Złoto głupców okazało się pełne prawdziwego kruszcu. Wspaniały żart natury

Prawdziwe złoto ukrywało się wewnątrz minerału nazywanego złotem głupców. W najbogatszym punkcie stanowiło 1,9 proc. masy pirytu.

Piryt dostał przydomek złota głupców, ponieważ jego żółte, metalicznie połyskujące kryształy przez wieki zwodziły poszukiwaczy cennego kruszcu. W świetle słońca potrafił wyglądać niemal identycznie jak prawdziwe złoto, rozbudzając nadzieje i prowadząc do wielu rozczarowań. Tym razem jednak historia zatoczyła interesujący krąg. Okazało się, iż ta fałszywa skała może skrywać w sobie coś znacznie bardziej wartościowego, niż dotąd przypuszczano. W próbkach wydobytych z dna oceanu naukowcy odkryli piryt, który w niektórych miejscach zawierał aż 1,9 proc. prawdziwego złota, co czyni go jednym z najbardziej zaskakujących naturalnych magazynów tego metalu.

Piryt wygląda jak złoto, ale nim nie jest

Piryt jest siarczkiem żelaza zbudowanym z atomów żelaza i siarki. Ma metaliczny połysk, mosiężnożółty kolor i często tworzy regularne, efektowne kryształy. Nic dziwnego, iż niedoświadczeni poszukiwacze kruszców wielokrotnie brali go za złoto. Różnice gwałtownie wychodzą na jaw podczas prostych testów. Złoto jest miękkie, ciężkie i można je odkształcać. Piryt jest znacznie twardszy, kruchy i po uderzeniu rozpada się zamiast spłaszczać. Pozostawia również ciemną smugę, podczas gdy prawdziwe złoto zachowuje żółty kolor.

Określenie fałszywe złoto nie oznacza jednak, iż piryt jest całkowicie bezwartościową imitacją. To osobny minerał o własnych adekwatnościach, powstający w wielu środowiskach geologicznych. Od dawna wiadomo też, iż może występować w pobliżu złóż złota, a niekiedy zamykać w sobie bardzo niewielkie ilości cennego metalu. Nowe badanie pokazuje skalę, której w przypadku pirytu z podmorskich złóż hydrotermalnych dotąd nie obserwowano. Najbogatsze mikroskopijne obszary zawierały 19 231 części złota na milion, czyli nieco ponad 19 g w każdym kilogramie analizowanego minerału.

Nie oznacza to jednak, iż całe podmorskie złoże składa się w 1,9 proc. ze złota. Rekordową wartość zmierzono w wybranym punkcie pojedynczego ziarna pirytu. Średnia dla 135 wykonanych pomiarów wyniosła 844 części na milion, czyli około 0,84 g złota na kilogram pirytu.

Skarb leżał w podwodnym kraterze

Próbki pochodziły z kaldery Higashi-Aogashima Knoll znajdującej się około 360 km na południe od Tokio. Kaldera jest rozległym zagłębieniem powstałym po aktywności wulkanicznej. Jej dno ma około 7,5 km długości i 6,5 km szerokości, a najgłębszy punkt znajduje się około 820 m pod poziomem morza.

Na dnie działają trzy pola hydrotermalne: Central Cone, Southeast i East. Woda morska wnika tam w szczeliny skorupy, ogrzewa się w pobliżu gorących skał, reaguje z nimi i wypłukuje metale. Następnie wraca ku powierzchni dna jako gorący, nasycony minerałami roztwór.

Gdy płyn o temperaturze sięgającej około 280 st. C spotyka się z zimną wodą oceaniczną, rozpuszczone związki błyskawicznie wytrącają się i budują kominy hydrotermalne. Część z nich tworzy tzw. czarne dymniki, z których wydobywa się ciemna chmura drobnych cząstek siarczków metali.

Jak pisaliśmy w tekście: Zeszli pod Arktykę. Szukają dowodów na istnienie obcych, podobne źródła są niezwykłymi centrami aktywności chemicznej. Mogą utrzymywać całe ekosystemy bez dostępu do światła słonecznego, a jednocześnie tworzą koncentracje siarki, miedzi, cynku, ołowiu, srebra i złota.

Złoża w kalderze odkryto jeszcze w 2015 r. Już pierwsze analizy pokazały, iż są wyjątkowo bogate. W całych fragmentach skał stężenie złota sięgało 275 części na milion, a średnia dla części próbek wynosiła 102 części na milion. W innych znanych podmorskich złożach hydrotermalnych wartości przeważnie mieszczą się w zakresie od 0,01 do 43 części na milion. Badacze wiedzieli więc, iż trafili na niezwykłe miejsce. Nie wiedzieli jeszcze, ile złota ukrywa się wewnątrz samego pirytu.

Złota nie dało się zobaczyć choćby pod mikroskopem

W tradycyjnym złożu złoto może występować jako drobne blaszki, ziarenka, żyłki albo cząstki stopu ze srebrem nazywanego elektrum. Takie fragmenty da się zobaczyć przy odpowiednio dużym powiększeniu i fizycznie oddzielić od otaczającej skały.

W badanym pirycie sytuacja wygląda inaczej. Naukowcy nie znaleźli złotych grudek ani nanocząstek schowanych w szczelinach minerału. Wszystko wskazuje na to, iż atomy złota weszły bezpośrednio do sieci krystalicznej pirytu.

Taką postać nazywa się niewidzialnym złotem. Metal istnieje w próbce, ale nie tworzy osobnej widocznej fazy. Jest rozproszony w strukturze minerału na poziomie atomowym, dlatego zwykłe oglądanie skały nie pozwala ustalić, ile naprawdę zawiera kruszcu.

Do jego wykrycia wykorzystano wtórną spektrometrię mas jonów, określaną skrótem SIMS. Urządzenie kieruje na powierzchnię próbki skupioną wiązkę jonów. Uderzenia wybijają z minerału atomy i cząsteczki, z których część zostaje naładowana elektrycznie. Spektrometr rozdziela następnie powstałe jony według ich masy, pozwalając zidentyfikować pierwiastki oraz zmierzyć ich stężenie. Analiza pozostawia w minerale mikroskopijny otwór i może sprawdzać skład kolejnych warstw z dokładnością liczoną w nanometrach.

Zastosowana metoda wykrywała złoto już od stężenia 7 części na miliard. Jednocześnie zachowywała zakres wystarczający do mierzenia punktów zawierających dziesiątki tysięcy części na milion. Dzięki temu badacze mogli przeanalizować zarówno niemal puste, jak i wyjątkowo bogate ziarna tą samą techniką.

Arsen zrobił miejsce dla atomów złota

Piryt ma regularną strukturę zbudowaną z żelaza i siarki. Aby atom innego pierwiastka mógł się w niej zmieścić, musi zastąpić jeden z podstawowych składników albo trafić do powstałej w krysztale luki. Najważniejszą rolę prawdopodobnie odegrał arsen. Jego atomy mogą zastępować część siarki i deformować uporządkowaną strukturę pirytu. Powstają wtedy miejsca, do których łatwiej wchodzą większe jony złota.

Badania wielu złóż pokazywały już wcześniej, iż większej zawartości arsenu w pirycie często towarzyszy więcej złota. Nowe próbki częściowo potwierdziły tę zależność, ale jednocześnie ujawniły, iż sam arsen nie wyjaśnia rekordowych wyników. Najbogatsze fragmenty zawierały również dużo ołowiu albo miedzi. Pierwiastki te mogły dodatkowo zaburzyć sieć krystaliczną i ułatwić zatrzymywanie złota. Autorzy badania zaznaczają jednak, iż dokładny mechanizm nie został jeszcze rozstrzygnięty.

Nie każdy piryt z kaldery okazał się równie cenny. Wyniki zależały od miejsca pobrania próbki oraz od sposobu, w jaki minerał urósł. Najwyższe średnie stężenia znaleziono na stanowisku Central Cone, a niższe na polach Southeast i East.

Najbogatszy piryt wygląda jak zastygłe warstwy

Naukowcy podzielili ziarna według kształtu i budowy. Analizowali m.in. dobrze uformowane kryształy, fragmenty o niepełnych ścianach, skupiska przypominające maliny oraz piryt kolomorficzny. Ostatni typ tworzy zaokrąglone, koncentryczne warstwy przypominające naskorupienia albo przekrój drobnej cebuli. Powstaje, gdy składniki gwałtownie wytrącają się z roztworu hydrotermalnego. Właśnie w takich strukturach znaleziono najwyższe koncentracje złota, arsenu, ołowiu i miedzi.

Tempo tworzenia minerału może więc mieć równie duże znaczenie jak skład samego płynu. Gdy gorący roztwór gwałtownie miesza się z zimną wodą, piryt narasta szybko, tworzy mniej idealną strukturę i zamyka w niej więcej obcych pierwiastków. Dobrze wykształcone kryształy, które rosły spokojniej, zwykle zawierały mniej złota. Z punktu widzenia poszukiwania złóż oznacza to, iż nie wystarczy znaleźć piryt. Trzeba jeszcze rozpoznać jego formę, skład domieszek i warunki, w których powstał.

Charakterystyczne warstwowe ziarna bogate w arsen, ołów i miedź mogą działać jak geologiczne drogowskazy prowadzące do miejsc, w których niewidzialnego złota jest szczególnie dużo.

Rekord nie oznacza, iż można już wysłać górników

Badane złoża znajdują się stosunkowo płytko jak na podmorskie systemy hydrotermalne. Maksymalna głębokość około 820 m jest znacznie mniejsza niż kilka kilometrów dzielących powierzchnię od wielu innych potencjalnych obszarów wydobywczych. Nie sprawia to jednak, iż eksploatacja staje się łatwa. Trzeba zlokalizować i wydobyć nieregularne kominy oraz kopce siarczkowe, przetransportować materiał na powierzchnię, a następnie odzyskać złoto zamknięte atomowo w pirycie.

Takie złoto może być trudniejsze do wydzielenia niż widoczne ziarenka. Rozdrobnienie skały nie wystarczy, ponieważ metal nie tworzy osobnych cząstek. Konieczne są procesy chemiczne lub termiczne rozkładające piryt, co zwiększa zużycie energii i może prowadzić do powstawania szkodliwych produktów zawierających siarkę oraz arsen.

Dochodzi do tego wpływ na środowisko. Aktywne źródła hydrotermalne nie są martwymi hałdami rudy, ale wyjątkowymi ekosystemami zależnymi od ciepła i związków wydobywających się spod dna. Zniszczenie komina może oznaczać usunięcie całego siedliska.

Jak pisaliśmy w tekście: Nie ma grzebania dla kasy w dnie oceanu. Paradoksalna dyskusja w branży motoryzacyjnej, perspektywa eksploatacji podmorskich surowców od dawna budzi sprzeciw naukowców i organizacji środowiskowych. Wiedza o większości głębinowych ekosystemów jest przez cały czas zbyt mała, aby łatwo ocenić ich zdolność do odbudowy.

Fałszywe złoto okazało się znacznie uczciwsze, niż sądziliśmy

Odkrycie nie zmienia oczywiście pirytu w nową odmianę złota ani nie oznacza, iż każdy błyszczący kryształ jest wart fortunę. W większości próbek zawartość cennego metalu była wielokrotnie niższa od rekordowych 1,9 proc., a wartość całego złoża zależy od ilości bogatego materiału, kosztu jego odzyskania i strat podczas przetwarzania.

Zmienia się natomiast sposób, w jaki geolodzy mogą patrzeć na pozornie dobrze znany minerał. Piryt nie jest jedynie żółtym oszustem leżącym obok prawdziwego kruszcu. Może być aktywną pułapką, która wyłapuje złoto z gorących roztworów i zamyka je we własnej strukturze. Największa ironia polega więc nie na tym, iż fałszywe złoto nagle stało się prawdziwe. Piryt przez cały czas pozostawał pirytem. To nasze metody badań były zbyt mało czułe, aby zobaczyć, co dokładnie kryje się pomiędzy atomami żelaza i siarki.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI