυσού πολλαπλάσιες σε σχέση με μάγμα από μεσοωκεάνιες ράχες λόγω επαναλαμβανόμενης τήξης του μανδύα.
• Το νερό που απελευθερώνεται από την καταβυθιζόμενη πλάκα μειώνει τη θερμοκρασία τήξης του μανδύα, αυξάνοντας την ποσότητα λιωμένου πετρώματος και επιτρέποντας την απελευθέρωση χρυσού από θειούχα ορυκτά.
• Η επαναλαμβανόμενη τήξη και η υψηλή υγρασία του μανδύα κάτω από το Τόξο Κερμαντέκ οδηγούν σε απελευθέρωση και εμπλουτισμό χρυσού στο μάγμα πριν αυτό ανέβει προς τον πυθμένα του ωκεανού.
• Η διαδικασία αυτή επηρεάζει την αρχική περιεκτικότητα σε μέταλλα του μάγματος που τροφοδοτεί τα ηφαιστειακά συστήματα και οδηγεί στη δημιουργία υδροθερμικών θειούχων κοιτασμάτων.
• Τα πετρώματα που μελετήθηκαν δεν έχουν εμπορική αξία λόγω χαμηλών συγκεντρώσεων χρυσού, αλλά η μελέτη αποκαλύπτει κρίσιμες βαθιές γεωλογικές διεργασίες εμπλουτισμού πολύτιμων μετάλλων.

Snapshot powered by AI

Ηφαιστειακό γυαλί που ανακτήθηκε από το Τόξο Κερμαντέκ, βόρεια της Νέας Ζηλανδίας, περιέχει συγκεντρώσεις χρυσού αρκετές φορές υψηλότερες από αντίστοιχο μάγμα που προέρχεται από μεσοωκεάνιες ράχες. Οι χημικές μετρήσεις δείχνουν ότι ο εμπλουτισμός αυτός ξεκινά όταν πλούσια σε νερό πετρώματα του μανδύα της Γης λιώνουν επανειλημμένα κάτω από την αλυσίδα υποθαλάσσιων ηφαιστείων.

Η έρευνα εξέτασε πώς ξεκινά ο εμπλουτισμός του χρυσού βαθιά στο εσωτερικό της Γης, πριν το μάγμα ανέβει προς τον πυθμένα του ωκεανού και πριν τα θερμά υγρά αναδιανείμουν τα μέταλλα μέσα στα ηφαιστειακά πετρώματα. Το νερό ενισχύει την τήξη του μανδύα, ενώ η έντονη τήξη διασπά ορυκτά που περιέχουν θείο και τα οποία υπό φυσιολογικές συνθήκες συγκρατούν τον χρυσό.

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Communications Earth & Environment, παρακολούθησε αυτή τη διαδικασία μέσα από τη χημεία του γυαλιού που σχηματίστηκε στον πυθμένα της θάλασσας. Τα δείγματα διατήρησαν στοιχεία που αποδεικνύουν ότι ο μανδύας κάτω από το ηφαιστειακό τόξο είχε ήδη λιώσει μία φορά και στη συνέχεια υπέστη νέα τήξη, επιτρέποντας την είσοδο μεγαλύτερης ποσότητας χρυσού στο νεοσχηματισμένο μάγμα.

Το ηφαιστειακό γυαλί διατήρησε τη χημεία του βαθιού μάγματος

Οι ερευνητές ανέλυσαν 66 δείγματα ηφαιστειακού γυαλιού που συλλέχθηκαν από το ηφαιστειακό τόξο Κερμαντέκ και τη γειτονική Τάφρο Χαβρ στον Νότιο Ειρηνικό.

Και οι δύο περιοχές βρίσκονται κοντά σε ζώνη καταβύθισης, όπου η πλάκα του Ειρηνικού βυθίζεται κάτω από την Αυστραλιανή πλάκα, προκαλώντας την έντονη ηφαιστειακή δραστηριότητα στην περιοχή.

Η υποθαλάσσια λάβα μπορεί να ψυχθεί τόσο γρήγορα ώστε να μετατραπεί σε γυαλί πριν προλάβουν να σχηματιστούν κρύσταλλοι. Αυτή η ταχεία ψύξη διατηρεί μεγάλο μέρος της αρχικής χημικής σύνθεσης του μάγματος, προσφέροντας στους επιστήμονες ένα «αρχείο» των συνθηκών που επικρατούν κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας.

Τα πιο χρήσιμα δείγματα ήταν τα λεγόμενα πρωτογενή γυαλιά, τα οποία είχαν υποστεί μικρή χημική μεταβολή μετά την αποχώρησή τους από τον μανδύα.

Οι επιστήμονες μέτρησαν τις ποσότητες χρυσού μαζί με ασήμι, χαλκό, σελήνιο και πλατίνα. Τα συγκεκριμένα μέταλλα ανήκουν στην κατηγορία των χαλκόφιλων στοιχείων, δηλαδή στοιχείων που τείνουν να συνδέονται με το θείο.

Οι σχετικές συγκεντρώσεις τους επέτρεψαν στην ομάδα να παρακολουθήσει πώς μεταβάλλονταν τα ορυκτά πλούσια σε θείο καθώς ο μανδύας υφίστατο τήξη.

Οι αρχικές συγκεντρώσεις χρυσού έφταναν τα 6 νανογραμμάρια ανά γραμμάριο πετρώματος. Παρότι η ποσότητα αυτή είναι εξαιρετικά μικρή, θεωρείται ασυνήθιστα υψηλή για μάγμα που προέρχεται από τον μανδύα.

Το γυαλί παρουσίαζε επίσης υψηλότερες αναλογίες χρυσού προς χαλκό σε σχέση με τον γόνιμο μανδύα και το πρωτογενές βασαλτικό μάγμα που δημιουργείται στις μεσοωκεάνιες ράχες.

Το νερό επιτρέπει μεγαλύτερη τήξη του μανδύα

Οι ζώνες καταβύθισης μεταφέρουν ορυκτά που περιέχουν νερό στο εσωτερικό της Γης, καθώς μία τεκτονική πλάκα βυθίζεται κάτω από μία άλλη.

Το νερό που απελευθερώνεται από την καταδυόμενη πλάκα περνά στον υπερκείμενο μανδύα και μειώνει τη θερμοκρασία στην οποία τα πετρώματα αρχίζουν να λιώνουν. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται υδάτινη τήξη του μανδύα.

Η ομάδα αρχικά εξέτασε αν το νερό ελέγχει άμεσα την ποσότητα χρυσού που εισέρχεται στο μάγμα. Τα δεδομένα όμως έδειξαν ότι το νερό κυρίως αυξάνει την έκταση της τήξης του μανδύα.

Μεγαλύτερη ποσότητα πετρώματος μπορεί να λιώσει, ενώ ένα μέρος του υλικού του μανδύα μπορεί να περάσει από περισσότερους από έναν κύκλους τήξης.

Κατά τη διάρκεια περιορισμένης τήξης, μεγάλο μέρος του χρυσού παραμένει εγκλωβισμένο σε θειούχα ορυκτά, ενώσεις στις οποίες το θείο συνδέεται με μέταλλα.

Τα ορυκτά αυτά μπορούν να επιβιώσουν στον μερικώς λιωμένο μανδύα και να συνεχίσουν να συγκρατούν τον χρυσό, εμποδίζοντάς τον να περάσει στο υγρό μάγμα.

Ο θαλάσσιος γεωλόγος Κρίστιαν Τιμ περιέγραψε τη διαδικασία στην επίσημη ανακοίνωση του GEOMAR:

«Σε υψηλούς βαθμούς τήξης, αυτά τα ορυκτά διασπώνται, απελευθερώνοντας πλήρως τον χρυσό τους μέσα στο τήγμα».

Η επαναλαμβανόμενη τήξη του μανδύα απελευθερώνει περισσότερο χρυσό

Τα δείγματα δείχνουν ότι η τήξη πραγματοποιήθηκε σε θερμοκρασίες πάνω από το σημείο πλήρους τήξης των θειούχων ορυκτών.

Όταν ξεπεραστεί αυτό το όριο, τα ορυκτά αυτά δεν μπορούν πλέον να συγκρατήσουν τις ίδιες ποσότητες χρυσού, αργύρου και άλλων σχετικών μετάλλων.

Τα χημικά μοτίβα δείχνουν επίσης ότι η πηγή του μανδύα είχε ήδη εξαντληθεί κατά τη διάρκεια ενός προηγούμενου επεισοδίου τήξης, πριν λιώσει ξανά.

Αυτή η διαδικασία πολλαπλών σταδίων μετέφερε σταδιακά τον χρυσό από τα στερεά υλικά του μανδύα στο μάγμα, αντί να τον απελευθερώσει σε ένα μόνο γεγονός.

Ο μανδύας κάτω από το Τόξο Κερμαντέκ ήταν τόσο πλούσιος σε νερό όσο και οξειδωμένος. Σε συνδυασμό με τον υψηλό βαθμό τήξης, αυτές οι συνθήκες μείωσαν την ικανότητα των θειούχων ορυκτών να συγκρατούν τον χρυσό, επιτρέποντας στο μέταλλο να περάσει στο ανερχόμενο πυριτικό μάγμα.

Το γυαλί περιείχε υψηλότερες συγκεντρώσεις χρυσού από αντίστοιχο μάγμα που δημιουργείται στις μεσοωκεάνιες ράχες. Οι μετρήσεις συνδέουν αυτή τη διαφορά με την επαναλαμβανόμενη τήξη μέσα σε έναν μανδύα που είχε ήδη τροποποιηθεί από προηγούμενη απώλεια λιωμένου υλικού.

Ο χρυσός εισέρχεται στο μάγμα πριν φτάσει στον πυθμένα

Η διαδικασία που εντοπίστηκε στη μελέτη λαμβάνει χώρα κάτω από ωκεάνια ηφαιστειακά τόξα, δηλαδή αλυσίδες ηφαιστείων που σχηματίζονται πάνω από ζώνες καταβύθισης.

Το μάγμα που δημιουργείται εκεί μπορεί να μεταφέρει χρυσό προς την επιφάνεια από τον μανδύα, καθορίζοντας την αρχική περιεκτικότητά του σε μέταλλα πριν φτάσει στα πιο ρηχά ηφαιστειακά συστήματα.

Αργότερα, γεωλογικές διεργασίες μπορούν να αλλάξουν αυτή τη σύνθεση. Καθώς το μάγμα ψύχεται και κρυσταλλώνεται, υγρά πλούσια σε νερό μπορεί να αποχωριστούν από αυτό και να κυκλοφορήσουν μέσα από ρωγμές των γύρω πετρωμάτων.

Αυτά τα θερμά υγρά μπορούν να διαλύσουν μέταλλα, να τα μεταφέρουν μέσα στον φλοιό και να τα αποθέσουν όταν αλλάξουν οι θερμοκρασίες και οι χημικές συνθήκες.

Μια τέτοια δραστηριότητα μπορεί να δημιουργήσει υδροθερμικά θειούχα κοιτάσματα κάτω από τον ωκεανό. Τα κοιτάσματα αυτά σχηματίζονται όταν θερμό νερό πλούσιο σε μέταλλα αλληλεπιδρά με ηφαιστειακά πετρώματα και απελευθερώνει τα διαλυμένα υλικά.

Η τήξη του μανδύα που περιγράφεται στη μελέτη συμβαίνει σε προηγούμενο στάδιο, παρέχοντας τον χρυσό στο μάγμα που τροφοδοτεί το ηφαιστειακό σύστημα.

Τα πετρώματα που μελετήθηκαν δεν είναι κατάλληλα για εμπορική εξόρυξη. Οι συγκεντρώσεις χρυσού παραμένουν αρκετές τάξεις μεγέθους χαμηλότερες από τα επίπεδα που απαιτούνται για οικονομικά εκμεταλλεύσιμα κοιτάσματα.

Τα ευρήματα περιγράφουν τη βαθιά γεωλογική διαδικασία μέσω της οποίας ο χρυσός μετακινείται από τα ορυκτά του μανδύα στο μάγμα κάτω από το ηφαιστειακό σύστημα Κερμαντέκ.