Сквашивание молока помогло объяснить аномальное появление золотоносных жил

Несмотря на небольшую концентрацию в земной коре, золото нередко образует богатые месторождения — жилы. Процессы, в результате которых это происходит, долгое время оставались для геологов тайной. Однако разгадка пришла откуда ждали меньше всего: образцом послужили кисломолочные продукты, получающиеся в результате флокуляции (во время сквашивания) коллоидной системы (молока).

Гипотезу флокуляции коллоидной системы из наночастиц золота в богатые драгоценным металлом минералы проверили на практике канадские ученые. Они нашли образцы пород из рудника Brucejack, полностью соответствующие модели. Статью с описанием исследования специалисты из Университета Макгилла и компании Pretium Resources опубликовали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

С точки зрения физики и химии молоко — это взвесь микроскопических капель жира в водном растворе, то есть эмульгированный коллоид. При нормальных условиях кислотность (уровень pH, водородный показатель) этого биологического продукта близка к нейтральной. Структура молока сохраняется за счет того, что отрицательно заряженные шарики жира постоянно отталкиваются друг от друга. Это в меру устойчивое взаимодействие позволяет коллоидной системе сохранять вкус, вид и запах, при этом не расслаиваясь.

Однако, если в молоко добавить бактерии, превращающие в процессе своего метаболизма лактозу в молочную кислоту, уровень pH начнет резко падать. Коллоидная система потеряет стабильность: поверхностный заряд с микрокапель жира будет стекать, а сами они станут слипаться вместе. Так происходит сквашивание молока и превращение его, в зависимости от подготовки и вида бактерий, в простоквашу, творог, ряженку или прочие полезные продукты. Этот процесс называется коагуляция, а точнее — флокуляция, ее подвид с образованием рыхлых промежуточных структур.

Сравнение золотой жилы электрума в калците с кварцем (слева, макрофотография) с микроскопической «веной», в которой частицы благородного металла сформировали «тромб» (справа, изображение получено просвечивающим электронным микроскопом) / ©McLeish et al., PNAS, 2021, https://doi.org/10.1073/pnas.2100689118

Довольно давно геологи, физики и химики предположили, что золотые месторождения могут формироваться похожим образом. Грунтовые воды вымывают из земной коры содержащиеся там микрочастицы золота. По мере растворения в жидкости все большего количества попутных веществ ее кислотность возрастает. Когда она достигает определенного предела, соединения благородного металла перестают вести себя согласно «правилам» коллоидов — с поверхности их микрочастиц стекает заряд, и они слипаются.

Проблема была только в том, что такой механизм на практике ни разу не наблюдался. Согласно расчетам, вода с содержанием золота всего в несколько частей на миллион должна успеть сформировать жилы массой в килограммы за считаные дни. Поднимая таким образом концентрацию драгоценного металла в породе со средних по земной коре четырех миллиграммов на тонну (консервативная оценка) до 41,6 грамма на тонну (в десять с половиной тысяч раз). Альтернативные гипотезы предлагали вариант оседания золота из растворов хлоридов или бисульфидов, но у этой версии свои недостатки.

Достижение канадских ученых — обнаружение долгожданных «промежуточных» этапов формирования жилы. Они нашли фрагменты кальцита, испещренные микроскопическими каналами, в которых осел электрум (минерал, представляющий собой природный сплав золота и серебра). Характер «тромбов» в этих «венах» диаметром порядка 50 нанометров практически однозначно говорил о том, что они слиплись из более мелких частиц в процессе флокуляции.

Ну а полноразмерные золотоносные жилы, соответственно, формируются, когда поток богатой благородным металлом воды проходит через такую породу. Она заполняет микротрещины и растворяет окружающие минералы. Когда кислотность возрастает, коллоидная система разрушается и частицы золота быстро закупоривают все венки. Через непродолжительный промежуток времени небольшие каналы рядом почти объединяются и становятся богатым самородком или жилой. Аналогичный механизм может происходить и в сравнительно больших каналах в породах.