I decennier har forskare undrat över bildandet av sällsynta hyperberikade guldfyndigheter på platser som Ballarat i Australien, Serra Palada i Brasilien, och Red Lake i Ontario. Även om sådana avlagringar vanligtvis bildas under tiotals till hundratusentals år, dessa "ultra högklassiga" avlagringar kan bildas om år, månad, eller till och med dagar. Så hur bildas de så snabbt?

Studerar exempel på dessa fyndigheter från Brucejack-gruvan i nordvästra British Columbia, McGill-professor Anthony Williams-Jones vid Institutionen för jord- och planetvetenskap och Ph.D. Student Duncan McLeish har upptäckt att dessa guldfyndigheter bildas ungefär som sur mjölk. När mjölken blir sur, smörfettspartiklarna klumpar ihop sig till en gelé.

Frågor och svar med Anthony Williams-Jones och Duncan McLeish

Vad gjorde du för att ta reda på det?

Forskare har länge vetat att guldavlagringar bildas när hett vatten rinner genom stenar, lösa upp små mängder guld och koncentrera det i sprickor i jordskorpan på nivåer som är osynliga för blotta ögat. I sällsynta fall, sprickorna förvandlas till centimetertjocka vener av massivt guld. Men hur producerar vätskor med så låga koncentrationer av guld sällsynta ultrahögvärdiga guldfyndigheter?

Vad upptäckte du?

Våra resultat löser paradoxen med "ultrahögklassig" eller "bonanza" guldbildning, som har frustrerat forskare i över ett sekel. Paradoxen med bonanza guldfyndigheter är att det helt enkelt inte finns tillräckligt med tid för dem att bildas, de ska inte finnas, men det gör de!

Eftersom koncentrationen av guld i varmt vatten är mycket låg, mycket stora volymer vätska behöver strömma genom sprickorna i jordskorpan för att deponera brytbara koncentrationer av guld. Denna process skulle ta miljontals år för att fylla en enda centimeter bred spricka med guld, medan dessa sprickor normalt tätas i dagar, månader, eller år.

Att använda ett kraftfullt elektronmikroskop för att observera partiklar i tunna stenskivor, vi upptäckte att bonanza-guldavlagringar bildas från en vätska ungefär som mjölk. Mjölk består av små smörfettspartiklar som är suspenderade i vatten eftersom de stöter bort varandra, som de negativa ändarna av två magneter. När mjölken blir sur bryts ytladdningen ner, och partiklarna klumpar ihop sig till en gelé. Det är samma sak med guldkolloider, som består av laddade nanopartiklar av guld som stöter bort varandra, men när laddningen går sönder, de "flockulerar" för att bilda en gelé. Denna gelé fastnar i sprickorna i stenar för att bilda de ultrahögvärdiga guldårerna. Guldkolloiderna är distinkt röda och kan tillverkas i labbet, medan lösningar av upplöst guld är färglösa.

Varför är resultaten viktiga?

Vi tog fram de första bevisen för bildning och flockning av guldkolloider i naturen och de första bilderna av små vener av guldkolloidpartiklar och deras flockade aggregat i nanoskala. Dessa bilder dokumenterar processen genom vilken sprickorna fylls med guld och, skalas upp genom integrationen av miljontals av dessa små ådror, avslöja hur bonanza vener bildas.

Hur kommer denna upptäckt att påverka gruvindustrin?

Våra resultat är viktiga för mineralprospekterings- och gruvindustrin i Kanada och runt om i världen. Nu när vi äntligen förstår hur bonanza-insättningar bildas, mineralprospekteringsföretag kommer att kunna använda resultaten av vårt arbete för att bättre utforska efter bonanzafyndigheter såväl som guldfyndigheter. Genetiska studier av Kanadas mest fertila metallogena distrikt – som det vi just har avslutat på Brucejack – krävs för att förbättra vår förståelse för hur mineralfyndigheter i världsklass bildas, och därigenom utveckla mer effektiva strategier för deras utforskning.

Vad är nästa för denna forskning?

Vi misstänker att de kolloidala processer som fungerade vid Brucejack och andra bonanza -guldsystem också kan ha fungerat för att bilda mer typiska guldfyndigheter. Utmaningen blir att hitta lämpligt material för att testa denna hypotes. På Brucejack, nästa steg blir att bättre förstå orsakerna till att kolloidbildning och flockning inträffade i den observerade skalan och rekonstruera den geologiska miljön för dessa processer. Vi har också förberett guldkolloider i labbet i ett försök att simulera det vi upptäckte på Brucejack.