In medieval times, alchemists tried to achieve the seemingly impossible. They wanted to transform lowly lead into gleaming gold. History portrays these people as aged eccentrics, but if only they'd known that their dreams were actually achievable. Indeed, today we can manufacture gold on Earth thanks to modern inventions that those medieval alchemists missed by a few centuries. But to understand how this precious metal became embedded in our planet to start with, we have to gaze upwards at the stars. Gold is extraterrestrial. Instead of arising from the planet's rocky crust, it was actually cooked up in space and is present on Earth because of cataclysmic stellar explosions called supernovae. Stars are mostly made up of hydrogen, the simplest and lightest element. The enormous gravitational pressure of so much material compresses and triggers nuclear fusion in the star's core. This process releases energy from the hydrogen, making the star shine. Over many millions of years, fusion transforms hydrogen into heavier elements: helium, carbon, and oxygen, burning subsequent elements faster and faster to reach iron and nickel. However, at that point nuclear fusion no longer releases enough energy, and the pressure from the core peters out. The outer layers collapse into the center, and bouncing back from this sudden injection of energy, the star explodes forming a supernova. The extreme pressure of a collapsing star is so high, that subatomic protons and electrons are forced together in the core, forming neutrons. Neutrons have no repelling electric charge so they're easily captured by the iron group elements. Multiple neutron captures enable the formation of heavier elements that a star under normal circumstances can't form, from silver to gold, past lead and on to uranium. In extreme contrast to the million year transformation of hydrogen to helium, the creation of the heaviest elements in a supernova takes place in only seconds. But what becomes of the gold after the explosion? The expanding supernova shockwave propels its elemental debris through the interstellar medium, triggering a swirling dance of gas and dust that condenses into new stars and planets. Earth's gold was likely delivered this way before being kneaded into veins by geothermal activity. Billions of years later, we now extract this precious product by mining it, an expensive process that's compounded by gold's rarity. In fact, all of the gold that we've mined in history could be piled into just three Olympic-size swimming pools, although this represents a lot of mass because gold is about 20 times denser than water. So, can we produce more of this coveted commodity? Actually, yes. Using particle accelerators, we can mimic the complex nuclear reactions that create gold in stars. But these machines can only construct gold atom by atom. So it would take almost the age of the universe to produce one gram at a cost vastly exceeding the current value of gold. So that's not a very good solution. But if we were to reach a hypothetical point where we'd mined all of the Earth's buried gold, there are other places we could look. The ocean holds an estimated 20 million tons of dissolved gold but at extremely miniscule concentrations making its recovery too costly at present. Perhaps one day, we'll see gold rushes to tap the mineral wealth of the other planets of our solar system. And who knows? Maybe some future supernova will occur close enough to shower us with its treasure and hopefully not eradicate all life on Earth in the process.
W średniowieczu alchemicy próbowali osiągnąć niemożliwe. Próbowali przetworzyć pospolity ołów w czyste złoto. Historia opisuje tych ludzi jako wiekowych ekscentryków, jednak nie wiedzieli, że ich marzenia są do osiągnięcia. Dziś możemy wytwarzać złoto na Ziemi dzięki nowoczesnym rozwiązaniom, których średniowiecznym alchemikom zabrakło kilka wieków wcześniej. Ale by zrozumieć, jak ten piękny metal został wbudowany w naszą planetę, na początku musimy przyjrzeć się gwiazdom. Złoto jest pozaziemskie. Zamiast wzrastać z pokrywy ziemskich skał, zostało właściwie przygotowane w kosmosie i występuje na Ziemi w związku z kataklizmicznymi wybuchami gwiazd zwanych supernowymi. Gwiazdy zbudowane są głównie z wodoru, najprostszego i najlżejszego pierwiastka. Jego olbrzymie ciśnienie grawitacyjne kompresuje i wyzwala fuzje jądrową w rdzeniu gwiazdy. Proces ten uwalnia energię z wodoru, dzięki czemu gwiazda świeci. Przez wiele milionów lat fuzje przetworzyły wodór w cięższe pierwiastki: hel, węgiel i tlen, spalając coraz szybciej kolejne pierwiastki, osiągając żelazo i nikiel. Jednak w tym miejscu fuzja jądrowa nie oddaje wystarczającej ilości energii, przez co ciśnienie w rdzeniu zanika. Zewnętrzne warstwy zapadają się do wnętrza i odbijają się nagle pod wpływem zastrzyku energii powodując eksplozję, która tworzy supernową. Ciśnienie zapadniętej gwiazdy jest tak olbrzymie, że cząsteczki mniejsze od atomu takie jak protony i elektrony są ściskane w rdzeniu tworząc neurony. Neurony nie posiadają odpychających ładunków elektrycznych, więc cząsteczki żelaza łatwo je przechwytują. Wielokrotne przechwycenia umożliwiają formowanie cięższych elementów, których gwiazda w zwykłych warunkach nie umie stworzyć: od srebra po złoto, przez ołów aż do uranu. W skrajnym kontraście do milionów lat przemiany wodoru w hel, tworzenie najcięższego elementu gwiazdy supernowej zajmuje tylko kilka sekund. Ale który element zostanie złotem po wybuchu? Poszerzająca się fala uderzeniowa supernowej napędza jej odłamki przez ośrodek międzygwiazdowy, wywołując wirujący taniec gazów i pyłów, które skupiają się w nowe gwiazdy i planety. Ziemskie złoto zostało prawdopodobnie dostarczone w ten sam sposób zanim zostało upchnięte w żyły przez zjawiska geotermalne. Miliony lat później zdobywamy ten wspaniały kruszec przez kopanie, drogi proces dodatkowo utrudniony rzadkością występowania złota. W zasadzie całe złoto, które wydobyto w historii, można by zmieścić w trzech basenach olimpijskich, choć reprezentuje dużo większą masę - jest około 20 razy gęstsze niż woda. Czy umiemy wytworzyć więcej tego upragnionego towaru? Właściwie tak. Używając cząstkowych akceleratorów, można naśladować skomplikowane reakcje jądrowe, które tworzą złoto w gwiazdach. Jednak ten mechanizm tworzy złoto atom po atomie. Więc zajęłoby to prawie tyle lat, ile ma wszechświat, by stworzyć jeden gram kosztem znacznie przekraczającym dzisiejszą wartość złota. Więc nie jest to najlepsze rozwiązanie. Gdyby jednak doszło do tego, że wydobyto już wszystkie zasoby złota na ziemi, są inne miejsca, w których można szukać. Oceany zawierają szacunkowo 20 milionów ton rozpuszczonego złota, ale w bardzo niewielkich stężeniach - ich wydobycie z odzysku zbyt wiele dziś kosztuje. Może kiedyś znów zaczną się gorączki złota do mineralnych złóż na innych planetach Systemu. Kto wie? Może jakaś przyszła supernowa pojawi się wystarczająco blisko, by obsypać nas swoim bogactwem