Nature：狗头金是如何形成的？地震可能是关键

Nature：狗头金是如何形成的？地震可能是关键

黄金一直是炙手可热的商品。但如今，找到一块金块并不是特别难：世界上大部分黄金都是从天然石英矿脉中开采出来的，石英呢，是一种玻璃状矿物，这种常见的矿物在地壳中总是闪闪发光。但是，形成金矿的地质过程却是一个长期困扰科学家的谜。

近日，发表在《nature geoscience》上的一项新研究提出了一个令人信服和惊讶的答案：电力和地震--大量的地震。

本文认为，这些金块的存在归功于普通石英奇特的电特性。当石英被挤压或抖动时，就会产生电能。这会将金颗粒从地壳中的流体中拖出来。这些颗粒结晶成金粒，随着时间的推移，在足够的电刺激下，这些金粒就会绽放成金块。

“如果你摇动石英，它就会发电，这也是石英钟表的原理。新论文的第一作者、澳大利亚莫纳什大学的地质学家克里斯托弗-沃伊塞（Christopher Voisey）说。地震是这种震动最可能的自然来源，研究小组的实验室实验表明，地震也能产生金块。

金块的出现是由于电力而不是更传统的地质过程，这种想法起初很奇特。但英国南安普顿大学的地质科学家托马斯-格农（Thomas Gernon）说：'这完全说得通。石英矿脉中蕴藏着大量的金块，而它们所处的环境又经常发生地震。

黄金可从多种地质矿床中提取，但经常在石英矿脉中发现。从远处看，白玉般的石英片就像编织在岩石中的明亮蜘蛛网。含金石英脉存在于地壳的某些部分，这些部分因山体形成等事件而承受了巨大的压力和应变（造山过程）。

这些受压、扭曲和破碎的区域遍布断层。当断层在地震中破裂时，炽热的地质流体（有时含有金颗粒）会涌入裂缝，冷却后形成富含金的石英矿脉。“作者说：'地震发生时，通常会有几千到几万股（这种）流体涌入，然后随着时间的推移，形成造山金矿。

金颗粒进入石英矿脉并不是意料之外的事。但在这些矿脉中，矿工们往往会发现大块的金块，而不是到处都是的小颗粒。“瑞典斯德哥尔摩大学的矿石地质学家伊恩-皮特凯恩（Iain Pitcairn）说：'石英矿脉中怎么会有如此大量的黄金？“这很奇怪，也很难解释。一定有什么东西迫使所有的金颗粒进入特定的位置，但是是什么呢？

石英本身也很奇特。它是一种简单的矿物，仅由硅和氧构成。但它也是唯一一种晶体缺乏对称中心的常见矿物，这意味着它的结构很古怪。这意味着，在特定条件下，石英的内部电学结构也是不平衡的，这使得它可以做一些奇怪的事情：产生电能。

石英本身不会产生电火花。但是，如果你对石英晶体施加一个力--比如说，在它上面施加压力 --它就会产生一个电场。这种现象被称为压电（piezoelectricity，源于希腊语 “piezo”，意为 “推动”）。“你施加的力越大，压电响应就越高，'Voisey 说。“如果你用力敲击石英晶体，使其破裂，你就能从中获得最大的电压'。

在一种压电矿物的矿脉中发现金块，这在 Voisey 看来很可疑。“他说：'这只是一个巧合。或者真的是巧合？

为了弄清地震是否是起作用的神秘力量，Voisey 和他的团队将纯天然石英板放置在装有含金液体溶液的密封室中。一些石板被一台复制地震波的机器推来推去。其他石板则作为对照实验保持不动。人们希望，金会开始以固体形式出现在颤动的石板上。

假地震平息后，沃伊西拿起石英，在强力显微镜下观察。它们就在那里：无数的金颗粒，在表面闪闪发光。

早在几年前，Voisey 还是一名博士生时，他就预感到地震和电场可能会铸造出黄金。“他说：'当它成功时，我简直疯了。“我一屁股坐在椅子上，大声尖叫起来。老兄，我简直要爆炸了。

不出所料，晃动的石英产生了电场。溶解在溶液中的金颗粒被拖出溶液，以固体颗粒的形式沉积在石英表面。但这并不是故事的结局。“作者说：'最大的难题是如何制造真正的大金块。

为了解决这个问题，作者将另一大块石英放在他的人工地震机上，但这次，石英中已经有了一小块金块。当这块闪闪发光的石板被摇动时，金块开始生长。

由于金具有导电性，如果已经存在金粒，它们就会成为电极，从溶液中迁移出来的金颗粒会被优先吸引到这些金粒上。Voisey 说，已有的金粒和金块 “成为 ”其他金粒的 “避雷针”。

在自然界中，带有金块的石英矿脉可能不是由一次地震形成的，而是由无数次地震形成的。在最初的几次地震萌发出金粒后，更多的地震会导致越来越多的金粒在这些金粒上结晶，最终形成金块。

作者说：'这些金块很优雅，也很新颖。

尽管地质学家清楚地知道在哪里可以找到金块，但他们一直对金块的存在感到困惑。“作者说：'我认为这可以很好地解释这一点。

作者说：'几个世纪前，人们认为摇动普通石英就能产生金子的想法简直就是炼金术。这项研究表明，尽管大自然能够变魔术，但只需要正确的团队和正确的实验，就能揭示魔术是如何变出来的。有时，秘密似乎简单得令人沮丧。

作者说：'这几乎太整齐划一了。“但我为此感到高兴'。

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:///10.1038/s41561-024-01514-1