金が貴重な理由の 1 つは、反応性が非常に低いことです。金で何かを作ると、金の輝きが失われません。他の物質と反応したとしても、金はほとんど溶けず、この組み合わせにより他の物質から精製することが困難になります。これが、私たちが採取した金の大部分が、金が大きな塊で存在する鉱床から採取された理由の 1 つであり、その塊の中には数百キログラムに達するものもあります。
前の段落を注意深く読んでいる方は、ここで問題に気付いたかもしれません。金が純粋な形になるのがそれほど難しいのなら、自然のプロセスでどうやって巨大な塊が作られるのでしょうか。月曜日、オーストラリアの研究者グループが仮説とそれを裏付ける証拠を発表しました。彼らは、地震によって引き起こされる圧電効果によって、基本的に石英結晶に金が電気メッキされるのではないかと提唱しています。
仮説
人類が獲得した金の約 75 パーセントは、いわゆる造山運動性金鉱床から産出されています。造山運動とは、山を形成する地殻変動の過程を指す用語で、造山運動性金鉱床は、2 つの岩石が互いに移動する層に形成されます。これらの地域は、高温の熱水で満たされていることが多く、熱によって金の溶解度が「ほとんど存在しない」状態から「極めて低い」状態、つまり一般に 1 リットルの水に 1 ミリグラム未満にまで上昇します。
これらの堆積物に関するもう 1 つの注目すべき点は、一般に二酸化ケイ素の結晶形態である鉱物石英と関連していることです。この事実が、一般的にはほとんど無関係であると考えられているいくつかのトピックをまとめた新しい仮説の基礎となりました。
水晶は圧電性を持つ唯一の豊富な鉱物であることが判明しました。つまり、水晶は圧力を受けると電荷を生成します。この仮説に従うためにそれがなぜそうなるのかを理解する必要はありませんが、研究者による圧電効果の説明は驚くほど説得力があり明快なので、この研究から何かを学びたい人のために、ここで引用します。「水晶は、対称中心を持たない結晶 (非対称中心) を形成する唯一の一般的な鉱物です。応力を受けて歪んだ非対称中心結晶は、内部の電気構成に不均衡があり、結晶全体に印加された機械的力に正比例する電位 (または電圧) を生成します。」
クォーツは絶縁体なので、この電位はそれ自体では簡単には消散しません。ただし、クォーツ結晶に接触するあらゆる物質（液体を含む）との間で電子を移動させることで、電位は除去できます。実際には、電荷が近くの液体の酸化還元反応（還元/酸化）を駆動し、溶解したイオンを中和して溶液から溶出させる可能性があります。
これは自己強化の可能性があります。石英の表面に小さな金属堆積物が形成されると、そのすぐ近くの液体との電子交換が容易になり、同じ場所にさらに多くの金属が堆積することになります。これにより、近くの溶液中の金属の濃度も低下し、その場所への追加の金属イオンの拡散が促進されるため、液体自体は同じ場所を循環し続ける必要がなくなります。
最後に、この概念では、そもそも圧電効果を生み出すためのひずみの発生源も必要です。しかし、これはすべて活断層帯で起こっていることなので、ひずみが不足することはないということを覚えておいてください。
そして証拠
活断層帯でこのような現象が起きるかどうかを見極めるのは、さまざまな理由から非常に難しい。しかし、金を含む溶液に水晶を浸して何が起こるかを見るのは比較的簡単だ。そこでオーストラリア人が取ったのは後者の道だった。
金は、金塩化物イオンの溶液か、金ナノ粒子の懸濁液の形で提供されました。石英結晶は、純粋な石英か、金が豊富な地域から採取されたもので、すでに少量の金の鉱床を含んでいました。結晶自体は、小さな地震によって生じる周波数と同等の周波数で歪みを受け、実験は 1 時間実行されました。
溶解した金からであろうと、浮遊した金ナノ粒子からであろうと、純粋な石英結晶上に小さな金の堆積物を形成するには 1 時間で十分でした。自然に形成された石英の場合、金は追加の堆積物を形成するのではなく、金金属が存在する既存の場所に堆積しました。
研究者らは、堆積物中の石英の多くは単結晶ではなく、無秩序であると指摘している。無秩序な物質には、ランダムに配向した小さな結晶が多数存在し、これらの結晶のいずれかの圧電効果は通常、隣接する結晶によって打ち消される。そのため、金は優先的に単結晶上に形成されることになり、これがこれらの堆積物中に金が大きな塊として見つかる理由の説明にもなる。
したがって、これはかなり説得力のある仮説です。不可解なことを説明し、確立されたプロセスに依存し、実験による裏付けも多少あります。活断層の活動は今後も緩やかでアクセスしにくいままである可能性が高いため、次のステップでは、このプロセスによる堆積速度に関する長期的な情報を取得し、これらの堆積物を自然環境で見つかったものと物理的に比較することになるでしょう。
Nature Geoscience、2024年。DOI: 10.1038/s41561-024-01514-1（DOIについて）。