地球隐藏的“黄金厨房”可能位于海洋底部深处。岛弧是一个火山链，形成于俯冲带上方，那里一个海洋板块在另一个板块下沉，这些地区通常异常富含黄金。科学家们多年来一直争论这些地区为何会如此富集。从GEOMAR海洋研究中心基尔的海洋地质学家克里斯蒂安·蒂姆博士领导的新研究为此提供了更深的解释。蒂姆表示：“我们的研究表明，在岛弧下方的富水地幔融化是黄金富集的关键驱动因素。在这些环境中，地幔的行为就像一个多阶段的熔化系统，逐步浓缩黄金。” 火山玻璃保存古老熔岩 为调查黄金及其他贵金属在海底俯冲带下的地幔融化过程中如何表现，研究人员研究了从基尔默代克岛弧及新西兰北部的哈弗海沟海底收集的66个火山玻璃样本。火山玻璃是在水下熔岩极其快速冷却时形成的。这种快速冷却锁定了熔岩的原始化学成分，给科学家们提供了深海底条件的有价值记录。其中最具揭示性的样本是所谓的原始玻璃，这些样本在结晶化改变其成分之前保留了原始熔岩的化学属性。“当我们分析这些样本时，发现它们的黄金浓度通常是来自中洋脊的类似熔岩的几倍，”蒂姆表示。“这引发了一个关键问题：是什么过程导致这种富集？”研究人员在极低浓度下测量了黄金，比较了它与其他亲硫元素（如银、铜、硒和铂）的关系。由于这些元素在熔化期间的反应方式相似，它们的化学模式可以揭示地幔内部发生了什么。 化学线索指向反复熔化 结果表明，基尔默代克岛弧下的地幔在水的存在下和相对高温下融化，温度高于硫化物液相线。在这一点上，硫化矿物可以开始完全分解。在这些条件下，熔岩保持的银对铜比率类似于地幔中发现的比率。团队还检测到岩石中黄金的原始浓度高达每克六纳克。虽然这个数量听起来很微小，但对于来源于地幔的熔岩来说异常高。样本中的黄金对铜比也远高于在富饶地幔和原始中洋脊玄武岩中测得的值。研究人员表示，这些化学信号最好用一个已经被早期熔化耗尽的地幔源来解释，该地幔后来又被再次融化。使这些熔岩富含黄金的主要过程似乎是富水且氧化的地幔的高程度多阶段熔化。尽管数值较高，但岩石中并没有足够的黄金可供商业开采。经济上有用的矿床需要几倍于此的浓度。 水帮助地幔熔化 研究人员最初怀疑，来自下沉板块释放的水可能会直接控制有多少黄金进入熔岩。新的数据表明了一个更加复杂的过程。“我们最初认为，从俯冲带释放的水直接控制黄金的富集，”蒂姆表示。“然而，我们的数据表明，水主要促进地幔的熔化。高黄金浓度的关键因素是高程度——部分是反复的——熔化。”因此，水主要作为一种触发剂，帮助地幔岩石更广泛地熔化。熔化越强烈和越反复，黄金进入熔岩的效率就越高。黄金在地幔中的化学位置也很重要。“地幔中的黄金通常以硫化矿物的形式结合，”蒂姆解释道。“在高程度的熔化下，这些矿物分解，将黄金完全释放到熔体中。”这意味着在有限的熔化过程中黄金可能会被困住。然而，一旦熔化强度足够大以摧毁硫化矿物，储存的黄金就会被释放并进入上升的熔岩。“我们的结果表明，黄金富集不是一次熔化事件的结果，而是多个阶段的结果，”蒂姆补充道。“只有反复的熔化才能让黄金在熔岩中高度集中。” 黄金地质旅程的开始 这些发现提高了科学家对与诸如基尔默代克岛弧等海内岛弧相关的黄金丰富矿床的理解。它们表明，反复的、由水辅助的地幔熔化强烈影响着有多少黄金被熔岩带上升。结果还将黄金矿床的部分解释深入到地球内部。尽管表层附近的过程仍然决定浓缩矿床是否最终形成，但下方地幔的化学历史则显示了重要影響。