【嵇叔夜專欄】黃金不是天上掉下來的

大多數黃金是從石英礦床中開採出來的，但大塊黃金到底是如何在石英中形成的卻是一個謎。羅賓·喬治·安德魯斯Robin George Andrews發表在最新一期《國家地理雜誌》(National Geographic) 的<金塊是如何形成的？地震可能是關鍵>( How do gold nuggets form? Earthquakes may be the key)說，科學家終於解開了石英岩中發現的這些大塊金背後的地質過程的長期謎團。(Scientists have finally solved a long-standing mystery about the geologic process behind these large pieces of gold found in quartz rock.)
最初在哪裡形成金塊的地質過程一直是個謎
黃金一直是熱門商品。但如今，找到金塊並不是太困難：世界上大部分黃金都是從石英的天然礦脈中開採出來的，石英是一種玻璃狀礦物，分佈在大塊被壓扁的地球地殼中。但最初在那裡形成金塊的地質過程一直是個謎。

現在，今天發表在《自然地球科學》上的一項新研究得出了一個令人信服且令人驚訝的答案：電力和地震——很多。黃金不是天上掉下來的。
這些金塊的存在歸功於普通石英的奇怪電特性。當被壓扁或搖晃時，礦物就會產生電力。這會將金顆粒從地殼的流體中拖出。這些粒子結晶為金粒，隨著時間的推移，在足夠的電刺激下，這些金粒會綻放成金塊。
「如果你搖動石英，它就會發電。如果你發電，就會產出黃金，」澳洲莫納什大學地質學家、這篇新論文的主要作者克里斯多福‧沃西 (Christopher Voisey)說。地震是最有可能的震動的自然來源，該團隊的實驗室實驗表明地震可以產生金塊。
金塊的出現是由於電力而不是更傳統的地質過程的想法，首先是一個奇怪的想法。但“這是完全有道理的”，英國南安普敦大學地球科學家托馬斯·格農（Thomas Gernon）說，他沒有參與這項新工作。石英礦脈中含有大量的金塊，且其環境經常發生地震。
金色的蜘蛛網
黃金是從各種地質礦床中提取的，但它經常在石英脈中發現。從遠處看，雪花石膏石英片看起來就像在岩石中編織的明亮蜘蛛網。含金石英脈存在於因造山等事件而承受大量應力和應變的地殼部分。
這些受壓、扭曲和破碎的區域充滿了斷層。當地震期間斷層破裂時，熾熱的地質流體（有時含有金顆粒）會湧入裂縫，冷卻並形成富含金的石英脈。 「地震期間通常會出現數千到數萬個[這種]流體脈衝，隨著時間的推移，就會形成造山金礦床，」沃西說。
金顆粒進入石英脈並不意外。但在這些礦脈中，礦工往往會發現大塊金塊獨立存在，而不僅僅是遍布各處的微小顆粒。 “如何在石英礦脈中獲得如此高濃度的黃金？”瑞典斯德哥爾摩大學礦石地質學家Iain Pitcairn表示，他沒有參與這項新工作。 “這很奇怪，也很難解釋。”一定有什麼東西迫使所有金顆粒進入特定位置，但什麼？
對石英施加的力越大，壓電響應就越高
石英本身也很奇怪。它是一種簡單的礦物質，僅由矽和氧製成。但它也是唯一晶體缺乏對稱中心的常見礦物，這意味著它的結構不穩定。這意味著，在某些條件下，石英的內部電氣配置也是不平衡的，這使得它能夠做一些奇怪的事情：發電。
石英本身不會產生火花。但是，如果你對石英晶體施加力（例如在其上壓印），那麼它就會產生電場。這種現像被稱為壓電現象（源自希臘語“piezo”，意思是“推”）。 「施加的力越大，壓電響應就越高，」Voisey 說。 “如果你用力擊打石英晶體，使其破裂，你就會從它獲得最大的電壓。”
沃伊西認為，壓電礦物脈中存在金塊似乎很可疑。 “這只是巧合，”他說。或者是嗎？
現代化煉金術
為了找出地震是否是起作用的神秘力量，沃西和他的團隊將純天然石英板放置在裝有含金液體溶液的密封室中。有些平板被一台複製地震波的機器推擠。其他人則保持不變作為對照實驗。人們希望黃金能夠開始以固體形式出現在顫動的板塊之上。
假地震平息後，沃西拿起石英，在高倍顯微鏡下觀察。它們就在那裡：無數的金色顆粒，在表面閃閃發光。
金色碎片似乎漂浮在淺灰色岩石狀物體前面。這種假彩色 3D X 射線斷層掃描重建顯示了石英中的高品位金。
沃西幾年前在攻讀博士學位時，最初就有這樣的預感：地震和電場可能會鍛造黃金。學生;看到它實現是一個令人興奮的時刻。 「當這個方法奏效時，我簡直要發瘋了，」他說。 「我向後一踢椅子，尖叫著什麼的。兄弟，我爆炸了。
最大的難題是如何製造真正非常大的金塊
正如預期的那樣，擺動的石英產生了電場。溶解在溶液中的金顆粒被從溶液中拖出，並以固體顆粒的形式沉積在石英的表面上。但故事還沒結束。沃西說：「最大的難題是如何製造真正非常大的金塊，」而不是各種元素的斑點。
為了解決這個問題，沃西將另一塊石英放入他的人造地震機中，但這次，石英中已經含有一點金了。當那塊閃閃發光的石板被搖晃時，金塊開始長大。
由於金導電，如果那裡已經有金顆粒，它們就會充當電極，從溶液中遷移出來的金顆粒會優先被吸引到電極上。沃西說，先前存在的穀物和金塊「成為了其餘黃金的避雷針」。
在自然界中，含有金塊的石英脈可能不是由一次地震事件形成的，而是由大量地震事件形成的。在最初的幾次地震中，金粒發芽後，更多的地震會導致越來越多的金顆粒在這些顆粒上結晶，最終形成金塊。
「它很優雅，而且也很新穎，」皮特凱恩說。
儘管地質學家確切地知道在哪裡可以找到金塊，但它們的存在卻讓他們感到困惑。 「我認為這對解釋它有很大幫助，」皮特凱恩說。
幾個世紀前，搖晃普通石英並產生黃金的想法被認為是煉金術。這項研究表明，儘管大自然能夠施展魔法，但只需要合適的團隊和正確的實驗，就能揭示魔術是如何表演的。有時，這個秘密似乎非常簡單。