透過研究極端壓力和溫度下岩漿流體中的硫，來自聯合國大學的研究小組正在改變我們對黃金運輸和礦床形成的認識。當一個構造板塊下沉到另一個構造板塊之下時，會產生富含水、硫和氯等揮發性元素的岩漿。 當這些岩漿上升時，會釋放出岩漿流體。 這些流體中含有硫和氯，它們與金和銅等金屬結合，幫助它們遷移到地球表面。 由於天然岩漿中的極端條件難以在實驗室中複製，硫在金屬遷移中的確切作用一直是個爭論不休的話題。

西西里海岸附近火山島上的索爾法塔拉，岩漿流體產生的火山氣體中析出硫元素。 圖片來源：Zoltán Zajacz

來自日內瓦大學（UNIGE）的研究小組引入了一種創新方法來解決這一不確定性。 他們的研究揭示了硫，特別是以硫化氫（HS-）形式存在的硫，在岩漿流體中運輸金的過程中起著至關重要的作用。 這項突破發表在Nature Geoscience上，為貴金屬在地殼中的移動過程提供了新的線索。

當兩個構造板塊相撞時，俯衝板塊陷入地幔，升溫並釋放大量的水。 這些水降低了地函的熔化溫度，地函在超過一千攝氏度的高壓和高溫下熔化，形成岩漿。 由於液態岩漿的密度低於地函的其他部分，因此會向地球表面遷移。

由於壓力下降，向地球表面上升的岩漿使富含水的流體達到飽和，然後以岩漿流體氣泡的形式釋放出來，留下矽酸鹽熔體，聯合國大學理學院地球科學系博士後研究員、該研究的第一作者Stefan Farsang 解釋。 因此，岩漿流體的部分成分是水，但也有溶解的揮發性元素，如硫和氯。 這兩種元素至關重要，因為它們能將矽酸鹽熔體中的金、銅和其他金屬提取到岩漿流體中，促進它們遷移到地表。

硫很容易被還原或氧化，即獲得或失去電子，這個過程稱為氧化還原。 硫的氧化還原狀態非常重要，因為它會影響硫與金屬等其他元素結合的能力。 然而，十多年來，科學界一直在爭論：岩漿流體中存在的硫的氧化還原狀態是什麼？

這項研究的共同作者、聯合國大學理學院地球科學系副教授佐爾坦-扎亞茨（Zoltán Zajacz）解釋說：”2011年的一篇開創性論文指出，S3-硫自由基發揮了這種作用。

工程師小組將一個石英圓筒和一種成分類似岩漿流體的液體放入一個密封的金膠囊中。 然後將膠囊放入一個壓力容器中，使其處於地殼上部岩漿所特有的壓力和溫度條件下。 Stefan Farsang 補充說：”最重要的是，我們的裝置有助於靈活控制系統中的氧化還原條件，這在以前是不可能實現的。”

在實驗過程中，石英圓柱體破裂，合成岩漿流體進入其中。 然後，石英會捕捉類似自然界中的微小液滴，在高溫高壓條件下，利用雷射和一種名為拉曼光譜的分析技術，可以分析這些液滴中硫的形態。 先前的光譜實驗通常在700 ℃ 以下進行，而工程師學會的研究小組成功地將溫度提高到了天然岩漿特有的875 ℃。

研究表明，在岩漿溫度下的實驗流體中，硫化氫（HS-）、硫化氫（H₂S）和二氧化硫（SO₂）是主要的硫種。 在源自高溫岩漿流體的低溫所謂熱液中，亞硫酸氫鹽在金屬遷移中的作用已經得到了很好的記錄。 然而，人們認為亞硫酸氫鹽在岩漿溫度下的穩定性非常有限。 由於採用了最先進的方法，UNIGE 團隊得以證明，在岩漿流體中，亞硫酸氫鹽也負責運輸大部分黃金。

Stefan Farsang 說：”透過精心選擇雷射波長，我們也發現在先前的研究中，地質流體中硫自由基的數量被嚴重高估，而2011 年的研究結果實際上是基於一個測量假象，從而結束了這一爭論。助於這些礦床的勘探。

編譯自/ ScitechDaily