התגלתה צורה חדשה של גופרית

צורה חדשה של גופרית המצויה בנוזלים גיאולוגיים – היון המסומל כ- S3-. התגלית תוכל לספק דרכים לאיתור מרבצים חדשים של מתכות יקרות, כגון זהב ונחושת

גופרית היא היסוד השישי בתפוצתו ע”פ כדור הארץ והיא נוטלת חלק חשוב בתהליכים ביולוגיים וגיאולוגיים רבים. צוות חוקרים משותף מגרמניה ומצרפת זיהה, על-בסיס מדידות מעבדה, צורה חדשה של גופרית המצויה בנוזלים גיאולוגיים – היון המסומל כ- S3-. התגלית תוכל לספק דרכים לאיתור מרבצים חדשים של מתכות יקרות, כגון זהב ונחושת. הממצאים פורסמו בכתב-העת היוקרתי Science.

עד היום האמינו גיאו-כימאים כי בתוככי כדור הארץ קיימות שתי צורות בלבד של תרכובות המכילות גופרית: סולפידים (המבוססים עלH2S או S2-) וסולפאטים (המבוססים על H2SO4 או SO42-). עד היום לא הייתה דרך להחדיר גלאי ישירות לתוך הנוזלים ההידרותרמיים (נוזל מימי טבעי וחם שהטמפרטורה שלו בדר”כ מעל מאה מעלות צלזיוס) הזורמים בינות לסלעים לשם אימות תיאוריה זו.

על-מנת להתגבר על בעיה זו ולבחון את ההשערה שלהם, החוקרים יצרו בשלב הראשון נוזלים הדומים לאלו הנמצאים בקרום ובמעטפת כדור הארץ, כלומר תמיסות המכילות גופרית אלמנטרית (S) ותיוסולפאטים (מולקולות המכילות את היונים S2O32−). בשלב הבא הם השתמשו בתא סדן יהלום על-מנת להביא את הנוזלים לטמפרטורות וללחצים כאלו המצויים בעומקים של מספר קילומטרים במעבה האדמה (מספר מאות מעלות ועשרות אלפי אטמוספירות).

החוקרים השתמשו בשיטה אופטית הידועה בשם ספקטרוסקופיית ראמאן על-מנת לזהות את הצורונים הכימיים, והם הופתעו לגלות לא רק שתי צורות של גופרית, אלא שלוש, כאשר השלישית היא יון הטרי-גופרית S3-. הממצא היווה הפתעה כפולה: למרות שצורון זה היה כבר ידוע לכימאים (הוא מצוי בזכוכית סיליקאטית מכילת-גופרית ובצבענים בגוון כחול כהה, לדוגמא), הוא מעולם לא נצפה בתמיסות מימיות.

מציאת היון הזה במהלך ניסויים אלו משמעה כי גופרית חייבת להיות הרבה יותר ניידת בנוזלים הידרותרמיים בקרום כדור הארץ מאשר מה שסברו חוקרים קודם לכן. זאת בשל הסיבה, כי בניגוד לסולפידים ולסולפאטים, הנקשרים למינרלים מיד עם הופעתם בנוזלים, הוכח כי היון S3- הוא יציב במיוחד בסביבה מימית. במילים אחרות, מתחת לפני הקרקע יונים אלו חייבים לנוע למרחקים ארוכים בצורתם המומסת, כאשר הם מושכים איתם את המתכות שאליהן הם היו קשורים. על-כן, ייתכן כי צורון כימי זה הוא חומר השינוע העיקרי למתכות בשני מרבצים עיקריים של זהב ונחושת: Archaean greenstone belts ו- subduction zone magmas.

התגלית תוכל לספק סימנים נוספים לטובת שיטות חיפוש של מרבצים חדשים באמצעות הסיוע לגיאולוגים באיתור המסלולים שדרכם המתכות נעות טרם יצירתן של רצועות מחצב בין שכבות הסלעים.

בנוסף, הנוכחות של היון S3- בנוזלים הידרותרמיים עשויה להשפיע על מודלי החלוקה של איזוטופ הגופרית, שעד היום לא התחשבו בצורונים כימיים אלו. ממצאים אלו יוכלו, לדוגמא, לסייע למדענים לקבל תובנות רבות יותר בנוגע לתנאים הגיאולוגיים ששררו בקרום כדור הארץ ועל פניו תקופה קצרה לאחר הופעת החיים.

הידיעה על המחקר