“Dapur emas” yang tersembunyi di bumi mungkin beroperasi jauh di bawah dasar laut. Busur pulau, rangkaian gunung berapi yang berkembang di atas zona subduksi di mana satu lempeng samudera turun ke bawah lempeng samudera lainnya, seringkali sangat kaya akan emas. Para ilmuwan telah berdebat selama bertahun-tahun mengapa kawasan ini menjadi begitu kaya.
Penelitian baru yang dipimpin oleh Dr. Christian Timm, ahli geologi kelautan di GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research di Kiel, menawarkan penjelasan yang lebih dalam.
“Penelitian kami menunjukkan bahwa mencairnya mantel air di bawah busur pulau merupakan pendorong utama pengayaan emas,” kata Timm. “Dalam kondisi ini, mantel berperilaku seperti sistem peleburan multi-tahap yang secara bertahap mengkonsentrasikan emas.”
Kaca vulkanik mengawetkan magma purba
Untuk mempelajari perilaku emas dan logam mulia lainnya selama pencairan mantel di bawah zona subduksi bawah air, para peneliti mempelajari 66 sampel kaca vulkanik yang dikumpulkan dari dasar laut di sepanjang busur pulau Kermadec dan di dekatnya Palung Le Havre di Selandia Baru bagian utara.
Kaca vulkanik terbentuk ketika lava bawah air mendingin dengan sangat cepat. Pendinginan yang cepat ini memerangkap sebagian besar komposisi kimia asli magma, sehingga memberikan para ilmuwan catatan berharga tentang kondisi jauh di bawah dasar laut.
Sampel yang paling terbuka adalah apa yang disebut kacamata primitif. Ini menjaga sifat kimia magma asli sebelum kristalisasi mengubah komposisinya.
“Saat kami menganalisis sampel-sampel ini, kami menemukan bahwa konsentrasi emas di dalamnya seringkali beberapa kali lebih tinggi dibandingkan dengan magma serupa di pegunungan tengah laut,” kata Timm. “Hal ini menimbulkan pertanyaan kunci: Proses apa yang bertanggung jawab atas pengayaan ini?”
Para peneliti mengukur emas pada konsentrasi yang sangat rendah dan membandingkannya dengan unsur kalkofil (“pencinta sulfur”) lainnya, termasuk perak, tembaga, selenium, dan platinum. Karena unsur-unsur ini bereaksi dengan cara yang sama selama fusi, pola kimianya dapat mengungkap apa yang terjadi di dalam mantel.
Petunjuk kimia menunjukkan adanya fusi berulang
Hasilnya menunjukkan bahwa mantel di bawah busur pulau Kermadec mencair dengan adanya air dan pada suhu yang relatif tinggi, di atas sulfida cair. Pada titik ini, mineral belerang mungkin mulai terurai sepenuhnya. Dalam kondisi ini, magma mempertahankan rasio perak/tembaga yang mirip dengan yang ditemukan di mantel.
Tim juga mendeteksi konsentrasi emas asli hingga enam nanogram per gram batuan. Meskipun jumlah ini mungkin tampak kecil, namun jumlah ini sangat tinggi untuk magma yang berasal dari mantel. Sampel tersebut juga mengandung rasio emas/tembaga yang jauh lebih tinggi daripada yang diukur pada basal primitif di mantel subur dan pegunungan tengah laut.
Menurut para peneliti, sinyal-sinyal kimia ini paling baik dijelaskan oleh sumber mantel yang telah habis akibat krisis sebelumnya dan kemudian mencair kembali.
Proses utama yang memperkaya magma ini dengan emas tampaknya adalah pencairan multi-tahap tingkat tinggi dari mantel teroksidasi dan kaya air.
Meski bernilai tinggi, batuan tersebut tidak mengandung cukup emas untuk ditambang secara komersial. Deposito yang bermanfaat secara ekonomi memerlukan konsentrasi beberapa kali lipat lebih tinggi.
Air membantu mantel meleleh
Para peneliti awalnya menduga air yang keluar dari lempeng yang turun bisa secara langsung mengontrol jumlah emas yang masuk ke magma. Data baru menunjukkan proses yang lebih rumit.
“Kami awalnya berasumsi bahwa air yang dilepaskan dari zona subduksi secara langsung mengendalikan pengayaan emas,” kata Timm. “Namun, data kami menunjukkan bahwa air terutama memfasilitasi pencairan mantel. Faktor kunci dalam konsentrasi emas yang tinggi adalah tingkat pencairan yang tinggi – dan sebagian berulang.”
Oleh karena itu, air tampaknya berperan terutama sebagai pemicu yang mendukung pencairan batuan mantel yang lebih besar. Semakin kuat dan berulang fusinya, semakin efisien emas dapat ditransfer ke dalam magma.
Lokasi kimiawi emas di dalam mantel juga penting.
“Mantel emas biasanya berhubungan dengan mineral sulfida,” jelas Timm. “Pada tingkat fusi yang tinggi, mineral-mineral ini terurai, melepaskan emas sepenuhnya ke dalam lelehan.”
Artinya, emas mungkin tetap terperangkap selama pencairan terbatas. Namun, ketika pencairan menjadi cukup kuat untuk menghancurkan mineral sulfida, emas yang tersimpan akan dilepaskan dan memasuki magma yang naik.
“Hasil kami menunjukkan bahwa pengayaan emas bukanlah hasil dari satu peristiwa pencairan saja, namun melalui beberapa tahap,” tambah Timm. “Hanya pencairan berulang yang memungkinkan emas terkonsentrasi kuat di magma.”
Awal perjalanan geologis emas
Hasilnya meningkatkan pemahaman para ilmuwan tentang simpanan kaya emas yang terkait dengan busur pulau intra-samudera seperti Busur Kermadec. Mereka menunjukkan bahwa pencairan mantel yang berulang-ulang, dibantu oleh air, sangat mempengaruhi jumlah emas yang diangkut ke atas oleh magma.
Hasil penelitian ini juga menggeser sebagian penjelasan mengenai simpanan emas yang lebih dalam ke planet ini. Proses dekat permukaan masih menentukan apakah endapan terkonsentrasi pada akhirnya terbentuk, namun sejarah kimia mantel di bawah zona subduksi dapat menentukan kondisi awal jauh sebelum magma naik.
Mekanisme yang sama dapat membantu menjelaskan mengapa endapan hidrotermal sulfida di sepanjang busur pulau bawah laut sering kali mengandung emas dalam jumlah yang luar biasa besar. Endapan ini terbentuk ketika cairan panas kaya mineral mengalir melalui daerah vulkanik di bawah laut.
“Mekanisme yang kami identifikasi dapat berkontribusi terhadap tingginya kandungan emas yang diamati dalam sistem hidrotermal zona subduksi,” kata Timm. Namun, hubungan ini masih perlu dijajaki lebih lanjut.
“Kami secara efektif mempelajari tahap pertama siklus hidup emas,” Timm menyimpulkan. “Ini dimulai dengan perpindahan emas dari mantel ke lelehan yang akhirnya membentuk gunung berapi. Alkimia dimulai jauh sebelum logam mencapai permukaan.”
