A kristályok akár 1 métert is nőhetnek naponta a hűlő magmában, állítja egy tanulmány

Mindenki tudja, hogy Rómát nem egy nap alatt építették, de a Föld legértékesebb drágakövei, a kristályok naponta akár 1 métert is nőhetnek, ...

Mindenki tudja, hogy Rómát nem egy nap alatt építették, de a Föld legértékesebb drágakövei, a kristályok naponta akár 1 métert is nőhetnek, derül ki a Nature Communications folyóiratban megjelent új tanulmányból.

A smaragd, a cirkon, a topáz, a gránát és az akvamarin néhány kristályos ásványi anyag, amely jelen van a pegmatitokban, azon vénaszerű képződményekben, melyekben általában nagy kristályok találhatók a ritkább elemek, például a nióbium és a tantál mellett. A pegmatitokban szintén gyakori a lítium, amely az elektromos autók akkumulátorainak alapvető eleme. (1)

"Ez egy lépés annak megértése felé, hogyan koncentrálja a Föld a lítiumot bizonyos helyeken és ásványi anyagokban," - mondta Patrick Phelps, a Rice Egyetem végzős hallgatója. "Ha megértjük a pegmatit növekedési ütemének alapjait, ez egy lépés abba az irányba, hogy megértsük a teljes képet arról, hogyan és hol alakulnak ki."

A pegmatitok akkor jönnek létre, amikor a magma felemelkedik és lehűl a Föld belsejében, miközben létrehozza a legnagyobb ismert kristályokat. A dél-dakotai Etta bánya például farönk méretű, lítiumban gazdag spodumen kristályokat tartalmaz, amelyek egyike 12,8 méter hosszú és durván 37 tonnás.

A Rice Egyetem munkatársával, Cin-Ty Lee-vel és Douglas Morton geológussal Phelps a kutatásban arra próbált választ találni, ami eddig rejtély volt az ásványkutatók számára, hogy hogyan kerülnek ilyen atipikusan nagy kristályok a pegmatitokba.

"A magmás ásványokban a kristályméret hagyományosan a lehűlési időhöz kapcsolódik," - mondta Harry Carothers Wiess geológiai professzor és a Rice Egyetem Föld-, Környezettudományi és Bolygótudományi Tanszékének elnöke. "Az elmélet az, hogy a nagy kristályok növekedéséhez idő kell."

Ahol a magma gyorsan lehűl - például kitört lávákban -, mikroszkopikus kristályokat tartalmaz. De ha ugyanaz a magma több tízezer év alatt hűl le, centiméternyi kristályokat tartalmazhat, mondta Lee.

"A pegmatitok viszonylag gyorsan, néha alig néhány év alatt lehűlnek, és mégis a Föld legnagyobb kristályait tartalmazzák," - tette hozzá Lee. "A nagy kérdés valóban az, hogyan lehetséges ez?"

Amikor Phelps belefogott a kutatásba, kezdetben olyan kérdések foglalkoztatták, hogy miként állhatna elő egy olyan mérési sorozattal, amely alapján ő, Morton és Lee megválaszolhatja a nagy kérdést.

"Inkább az volt a kérdés, hogy megtudhatjuk-e, hogy milyen gyorsan növekednek," - mondta Phelps. "Vajon használhatunk-e nyomelemeket - olyan elemeket, amelyek nem tartoznak a kvarc kristályokhoz - a növekedési ráta kiszámításához?"

Több mint három évig kerestek, egy kristály mintagyűjtő kirándulás tettek egy dél-kaliforniai pegmatitbányába, több száz laboratóriumi mérést végeztek a minták kémiai összetételének pontos feltérképezésére, továbbá 50 éves anyagok átfogó elemzését tartalmazó anyagtudományi tanulmányokat tekintettek át a kristály növekedési sebességének modellezésére alkalmas matematikai modell elkészítéséhez, és a csapatnak végül sikerült.

"Másfél centi széles és több mint 2,5 centi hosszú kristályokat vizsgáltunk," - mondta Phelps. "Megmutattuk, hogy ezek néhány órán belül megnőttek, és semmi sem utal arra, hogy a fizika különbözne a nagyobb, egy méteres vagy annál nagyobb hosszúságú kristályok esetében. Annak alapján, amit találtunk, az ilyen nagy kristályok akár napok alatt megnőhetnek."

A csapat kutatása végül arra enged következtetni, hogy a nagy kristályok több ezer év helyett néhány nap vagy akár pár óra alatt is megnőhetnek. Úgy tűnik tehát, hogy a Föld legkáprázatosabb csodái, a kristályok hihetetlenül gyorsan képesek növekedni. (2)

(1) - https://www.nature.com/articles/s41467-020

(2) - https://news.rice.edu/2020/10/06/earth-grow