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石英——隐藏在地球深处的压电材料

石英是一种普遍存在的矿物，是地壳的重要组成部分。除了分布广泛和坚硬的物理特性外，石英还有一个独特的性质：压电性。当石英晶体受到机械应力时，其内部的电荷分布会发生变化，从而产生电压。这种效应最早由皮埃尔·居里和雅克·居里于19世纪末发现，并命名为压电效应。

在地壳深处的地质环境中，石英脉常常承受着巨大的压力。当地震发生时，这些石英晶体在应力作用下会产生瞬态电场。在某些条件下，这种现象足以驱动一些复杂的电化学反应，尤其是涉及金离子的反应。

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从离子到金块的形成过程

研究表明，地下水通常含有微量的金，以金离子（例如 AuCl₄⁻）的形式存在。然而，这些金离子的浓度极低，通常低于每升1毫克。在没有外力的情况下，金离子很难从溶液中沉淀出来并聚集成固体金颗粒。

图：无涂层石英氯化金实验

金颗粒分布及微观结构

然而，当地震发生时，石英晶体上的压应力会产生强电场，从而引发称为压电催化的过程。在此过程中，石英表面成为电化学反应的活性位点，金离子被还原为金原子并逐渐积聚在石英表面。

这种现象不是瞬间发生的。每次地震都会带来新的应力波，激活石英的压电效应，从而不断在石英表面沉积新的金层。随着时间的推移，这种沉积物不断积累，最终形成我们看到的天然金块。

图：石英压电催化模型金形成的总结。

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地震多发地区是天然金矿

世界上许多地震多发地区，如澳大利亚维多利亚、南非金伯利、美国加利福尼亚等都是著名的黄金产区。这些地区的共同特点是地质活动极其频繁，地震事件频发。正是这些地震推动了石英矿脉中黄金的形成。

当地震发生时，石英脉中的石英晶体因压力而产生压电效应，形成局部电场。这个电场为地下水中的金离子提供了还原的机会，使它们沉积并逐渐聚集成相当大的金块。随着地震的持续发生，这个过程不断重复，最终形成了我们今天看到的富含金的石英脉。

因此，这些地震活跃区堪称自然界的“黄金冶炼场”。在无数次地震的推动下，逐渐形成了丰富的黄金资源。

结论

这一有趣的发现不仅为地质学提供了新的见解，而且可能对未来的黄金勘探产生深远的影响。通过识别石英脉丰富且地震活动频繁的区域，科学家或许能够更有效地发现潜在的金矿床。

参考

Voisey, CR、亨特、NJR、Tomkins, AG 等人。由地震引起的石英压电形成金块。纳特。地理学。 （2024）。