黄金在自然界如何形成？中国科学家首次揭示纳米尺度动态过程

中新网北京1月20日电(记者孙自法)作为稀有金属和贵金属，也是全球金融储备的硬通货，黄金在古今中外广受追捧，其在自然界中是如何形成的？相关机制研究则备受学界关注。

金矿成因全新视角

中国科学家最近利用原位液相透射电子显微镜技术，在国际上首次从纳米尺度揭示原位液相环境中金纳米颗粒在黄铁矿表面形成的动态过程，并提出一种黄铁矿诱导金沉淀的新机制。

他们研究发现，在黄铁矿与水界面处存在一种特殊的“致密液体层”，其如同一座“纳米工厂”，即使在仅十亿分之几的金浓度极低的流体中，也能有效催化金的成核、生长与富集，为理解金矿成因提供了全新视角。同时，这也是矿物表界面科学研究的一个重要新进展。

这项自然界中黄金形成机制研究的重要突破成果，由中国科学院广州地球化学研究所(广州地化所)团队联合江西省科学院、厦门大学、东华理工大学等机构的合作伙伴共同完成，相关论文已被国际学术期刊接收，本周内将在线发表。

形成过程关键依据

论文通讯作者、中国科学院广州地化所鲜海洋研究员介绍说，黄铁矿诱导金沉淀是形成高品位金矿的关键环节，但其界面动态机制尚不明确。以往研究多依赖反应后的离线分析，既无法捕捉金沉淀的瞬时过程，也难以深入阐明其形成机制。

此次研究在排除溶解氧和电子束干扰的前提下，研究团队通过原位液相透射电子显微镜等多尺度、多手段联用技术，实时观测了黄铁矿与浓度为十亿分之十(10ppb)的极低浓度含金溶液的反应过程。

这一从“静态分析”到“动态直播”的结果显示，在两者接触约13分钟后，黄铁矿周围出现“致密液体层”；约20分钟后，该层内开始出现黄金纳米颗粒，并随时间推移逐渐增多、长大。

本项研究实现了在纳米尺度下对黄铁矿-水界面中液相原位反应过程的清晰捕捉，也为揭示金在黄铁矿表面的形成过程提供了关键依据。

挑战传统拓展认知

这次研究显示，黄金纳米颗粒并非在溶液中凭空产生，而是在紧贴黄铁矿表面的“致密液体层”中诞生，该致密液体层是黄铁矿表面溶解所形成的，会显著降低层内的“氧逸度”(一种衡量氧化性强弱的指标)，从而改变局部化学环境，这个液体层就像一个高效的“纳米工厂”，促使金离子迅速达到过饱和并沉淀为固体颗粒。

尤为特别的是，即使外部溶液中金浓度极低，该“纳米工厂”机制仍能持续驱动金向界面迁移并实现富集沉淀。

研究团队负责人、中国科学院广州地化所朱建喜研究员指出，“纳米工厂”机制同时适用于热液型金矿床(如造山型、卡林型、浅成低温热液型)和表生金(如砂金等)的富集过程。前者中，热液流体与大气降水混合可形成氧化的含金流体，它们与成矿前黄铁矿相互作用后可导致金沉淀；后者中，天然水可淋滤并富集形成低浓度(ppb级)含金流体，同样在与黄铁矿反应时触发金沉淀。