巨大的金块是怎么来的？

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划重点

01金块的形成过程可能与我们想象的更“电光火石”，与石英非同寻常的电特性以及它们在地震中的状态有关。

02研究发现，在实验室中，石英在受压时会产生电势，推动附近液体的氧化还原反应，让金从溶液中析出。

03由于石英是电绝缘体，金却是导电的，已有的金粒会成为沉积金反应的焦点。

04随着流体不断渗入，含金的流体经过地震多发岩石断层的石英矿脉中，不断重复累积，形成金矿床。

05在这种石英矿脉中，我们可能看到了大金块的部分原因。

以上内容由腾讯混元大模型生成，仅供参考

早在数千年前，人类就开始对黄金产生了特殊的迷恋。古希腊和古罗马的文献中都有关于采金的描述。人类历史上一波又一波的淘金热，尤其是19世纪的淘金热，在塑造现代世界的过程中也发挥了强大的作用。对黄金的渴望曾让文明崛起，也曾让文明灰飞烟灭。

金之所以如此珍贵，其中一个原因是它具有高度非反应性，金制品往往可以保持着光泽。在温度、压强和化学变化的作用下，这种致密的黄色金属通常存在于岩石矿物石英的矿脉中。

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金通常形成于石英矿脉中。（图/James St John，Flickr，CC BY 2.0）

然而，金的特性也让它几乎不会溶解，这使得它很难从其他材料中被提纯。在天然流体中，它的溶解度只有百万分之一左右，即使在热液中的浓度也不高。根据传统的颗粒浓度模型，想要形成那种硕大的金块，需要在一个位置积聚下大量金。具体来说，要形成一块1千克重的金块，就要大约5个奥林匹克游泳池的热液。这在石英矿脉中是不可能的。

那金究竟是如何浓缩成几十甚至几百千克重的金块的呢？

近日，一组研究团队认为，这个过程可能比我们想象的更“电光火石”，因为答案很可能与石英非同寻常的电特性，以及它们在地震中的状态有关。研究已发表在《自然·地球科学》上。

受压的石英

人类获得的金中约有75%来自所谓的造山金矿床。顾名思义，造山运动指的是山脉的构造过程，造山金矿床形成于两块岩体移动的缝隙中。这些区域通常充满了高温的热液，热量可以让金的溶解度从“几乎不溶解”提高到“一升水不到一毫克”的极低状态。

这些矿床的另一个显著特点是，它们通常与矿物石英（二氧化硅的结晶形式）有关。石英是一种压电材料，在受到机械应力（受到物理力的压缩或拉伸）时，它会产生瞬时电荷。力越大，电荷也越大。

地球上具有压电效应的矿物并不多，而石英是目前最丰富的一种，也是自然中压电性最强的材料之一。其实，我们对于压电性这种现象并不陌生，在一些日常物品中，微小的机械力就能产生很大的电压，比如打火机里的火花。

想象一下地震的时候。地球构造板块的运动会让地下的石英受到巨大压力，这会产生大量电荷。那么，这种压电现象是否也与金块的形成有关呢？

地震中，石英在受压时会产生电势，而由于石英本身又恰好是一种绝缘体，因此电势不容易自行消散。不过，它可以通过与石英晶体接触的任何材料（包括液体）发生电子转移来消除。这也意味着，电荷可以推动附近液体的氧化还原反应，中和溶解的离子，让它们从溶液中析出。

实验室里的地震

想要验证这种猜想就需要实验。而用真正的地震做实验自然相当困难，团队因此尝试着在实验室里模拟地震。

科学家设计了一个实验来模拟石英晶体在地震中的状态，他们将石英晶体浸没在富含金的液体中，然后用电机对晶体反复施加应力。每次撞击石英都会产生电压。金以氯化金离子溶液或者金纳米颗粒悬浮液的形式存在。石英晶体要么是纯石英，要么是从富含金的地区获得的，并且已经含有一些小的金矿床。晶体受到的应变频率则与小型地震产生的频率相似。实验持续了一小时。

之后，他们将石英样品放在电子扫描显微镜下，观察石英表面有没有金的沉积。

左图：实验中通过压电反应沉积在石英上的金的扫描电子显微图像。放大后的图像显示，金粒的纹理是由多个金纳米粒子粘在一起构成的。右图：样品的能量色散光谱图。（图/Dr Chris Voisey）

结果发现，一小时的时间足以让纯石英晶体上形成小的金沉积。就天然形成的石英而言，金最终会沉积在已有的金的位置上，而不是形成额外的沉积。这一点非常合理，因为石英是电绝缘体，金却是导电的。已有的金粒会成为沉积金反应的焦点。这其实和工业镀金的原理差不多，只不过是在给金镀金。

回到金块

有了石英和金在实验室中的行为方式，就可以再次思考地质问题了。

这个故事应该是这样的：含金的流体经过地震多发岩石断层的石英矿脉中。地震中，石英受到应力，产生压电电压，从这些流体中析出金。

这个过程还有自我强化的作用。也就是说，一旦在石英表面形成少量金属沉积物，就会促进与附近液体的电子交换，这意味着会有更多金属沉积在同一位置。这也会降低附近溶液中的金属浓度，有利于更多的金属离子扩散到这个位置。

随着流体不断渗入，这个位置也会成为后来“压电镀金”的焦点，因此金矿床会随着时间的推移而不断扩大。

在数百万年间，这个过程不断重复累积。这或许就是我们在这种石英矿脉中看到大金块的部分原因。

#创作团队：

撰文：Takeko

排版：雯雯

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封面图&首图：Rawpixel

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