La fusione mantellare idrata e multi‑fase controlla l'arricchimento in oro dei magmi mafi ci dell'arco Kermadec

Perché i vulcani sommersi sono importanti per l'oro

Alcuni dei giacimenti auriferi più ricchi noti non si trovano sulla terraferma, ma sul fondo dell'oceano profondo sopra le zone di subduzione, dove una placca tettonica scivola sotto un'altra. Lungo l'arco Kermadec, in Nuova Zelanda, i vulcani sottomarini ospitano depositi minerali insolitamente ricchi in oro, ma non era chiaro perché i magmi che alimentano questi vulcani contengano così tanto oro. Questo studio affronta il mistero campionando vetro vulcanico giovane lungo l'arco e dimostrando che la chiave è profonda nel mantello, dove eventi di fusione ripetuti e ricchi d'acqua concentrano l'oro prima che il materiale si avvicini al fondale marino.

Nastro trasportatore nascosto sotto il mare

L'arco Kermadec si estende per circa 1.300 chilometri tra la Nuova Zelanda e Tonga. Qui la Placca Pacifica sprofonda sotto la Placca Australiana, alimentando la produzione di magma e il vulcanismo del fondale. Molti di questi vulcani sottomarini emettono fluidi caldi ricchi di metalli e alcuni ospitano depositi massivi di solfuri con contenuto d'oro insolitamente elevato rispetto a quelli delle dorsali medio‑oceaniche. Gli autori hanno raccolto 66 campioni di vetro vulcanico fresco — magma rapidamente raffreddato — da 17 vulcani dell'arco e dal bacino retroarco adiacente, il Havre Trough. Poiché questi vetri si sono formati direttamente da magmi eruttivi, la loro chimica conserva un registro dettagliato di come il mantello si è fuso e di come elementi metallici come oro, rame, argento e selenio si sono comportati nel loro percorso verso la superficie.

La lotta dell'oro con lo zolfo

L'oro preferisce legarsi allo zolfo e spesso si nasconde in piccole gocce di solfuro nel profondo del mantello. Quando questi solfuri sono presenti, tendono a sequestrare oro, rame e argento; quando vengono esauriti o sono assenti, l'oro si comporta più come un elemento incompatibile, concentrandosi nel melt. Confrontando l'oro con altri elementi che preferiscono lo zolfo nei vetri, gli autori mostrano che la maggior parte dei magmi Kermadec ha avuto origine come melt caldo e ricco d'acqua prodotti a temperature superiori al punto in cui le gocce di solfuro si fondono. In queste condizioni, piccole quantità di liquido solfidico vengono rapidamente consumate durante elevati gradi di fusione, liberando oro e rame nel magma. Man mano che il magma si raffredda e cristallizza vicino alla superficie, si formano nuovi solfuri e minerali ferro‑titanici che sottraggono rame più efficacemente rispetto ad oro e argento, predisponendo ulteriormente alcuni magmi a alimentare sistemi idrotermali ricchi di metalli.

Fondere il mantello più di una volta

I vetri Kermadec contengono fino a circa sei nanogrammi di oro per grammo di magma e mostrano rapporti oro/rame significativamente più alti rispetto ai basaltidici tipici delle dorsali medio‑oceaniche o rispetto a un mantello fertile. Una semplice fusione unica di un mantello ordinario non spiega facilmente questi valori. Piuttosto, i pattern chimici indicano un mantello che è stato fuso, lasciato impoverito in solfuri e rame, e poi fuso di nuovo in condizioni idrate e ossidate. Nel primo episodio di fusione, il liquido solfidico rimuove preferenzialmente il rame rispetto all'oro dal mantello residuo. Quando quel mantello parzialmente impoverito viene rimesso a fusione, i magmi risultanti ereditano rapporti oro/rame più elevati anche se i loro contenuti metallici complessivi rimangono compatibili con quanto può produrre la fusione mantellare. L'arricchimento in oro più marcato si verifica nel segmento settentrionale dei Kermadec, dove dati geofisici e geochimici indicano anch'essi un mantello particolarmente impoverito sotto il fronte dell'arco.

Ruolo limitato della placca in subduzione

Poiché i fluidi rilasciati dalla placca in subduzione possono trasportare metalli, una possibilità ovvia era che l'oro venga aggiunto direttamente dalla lastra in immersione nella cuneo mantellare. Il team ha testato questa ipotesi confrontando l'oro con elementi noti per essere altamente mobili nei fluidi derivati dalla lastra, come cloro, bario, uranio e piombo. L'oro mostra solo legami deboli o incoerenti con questi traccianti fluidi‑mobili, e i segmenti dell'arco sovrastati da un plateau oceanico spesso e più ricco d'oro non producono sistematicamente magmi più ricchi in oro. Nel complesso, queste osservazioni suggeriscono che i fluidi di lastra forniscono principalmente acqua e favoriscono l'ossidazione del mantello — condizioni che promuovono fusione estesa e alta solubilità dello zolfo — piuttosto che apportare grandi quantità addizionali di oro direttamente.

Dalla fusione profonda al tesoro del fondale

Lo studio conclude che l'eccezionale fertilità aurifera dei magmi Kermadec è controllata principalmente dallo stato e dalla storia del mantello sotto l'arco. La fusione multi‑fase, ad alta temperatura e ricca d'acqua di un cuneo mantellare già impoverito e ossidato può generare magmi con concentrazioni di oro e rapporti oro/rame sufficientemente elevati da alimentare depositi eccezionali sul fondale, senza necessitare di notevoli apporti diretti di oro dalla placca in subduzione o di solfuri crostali riciclati. In termini semplici, il mantello sotto l'arco Kermadec è stato «arrostito» più di una volta da fusioni idrate, rimuovendo solfuri ricchi di rame e lasciando una sorgente che produce naturalmente magmi arricchiti in oro — materia prima per alcuni dei più ricchi depositi nascosti dell'oceano.

Citazione: Timm, C., Portnyagin, M., de Ronde, C.E.J. et al. Hydrous multi-stage mantle melting controls gold enrichment in mafic Kermadec arc magmas. Commun Earth Environ 7, 281 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03338-w

Parole chiave: zona di subduzione, fusione del mantello, giacimenti auriferi, arco Kermadec, vulcanismo sottomarino