Πώς σχηματίζονται οι κρύσταλλοι;

By | December 3, 2023

Dois materiais cristalinos juntos: cianita (azul) incrustada em quartzo (branco).  <ahref=Φωτογραφία 12/Ομάδα Universal Images μέσω Getty Images” src=”https://s.yimg.com/ny/api/res/1.2/f1OmC6e2N28vQX81Ij7WOw–/YXBwaWQ9aGlnaGxhbmRlcjt3PTk2MDtoPTYzNw–/https://media.zenfthes.consic.com/ ee85aacefe6ca0aa966f5fa1″ data-src = “https://s.yimg.com/ny/api/res/1.2/f1OmC6e2N28vQX81Ij7WOw–/YXBwaWQ9aGlnaGxhbmRlcjt3PTk2MDtoPTYzNw–/https://media.zenfs.com/convers_cjt3PTk2MDtoPTYzNw–/https://media.zenfs.com/convers_cjt3ptk2MDtoPTYzNw–/https://media.zenfs.com/convers/en/1000000000000000/0000000/ 5a acefe6ca0aa966f5fa1″/>

Το Curious Kids είναι μια σειρά για παιδιά όλων των ηλικιών. Εάν έχετε κάποια ερώτηση που θα θέλατε να απαντήσει ένας ειδικός, στείλτε την στη διεύθυνση curiouskidsus@theconversation.com.


Πώς σχηματίζονται οι κρύσταλλοι; – Alyssa Marie, 5 ετών, Νέο Μεξικό


Επιστημονικά μιλώντας, ο όρος «κρύσταλλος» αναφέρεται σε οποιοδήποτε στερεό που έχει μια διατεταγμένη χημική δομή. Αυτό σημαίνει ότι τα μέρη του είναι διατεταγμένα σε ένα ακριβές μοτίβο, όπως τα τούβλα σε έναν τοίχο. Τα «τούβλα» μπορεί να είναι κύβοι ή πιο περίπλοκα σχήματα.

Είμαι επιστήμονας της Γης και καθηγητής, οπότε αφιερώνω πολύ χρόνο στο να σκέφτομαι τα ορυκτά. Πρόκειται για στερεές ουσίες που βρίσκονται φυσικά στο έδαφος και δεν μπορούν να αναλυθούν σε άλλα υλικά εκτός από τα συστατικά τους άτομα. Τα πετρώματα είναι μείγματα διαφορετικών ορυκτών. Όλα τα ορυκτά είναι κρύσταλλα, αλλά δεν είναι όλοι οι κρύσταλλοι ορυκτά.

Τα περισσότερα καταστήματα βράχου πωλούν ορυκτά κρύσταλλα που υπάρχουν στη φύση. Ένα από αυτά είναι ο πυρίτης, γνωστός ως χρυσός του ανόητου επειδή μοιάζει με πραγματικό χρυσό. Ορισμένα καταστήματα προσφέρουν επίσης εντυπωσιακούς τεχνητούς κρυστάλλους, όπως το βισμούθιο, ένα φυσικό στοιχείο που σχηματίζει κρυστάλλους όταν λιώνει και ψύχεται.

Γιατί και πώς σχηματίζονται οι κρύσταλλοι

Οι κρύσταλλοι αναπτύσσονται όταν παρόμοια μόρια πλησιάζουν το ένα το άλλο και κολλάνε μεταξύ τους, σχηματίζοντας χημικούς δεσμούς που λειτουργούν σαν Velcro μεταξύ των ατόμων. Οι ορυκτοί κρύσταλλοι δεν μπορούν απλά να αρχίσουν να σχηματίζονται αυθόρμητα – χρειάζονται ειδικές συνθήκες και μια θέση πυρήνωσης για να αναπτυχθούν. Μια θέση πυρήνωσης μπορεί να είναι μια τραχιά άκρη πέτρας ή ένα κομμάτι σκόνης στο οποίο προσκρούει ένα μόριο και κολλάει πάνω του, ξεκινώντας την αλυσιδωτή αντίδραση της κρυστάλλωσης.

Στην επιφάνεια της Γης ή κοντά στην επιφάνεια της Γης, πολλά μόρια διαλύονται σε νερό που ρέει μέσα ή πάνω από το έδαφος. Εάν υπάρχουν αρκετά παρόμοια μόρια στο νερό, θα διαχωριστούν από το νερό ως στερεά – μια διαδικασία που ονομάζεται καθίζηση. Εάν έχουν μια θέση πυρήνα, θα κολλήσουν σε αυτό και θα αρχίσουν να σχηματίζουν κρυστάλλους.

Το ορυκτό αλάτι, το οποίο είναι στην πραγματικότητα ένα ορυκτό που ονομάζεται αλίτης, αναπτύσσεται με αυτόν τον τρόπο. Το ίδιο ισχύει και για ένα άλλο ορυκτό που ονομάζεται τραβερτίνη, το οποίο μερικές φορές σχηματίζει επίπεδες προεξοχές σε σπηλιές και γύρω από θερμές πηγές, όπου το νερό προκαλεί χημικές αντιδράσεις μεταξύ του βράχου και του αέρα.

Saliências de travertino em Mammoth Hot Springs, no Parque Nacional de Yellowstone, em Wyoming.  Piscinas em terraços se formam devido à deposição de travertino dos fluidos das fontes termais à medida que esfriam e liberam dióxido de carbono.  <ahref=USGS“data-src=”https://s.yimg.com/ny/api/res/1.2/ok5555s2GaYokQy9gEus1w–/YXBwaWQ9aGlnaGxhbmRlcjt3PTk2MDtoPTcxOA–/https://media.zenfs_convers/00000000/https://media.zenfs_convers. 7 d713ddf00d484c0853″/ >”https://d9-wret.s3.us-west-2.amazonaws.com/assets/palladium/production/s3fs-public/thumbnails/image/P7190038.JPG” rel =”nofollow noopener” στόχος =”_σε κενό” data-ylk=”slk:USGS;elm:context_link;itc:0″ τάξη =”Σύνδεσμος “

Μπορείτε να φτιάξετε “σταλακτίτες αλατιού” στο σπίτι καλλιεργώντας κρυστάλλους αλατιού σε ένα κορδόνι. Σε αυτό το πείραμα, η χορδή είναι η θέση πυρήνωσης. Όταν διαλύσετε άλατα Epsom σε νερό και τοποθετήσετε ένα κορδόνι σε αυτό και στη συνέχεια το αφήσετε για αρκετές ημέρες, το νερό θα εξατμιστεί αργά και θα αφήσει πίσω τα άλατα Epsom. Καθώς συμβαίνει αυτό, οι κρύσταλλοι αλατιού καθιζάνουν έξω από το νερό και σχηματίζουν κρυστάλλους στο σύρμα.

Πολλά μέρη στον φλοιό της Γης είναι αρκετά ζεστά ώστε οι βράχοι να λιώσουν και να μετατραπούν σε μάγμα. Καθώς το μάγμα ψύχεται, από αυτό αναπτύσσονται μεταλλικοί κρύσταλλοι, όπως ακριβώς το νερό παγώνει σε παγάκια. Αυτοί οι ορυκτοί κρύσταλλοι σχηματίζονται σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες από το αλάτι ή την τραβερτίνη που καθιζάνει στο νερό.

Τι μπορούν να πουν οι κρύσταλλοι στους επιστήμονες

Οι επιστήμονες της γης μπορούν να μάθουν πολλά από διαφορετικούς τύπους κρυστάλλων. Για παράδειγμα, η παρουσία ορισμένων ορυκτών κρυστάλλων στα πετρώματα μπορεί να αποκαλύψει την ηλικία των πετρωμάτων. Αυτή η μέθοδος χρονολόγησης ονομάζεται γεωχρονολογία – κυριολεκτικά, μετρώντας την ηλικία των υλικών της Γης.

Ένας από τους ορυκτούς κρυστάλλους που εκτιμούν περισσότερο οι γεωχρονολόγοι είναι το ζιρκόνιο, το οποίο είναι τόσο ανθεκτικό που κυριολεκτικά αντέχει στη δοκιμασία του χρόνου. Τα παλαιότερα ζιργκόν που έχουν βρεθεί ποτέ προέρχονται από την Αυστραλία και είναι περίπου 4,3 δισεκατομμυρίων ετών – σχεδόν όσο και ο δικός μας πλανήτης. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τις χημικές αλλαγές που καταγράφονται στα ζιργκόν καθώς μεγαλώνουν ως ένα αξιόπιστο «ρολόι» για να καταλάβουν την ηλικία των πετρωμάτων που τα περιέχουν.

Μερικοί κρύσταλλοι, συμπεριλαμβανομένων των ζιργκόν, έχουν δακτυλίους ανάπτυξης, όπως οι δακτύλιοι ενός δέντρου, που σχηματίζονται όταν σχηματίζονται στρώματα μορίων καθώς μεγαλώνει το ορυκτό. Αυτοί οι δακτύλιοι μπορούν να πουν στους επιστήμονες κάθε λογής πράγματα για το περιβάλλον στο οποίο μεγάλωσαν. Για παράδειγμα, οι αλλαγές στην πίεση, τη θερμοκρασία και τη σύνθεση του μάγματος μπορεί να οδηγήσουν σε δακτυλίους ανάπτυξης.

Cristais de feldspato com anéis de crescimento em rocha de granodiorito perto de Squamish, British Columbia.  Natalie Bursztyn, <a href=CC BY-ND“data-src=”https://s.yimg.com/ny/api/res/1.2/dmb1Cn4Ij3H2JFuZrwZD.A–/YXBwaWQ9aGlnaGxhbmRlcjt3PTk2MDtoPTg0OA–/https://media.zenfthe_5arbatication-/https://media.zenfthe_1000_000000000_00000/ 5 ce33b69642229fc189a38 ” />”http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0/” rel =”nofollow noopener” στόχος =”_σε κενό” data-ylk=”slk:CC BY-ND;elm:context_link;itc:0″ τάξη =”Σύνδεσμος “
Κρύσταλλοι άστρου με δακτυλίους ανάπτυξης σε βράχο γρανοδιορίτη κοντά στο Squamish, British Columbia. Natalie Bursztyn, CC BY-ND

Μερικές φορές οι ορυκτοί κρύσταλλοι αναπτύσσονται καθώς η υψηλή πίεση και η θερμοκρασία εντός του φλοιού της Γης αλλάζουν τα πετρώματα από τον έναν τύπο στον άλλο σε μια διαδικασία που ονομάζεται μεταμόρφωση. Αυτή η διαδικασία αναγκάζει τα στοιχεία και τους χημικούς δεσμούς στο βράχο να αναδιοργανωθούν σε νέες κρυσταλλικές δομές. Πολλοί θεαματικοί κρύσταλλοι αναπτύσσονται με αυτόν τον τρόπο, όπως ο γρανάτης, ο κυανίτης και ο σταυρόλιθος.

Απίστευτα σχήματα

Όταν ένα ορυκτό καθιζάνει από το νερό ή κρυσταλλώνεται από το μάγμα, όσο περισσότερος χώρος έχει για να αναπτυχθεί, τόσο μεγαλύτερο μπορεί να γίνει. Υπάρχει μια σπηλιά στο Μεξικό γεμάτη από γιγάντιους κρυστάλλους γύψου, μερικοί από τους οποίους έχουν μήκος 40 πόδια – στο μέγεθος των τηλεφωνικών στύλων.

Ιδιαίτερα οι επιδεικτικοί ορυκτοί κρύσταλλοι είναι επίσης πολύτιμοι ως πολύτιμοι λίθοι για κοσμήματα όταν κοπούν σε νέα σχήματα και γυαλιστούν. Η υψηλότερη τιμή που πληρώθηκε ποτέ για έναν πολύτιμο λίθο ήταν 0,2 εκατομμύρια για το διαμάντι CTF Pink Star, το οποίο βγήκε σε δημοπρασία το 2017 και πουλήθηκε σε λιγότερο από πέντε λεπτά.


Γεια σας, περίεργα παιδιά! Έχετε κάποια ερώτηση που θα θέλατε να απαντήσει ένας ειδικός; Ζητήστε από έναν ενήλικα να στείλει την ερώτησή σας στο CuriousKidsUS@theconversation.com. Πείτε μας το όνομά σας, την ηλικία και την πόλη όπου ζείτε.

Και επειδή η περιέργεια δεν έχει όριο ηλικίας – ενήλικες, πείτε μας επίσης τι αναρωτιέστε. Δεν θα είμαστε σε θέση να απαντήσουμε σε κάθε ερώτηση, αλλά θα κάνουμε το καλύτερο δυνατό.

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από το The Conversation, έναν ανεξάρτητο, μη κερδοσκοπικό οργανισμό ειδήσεων που σας παρέχει αξιόπιστα γεγονότα και αναλύσεις για να σας βοηθήσει να κατανοήσετε τον περίπλοκο κόσμο μας. Το The Conversation διαθέτει μια σειρά από συναρπαστικά δωρεάν ενημερωτικά δελτία.

Το έγραψε: Natalie Bursztyn, Πανεπιστήμιο της Μοντάνα.

Δείτε περισσότερες πληροφορίες:

Η Natalie Bursztyn δεν εργάζεται, δεν συμβουλεύεται, δεν κατέχει μετοχές ή δεν λαμβάνει χρηματοδότηση από οποιαδήποτε εταιρεία ή οργανισμό που θα επωφεληθεί από αυτό το άρθρο και δεν έχει αποκαλύψει σχετικές σχέσεις πέρα ​​από τον ακαδημαϊκό της διορισμό.