كيف تتشكل البلورات؟

Curious Kids هي سلسلة للأطفال من جميع الأعمار. إذا كان لديك سؤال تريد أن يجيب عليه أحد الخبراء، فأرسله إلى Curiouskidsus@theconversation.com.

من الناحية العلمية، يشير مصطلح “البلورة” إلى أي مادة صلبة لها تركيب كيميائي منظم. وهذا يعني أن أجزائه مرتبة بنمط مرتب بدقة، مثل الطوب في الجدار. يمكن أن يكون “الطوب” عبارة عن مكعبات أو أشكال أكثر تعقيدًا.

أنا عالمة أرض ومعلمة، لذا أقضي الكثير من الوقت في التفكير في المعادن. هذه هي المواد الصلبة التي توجد بشكل طبيعي في الأرض ولا يمكن تقسيمها إلى مواد مختلفة غير الذرات المكونة لها. الصخور عبارة عن خليط من معادن مختلفة. جميع المعادن بلورات، ولكن ليست كل البلورات معادن.

تبيع معظم محلات بيع الصخور البلورات المعدنية الموجودة في الطبيعة. أحدهما هو البيريت، والذي يُعرف بالذهب الأحمق لأنه يشبه الذهب الحقيقي. تتميز بعض المتاجر أيضًا ببلورات مبهرجة من صنع الإنسان مثل البزموت، وهو عنصر طبيعي يشكل بلورات عند صهره وتبريده.

لماذا وكيف تتشكل البلورات

تنمو البلورات عندما تقترب الجزيئات المتشابهة من بعضها البعض وتلتصق ببعضها البعض، وتشكل روابط كيميائية تعمل مثل الفيلكرو بين الذرات. لا يمكن للبلورات المعدنية أن تبدأ بالتشكل تلقائيًا، فهي تحتاج إلى ظروف خاصة وموقع نووي لتنمو عليه. يمكن أن يكون موقع النواة عبارة عن حافة خشنة من الصخور أو بقعة من الغبار يصطدم بها الجزيء ويلتصق به، ويبدأ تفاعل سلسلة التبلور.

عند سطح الأرض أو بالقرب منه، تذوب العديد من الجزيئات في الماء الذي يتدفق عبر الأرض أو فوقها. إذا كان هناك ما يكفي من الجزيئات المتشابهة في الماء، فسوف تنفصل عن الماء كمواد صلبة – وهي عملية تسمى الترسيب. إذا كان لديهم موقع نووي، فسوف يلتصقون به ويبدأون في تكوين البلورات.

وينمو الملح الصخري، وهو في الواقع معدن يسمى الهاليت، بهذه الطريقة. وكذلك يفعل معدن آخر يسمى الترافرتين، والذي يشكل أحيانًا حوافًا مسطحة في الكهوف وحول الينابيع الساخنة، حيث يسبب الماء تفاعلات كيميائية بين الصخور والهواء.

يمكنك صنع “هوابط الملح” في المنزل عن طريق زراعة بلورات الملح على خيط. في هذه التجربة، السلسلة هي موقع النواة. عندما تقوم بإذابة أملاح إبسوم في الماء وتضع خيطًا فيه، ثم تتركه لعدة أيام، فسوف يتبخر الماء ببطء ويترك أملاح إبسوم خلفه. وعندما يحدث ذلك، تترسب بلورات الملح من الماء وتنمو بلورات على الخيط.

العديد من الأماكن في القشرة الأرضية ساخنة بدرجة كافية لتذوب الصخور وتحولها إلى صهارة. وعندما تبرد تلك الصهارة، تنمو منها بلورات معدنية، تمامًا مثل تجمد الماء في مكعبات الثلج. تتشكل هذه البلورات المعدنية عند درجات حرارة أعلى بكثير من الملح أو الحجر الجيري الذي يترسب خارج الماء.

ما يمكن أن تخبره البلورات للعلماء

يمكن لعلماء الأرض أن يتعلموا الكثير من أنواع البلورات المختلفة. على سبيل المثال، وجود بلورات معدنية معينة في الصخور يمكن أن يكشف عن عمر الصخور. تُسمى طريقة التأريخ هذه علم التاريخ الجيولوجي، أي قياس عمر المواد الموجودة على الأرض.

أحد البلورات المعدنية الأكثر قيمة بالنسبة لعلماء الجيولوجيا هو الزركون، وهو متين للغاية لدرجة أنه يصمد أمام اختبار الزمن. أقدم الزركون الذي تم العثور عليه على الإطلاق يأتي من أستراليا ويبلغ عمره حوالي 4.3 مليار سنة – تقريبًا عمر كوكبنا نفسه. يستخدم العلماء التغيرات الكيميائية المسجلة داخل الزركون أثناء نموها بمثابة “ساعة” موثوقة لمعرفة عمر الصخور التي تحتوي عليها.

تحتوي بعض البلورات، بما في ذلك الزركون، على حلقات نمو، مثل حلقات الشجرة، تتشكل عندما تتراكم طبقات من الجزيئات مع نمو المعدن. يمكن لهذه الحلقات أن تخبر العلماء بكل أنواع الأشياء عن البيئة التي نمت فيها. على سبيل المثال، يمكن أن تؤدي التغيرات في الضغط ودرجة الحرارة وتركيبة الصهارة إلى ظهور حلقات النمو.

في بعض الأحيان تنمو البلورات المعدنية مع ارتفاع الضغط ودرجات الحرارة داخل القشرة الأرضية مما يؤدي إلى تغيير الصخور من نوع إلى آخر في عملية تسمى التحول. تؤدي هذه العملية إلى إعادة ترتيب العناصر والروابط الكيميائية الموجودة في الصخر لتكوين هياكل بلورية جديدة. تنمو الكثير من البلورات المذهلة بهذه الطريقة، بما في ذلك العقيق والكيانيت والستوروليت.

أشكال مذهلة

عندما يترسب المعدن من الماء أو يتبلور من الصهارة، كلما زادت المساحة التي يجب أن ينمو فيها، كلما أصبح أكبر. يوجد كهف في المكسيك مليء ببلورات الجبس العملاقة، يصل طول بعضها إلى 40 قدمًا (12 مترًا)، أي بحجم أعمدة الهاتف.

تعتبر البلورات المعدنية المبهرجة بشكل خاص ذات قيمة أيضًا كأحجار كريمة للمجوهرات بمجرد تقطيعها إلى أشكال جديدة وصقلها. كان أعلى سعر تم دفعه مقابل حجر كريم على الإطلاق هو 71.2 مليون دولار لألماسة CTF Pink Star، التي تم طرحها للبيع بالمزاد في عام 2017 وبيعت في أقل من خمس دقائق.

مرحبًا أيها الأطفال الفضوليون! هل لديك سؤال تود أن يجيب عليه أحد الخبراء؟ اطلب من شخص بالغ أن يرسل سؤالك إلى CuriousKidsUS@theconversation.com. من فضلك أخبرنا باسمك وعمرك والمدينة التي تعيش فيها.

وبما أن الفضول ليس له حد عمري – أيها البالغون، أخبرنا بما تتساءل عنه أيضًا. لن نتمكن من الإجابة على كل الأسئلة، لكننا سنبذل قصارى جهدنا.

تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد.

كتب بواسطة: ناتالي بورشتين، جامعة مونتانا.

اقرأ أكثر:

لا تعمل ناتالي بورشتين في أي شركة أو مؤسسة أو تتشاور أو تمتلك أسهمًا فيها أو تتلقى تمويلًا منها قد تستفيد من هذه المقالة، ولم تكشف عن أي انتماءات ذات صلة بعد تعيينها الأكاديمي.