Находка ученых поможет раскрыть секрет золотых месторождений

Впервые ученым удалось установить, что один из самых важных химических элементов на Земле, сера, при высоких температурах и давлении в водной среде может принимать форму стабильного в данных условиях аниона S3-.  Это важное открытие позволяет по новому посмотреть на механизмы возникновения всех больших месторождений золота и меди на планете, а также изменить устоявшиеся взгляды на все существующие модели эволюции земной коры и атмосферы, которые касаются участия в них серы.

На сегодня известно, что сера -  один из самых распространенных химических элементов на Земле, входящая в с состав огромного количества различных природных соединений. Она имеется в нефти и каменном угле, является неотъемлемой частью множества белковых соединений. В природе встречается в основном  в виде сульфатов (SO42-) и

сульфидов (S2-).

Изотопы – это, в сущности, один и тот же химический элемент, но имеющий разную атомную массу. Изотопы в периодической системе элементов Менделеева своих отдельных позиций не имеют. У серы имеется четыре стабильных изотопа - 32S (95.02%), 33S (0.75%), 34S (4.21%), и 36S (0.02%).

Глеб Покровский, геохимик из тулузского университета Поля Сабатье, Франция совместно со своим коллегой Леонидом Дубровинским из университета Байрейта, Германия впервые показали, что сера в зависимости от давления и температуры в водных растворах ведет себя по-разному. При достижении определенных значений этих двух параметров сера переходит в стабильную форму аниона S3-. Это натолкнуло ученых на мысль, что в похожих условиях, которые существуют на больших глубинах в недрах Земли, S3- вполне может находиться в больших количествах.

Таким образом, можно утверждать, что S3- - это новая форма серы в геологических флюидах. А так, как в мантии и земной коре, кроме твердых пород и минералов, существуют и вода, растворяющая различные составляющие окружения – соли, серу, металлы, то о наличии S3- в водной среде можно говорить с уверенностью.

Анион был открыт в лабораторных условиях, причем экспериментаторы постарались воспроизвести именно те условия, которые бы соответствовали величинам, характерным для земных недр. Модельные растворы, исследуемые учеными, содержали серу и другие вещества и были подвержены воздействию таких высоких показателей температуры и давления, которые должны быть глубоко под землей. Именно так и был обнаружен анион S3-.

Сам анион известен химикам давно, как нестабильная на воздухе частица. Но о возможности его существования в водной среде, да еще в стабильной форме, стало известно только сейчас.

S3- находят в некоторых минералах, например в цеолитах, анион встроен в кристаллическую решетку этого минерала и придает ему голубоватый цвет. Встречают серу в виде аниона S3- и в боросиликатных стеклах, в органических растворителях. Химики довольно хорошо изучили спектроскопические свойства изотопа, но в водных растворах при больших температурах и давлениях никто его не наблюдал.

Покровский объясняет, что мы не можем наблюдать, что происходит на 50-километровой глубине под землей, где температура достигает 500 градусов. Доступны для наблюдения только верхние слои земной коры, а там условие уже не такие экстремальные. Соответственно, и химический состав совсем другой. Поэтому целью нашего эксперимента было создать условия, аналогичные тем, которые есть на больших глубинах, и посмотреть, что получится.

Ученые установили, что при снижении температуры и давления S3- превращается в обычную серу в виде сульфата или сульфида – две самых стабильных и распространенных формы этого химического элемента.

Эксперимент проводился с использованием так называемой алмазной ячейки.

Алмазная ячейка применяется в науке для исследования материалов под высоким давлением вот уже более 50 лет. Устройство представляет собой металлическую пластину толщиной 500 микрон, в которой просверлена маленькая дырочка. Пластинка сдавливается прессом с алмазными тисками. В итоге на месте дырочки образуется маленькая ячейка, внутри которой можно наблюдать исследуемые материалы – флюиды, металлы или минералы. Такое устройство позволяет достичь внутри ячейки высоких показателей температуры и давления и при этом видеть, что там происходит.

По словам Покровского, данное открытие важно в нескольких аспектах.

Во-первых, это очень важно в фундаментальном плане, поскольку пока неясно, за счет чего частица становится стабильной в водной среде при определенных условиях. Это пища для физиков и химиков. Во-вторых, открытие может прояснить ситуацию с механизмом возникновения месторождений. Анион способен вступать в устойчивые связи с золотом, серебром, медью и другими металлами. Поэтому есть вероятность, что в будущем с помощью S3- можно будет находить новые месторождения. Можно предположить, что сульфаты и сульфиды, входящие в состав всех месторождений, перед этим были в форме S3-.

Третий важный аспект – анион может изменить представление об изотопном составе и свойствах серы. У серы существует четыре стабильных изотопа, каждый из которых существует в определенных условиях. На основании этих четырех изотопов строилось изучение эволюции земной атмосферы, при этом наличие аниона в этих моделях не предполагалось. Поэтому некоторые моменты в теориях будут пересмотрены.

По материалам nanonewsnet.ru