166410 (Круговорот золота в природе)

Круговорот золота в природе

Одно из интересных геохимических явлений на нашей планете — круговорот веществ в природе, включающий в себя циклические процессы превращения и перемещения соединений и отдельных химических элементов. Изучением этого явления занимались многие ученые. Так, В. И. Вернадский выделил геохимическую группу «циклических химических элементов», в которую он включил как широко распространенные, так и многие редкие элементы. В биогенном цикле особенно важную роль играют углерод, азот, фосфор и сера. Процессы их превращения и перемещения хорошо изучены. Золото также относится к геохимической группе циклических элементов, а его круговорот в природе, циклические процессы образования и перемещения на поверхности и внутри Земли имеют целый ряд интересных особенностей.

Общий земной круговорот вещества слагается из множества разнообразных частных процессов его превращения и перемещения. Эти отдельные циклические процессы никогда не бывают полностью обратимыми, часть вещества в процессах превращения рассеивается и отвлекается в частные круговороты или захватывается временными равновесиями.

Около 4,5 млрд. лет назад все вещество Земли разделилось на несколько концентрических оболочек, или геосфер: атмосферу, гидросферу и земную кору (гранитную, базальтовую и др.). Геосферы отличаются друг от друга не только химическим составом, но и физическими свойствами, в частности подвижностью. Внутри каждой из сфер идет непрерывный обмен веществом: это круговорот газов в атмосфере, воды в гидросфере, твердых веществ в литосфере. Обмен веществом идет и между двумя-тремя смежными геосферами — в пределах 10-20 км от поверхности Земли, а местами и в более широких пределах — до 50-60 км. Громадное влияние на крутоворот вещества на нашей планете оказало появление биосферы (около 3,5 млрд. лет назад), так как к физико-химическим превращениям прибавились биогенные процессы. И наконец, огромной геологической силой стала деятельность человека.

Циклические процессы миграции элементов во многом определяются их содержанием в геосферах. Химические элементы распространены в природе неравномерно. Более 99 % массы земной коры составляют девять элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний и титан. Золото занимает 61-е место по распространенности среди элементов, присутствующих на Земле (среднее содержание в литосфере - 4,3 • 10^-7 % по массе), и распределено в земной коре неравномерно. В среднем на 1 т земной коры приходится всего 5 • 10^-3 г этого драгоценного металла, хотя некоторые горные породы в отдельных географических районах отличаются более высоким его содержанием. Например, в некоторых базальтовых породах концентрация золота составляет 0,26 г/т, а в гранитном массиве американского штата Невада она достигает 1,1 г/т и более.

Некоторые ученые полагают, что в земном ядре концентрация золота должна быть больше, чем в литосфере. Этот вывод они сделали на основе химического исследования метеоритов, состав которых предположительно близок к составу земного ядра. Оказалось, что содержание золота в «космических путешественниках» значительно — от 5 до 10 г/т.

Есть золото и в гидросфере: в реках, морях и океанах. По оценкам разных специалистов, в 1 т морской воды содержится от 1 • 10"° до 1 • Ю^-3 г золота. Следовательно, во всем Мировом океане его растворено примерно 27 млн. тонн! Установить это позволили современные методы химического анализа, например нейтронно-активационный анализ, при котором атомы золота поглощают нейтроны и становятся радиоактивными, а радиоактивные атомы могут быть обнаружены по излучению, испускаемому ими при радиоактивном распаде. Концентрация золота в отдельных районах Мирового океана различна, максимального значения она достигает в Карибском море (18 мг/т), велико содержание золота в Неаполитанском заливе, в Атлантическом океане у берегов Северной Европы и у восточного побережья Австралии.

Химические формы нахождения золота в природных условиях разнообразны: чистое самородное золото, теллуриды, сульфиды, металлоорганические соединения, растворимые в воде комплексные соединения. Таким образом, получается, что драгоценный 79-й элемент окружает нас повсюду: в небольших концентрациях он присутствует в почве, грунтовых водах, растениях, в организмах животных и даже в виноградном вине! По аналогии с другими элементами можно предположить, что природное золото, входящее в состав литосферы и гидросферы, интенсивно подвергается превращениям, участвуя в так называемых малом и большом круговоротах.

Малый круговорот золота

Этот круговорот начинается с выветривания золотосодержащих пород (медно-нике-левых, колчеданных, медно-цинковых и ар-сенопиритовых сульфидных руд) под воздействием температуры, кислорода, углекислого газа и воды. Этому способствуют и различные микроорганизмы, роль которых сводится к выщелачиванию золота из руд.

В настоящее время известно около сорока минералов золота. В рудах оно в основном находится в свободном (самородном) состоянии. Химический состав самородного золота характеризуется его пробой, а также содержанием элементов-примесей. Преобладают месторождения средней (800-899) и высокой (900-950) пробы. Индивидуальные кусочки самородного металла, так называемые золотины, чаще всего имеют зональное строение: ядро представлено золотом средней пробы, а периферические зоны более низкопробные. Добываемые из месторождений золотины бывают разных форм: хорошо ограненные кристаллы, сростки кристаллов, дендриты, а также разнообразные смешанные формы.

Самородками принято называть природные куски золота, имеющие значительные размеры: массу более 1 г или поперечный размер не менее 5 мм. Большое внимание к самородкам вызвано их чрезвычайной редкостью и высокой ценой. В нашей стране крупнейшие и наиболее интересные по форме золотые самородки хранятся в Алмазном фонде. Самый крупный из них — знаменитый «Большой треугольник» массой свыше 36 кг.

Он был добыт в 1842 г. на Южном Урале, в окрестностях Миасса и является самым крупным из сохранившихся в мире, так как известные большие австралийские самородки массой 71 и 216 кг в свое время были переплавлены. В Алмазном фонде находятся и более мелкие самородки. Самые причудливые или крупные из них получили названия по своему внешнему виду: небольшой «Мефистофель» массой всего 20 г, солидный «Верблюд» массой 9 кг, средний «Заячьи уши» массой более 3 кг и многие другие. Подавляющее большинство золотых самородков безымянны, но все они очень ценны.

Иногда самородок находится «в рубашке» из оксида железа или маленьких частиц пустой породы, вдавленных в поверхность золотины. В этом случае цвет золота становится грязно-бурым или даже черным. Такая «одежда» затрудняет не только распознавание ценного металла, но и последующую его обработку.

Хотя 79-й элемент и славится своим «благородством» — химической инертностью, природное золото никогда не бывает абсолютно чистым. Элементы-примеси в самородном золоте очень разнообразны: серебро, медь, железо, титан, сурьма, ртуть, теллур, цинк. Их содержание обычно составляет тысячные и сотые доли процента, редко десятые доли. Золото любит другие металлы и образует с ними минералы различного состава (см. таблицу).

Эти интерметаллические соединения представляют собой твердые растворы — фазы переменного состава, в которых атомы разных элементов включены в кристаллическую решетку благородного элемента. Однако не все металлы растворяются в золоте, а только те, атомный радиус которых близок к атомному радиусу золота, т. е. к 1,44 • КГ¹⁰ м. Это прежде всего «геометрический близнец» золота — висмут, а также серебро и платина. Наиболее распространено в природе серебристое золото, за ним следуют электрум, висмутистое и медистое золото, порпецит, платинистое, иридистое и родистое золото.

Другие распространенные соединения, сопровождающие минералы золота, — кварц, алюмосиликаты, сульфиды, теллуриды. Из теллуридов промышленное значение имеют калаверит (39-44 % Аи, 53-58 % Те, < 2 % Ag), креннерит (31-44 % Аи, 56-62 % Те, 1,5-7 % Ag), сильванит (24-30 % Аи, 60-64 % Те, 9-15 % Ag) и петцит (24-27 % Аи, 21-34 % Те, 35-43 % Ag).

Благодаря синергетической деятельности микроорганизмов и проявлению экзогенных факторов золото из недр Земли попадает на ее поверхность, а также в биосферу и гидросферу. Так, в 1 л морской и речной воды содержится около 4 • 10~⁹ г золота, а подземных вод на участках золоторудных месторождений - приблизительно 1 • 10~⁶ г. Грунтовые воды переносят драгоценный металл в виде растворимых комплексных соединений и коллоидных форм. Он мигрирует в почвах и оттуда попадает в растения. Впервые «растительное» золото обнаружил в золе французский химик Клод Луи Бертолле. Способность аккумулировать золото у различных растений неодинакова: из 1 т еловой древесины можно извлечь 1,27 мг, осины — 2 мг, березы — всего 0,6 мг золота. Хорошей способностью аккумулировать золото обладают кукуруза и болотный хвощ. В принципе наличие золота в золе растений свидетельствует о его присутствии в данном регионе и иногда служит косвенным признаком при проведении поисковых геологических работ.

Растения, съеденные животными, отдают им и аккумулированное золото. Анализ шерсти оленей и ряда других млекопитающих показал наличие в них благородного металла. После окончания своей жизнедеятельности животные и растительные организмы попадают в почву, где различные микроорганизмы снова начинают свою работу по переносу золота.

Но далеко не все растворенное в речной воде золото попадает в живые организмы, большая его часть сбрасывается в моря и океаны. Оно попадает в воды Мирового океана самыми разными путями, в основном через реки, которые размывают золотосодержащие породы, растворяют освободившееся золото и транспортируют его к океану. Так, согласно расчетам Амур выбрасывает в Татарский пролив более 8 т золота в год. Альтернативные пути поступления благородного металла в моря и океаны связаны с размыванием золотосодержащих пород прибрежной зоны и падением метеоритов, в которых, как уже отмечалось выше, наблюдается повышенное содержание тяжелых элементов. В морской воде золото содержится не только в растворенном состоянии. Нерастворимые его соединения, осаждаясь на дно, включаются в состав придонных илов, уплотняются, цементируются, образуя слоистые осадочные породы, а затем под действием давления превращаются в кристаллические сланцы.

Большой круговорот золота

Этот круговорот включает процессы перемещения драгоценного металла в нижних слоях земной коры и в магме. В нем участвуют соединения золота, образующиеся в процессе малого круговорота. В результате дальнейшего погружения осажденные золотосодержащие породы попадают в магматическую область, где они подвергаются воздействию давления и высокой температуры. Переплавленное золото с магмой может быть вновь вынесено на поверхность Земли с образованием гидротермальных месторождений. Другое направление перемещения золота в земной коре связано с его миграцией из ультраосновных горных пород через осадочные в метаморфические породы с выходом на поверхность в виде коренных месторождений.

Таким образом, циклический процесс большого круговорота золота идет при непрерывной подпитке из мантии.

Третий тип круговорота

Появление третьего типа круговорота, в который вовлекается золото, связано с жизнедеятельностью человека, с добычей и потреблением этого драгоценного металла. Золото добывают в 41 стране, и мировыми лидерами являются ЮАР, США и Австралия (рис. 1). По некоторым оценкам, суммарная добыча золота из недр Земли в исторически обозреваемый период превышает 135 тыс. тонн. За последнюю четверть прошлого века в мире было добыто золота в полтора раза больше, чем в предыдущие 25 лет. При этом если с 1985 по 1995 г. примерно 70 % годового прироста добычи приходилось на США, Канаду и Австралию, то с 1995 по 2000 г. не менее 80 % прироста обеспечили Индонезия, Папуа — Новая Гвинея и Перу.

Основные месторождения золота сосредоточены в России, ЮАР и Канаде. Месторождения — это участки горной породы, содержащие золото в повышенной концентрации. Если его количество окупает затраты на добычу, то такие скопления называют промышленными. Минерально-сырьевая база золотодобывающей промышленности слагается из собственно золотых месторождений и комплексных золотосодержащих месторождений, в которых золото входит в состав руд цветных, редких и других металлов в качестве попутного промышленного компонента. В рамках малого и большого круговорота образовались два основных типа месторождений золота: коренные и россыпи.