Геологи объяснили появление богатых золотом месторождений

Группа французских ученых смогла объяснить, каким образом формировались месторождения золота с высоким содержанием этого металла. Ключевую роль в этом процессе играют ионы трехатомной серы S₃^-, которые во много раз эффективнее экстрагирует золото из других пород. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, пресс-релиз доступен на сайте Phys.org.

Ученые использовали сочетание теоретических и экспериментальных методов для описания химических превращений, происходящих в природе. Водный раствор золота, серы и тиосульфата с малыми примесями других соединений помещали в специальное устройство - гидротермальный автоклав. В нем авторы создавали высокие давление и температуру, близкие к природным условиям. Кроме того, устройство автоклава позволяло измерять концентрации образующихся комплексов. 

Состав и структуру соединений определяли с помощью метода рентгеновской абсорбционной спектроскопии. Теоретические расчеты (методами молекулярной динамики и термодинамического моделирования) позволили выделить среди происходящих химических процессов те, которые ответственны за экстракцию золота.

Ученые доказали, что растворимость комплексов золота с тиозонидом S₃^- в несколько раз выше, чем для других комплексообразователей. Это позволяет эффективнее извлекать драгоценный металл из вулканических пород и накапливать его в гидротермальных карманах. Другое важное свойство тиозонида – его растворимость сильно зависит от условий. Таким образом, когда резко меняется температура, давление, pH или концентрация серы, происходит быстрое осаждение чистого золота.

Средняя концентрация золота в земной коре порядка ∼0.001 ппм, а для формирования месторождений требуется его содержание от трех до шести порядков больше. Геологи считают, что в земной коре происходит процесс экстракции золота из окружающих пород в гидротермальные растворы (вода при высоком давлении и температуре является еще более сильным растворителем), в которых достигается требуемая концентрация драгоценного металла. Изменение условий под действием геологических процессов приводит к тому, что растворимость соединений золота меняется, и металл осаждается в виде отдельной породы.

Традиционно считается, что за «извлечение» драгоценного металла ответственны ионы хлора Cl^-  и гидросульфида HS^-. Они образуют устойчивые комплексы с Au⁺ -ионами золота в самой распространенной степени окисления в гидротермальных условиях.  Но концентрации золота, которых можно достичь с их помощью, слишком малы, чтобы объяснить формирование больших месторождений высокой чистоты. Теперь авторы показали, что образование таких пород можно объяснить участием ионов тиозонида S₃^-, которые оказываются в 10-100 раз эффективнее других лигандов.

Трисульфид-ион, или тиозонид по аналогии с озонидом O₃^-, встречается в некоторых минералах, например в лазурите, присутствие его окисленного аналога – триатомной серы S₃ - было доказано в вулканических выбросах Ио и атмосфере Венеры. В стандартных условиях трисульфид-ион нестабилен, поэтому долгое время не удавалось определить его влияние на геологические процессы.