Der er fem betingelser for, at krystaller kan dannes: ingredienser og temperatur, tryk, tid og rum. For bedre at forklare grundprincipperne for mineralkrystallisering lad os tale om stenbolsjer i et øjeblik. Rock candy er simpelthen krystalliseret sukker.
Hvis man rører så meget sukker som muligt i en bund af vand, vil man se, at det begynder at sætte sig i bunden af gryden. Når der ikke kan opløses mere sukker, har man nået mætningspunktet. Vandet kan ikke optage mere sukker, dette er kendt som overmættet.
Nu bringes gryden i kog – ved kogepunktet ændres mætningsniveauet. Du kan tilsætte mere sukker, det skal du gøre, indtil du når overmætning. På dette tidspunkt bør du fjerne gryden fra varmen. Når vandet vender tilbage til stuetemperatur, vender det sukker, det kan indeholde, tilbage til det tidligere niveau. Det overskydende sukker kommer ud af opløsningen og krystalliserer i takt med at det gør det.
Hæng nu en snor i opløsningen, så krystallerne har noget at vokse på.Det er ideelt at tynge snoren for at holde den lige. Når vandet er helt afkølet, vil snoren være dækket af krystaller.
Dette er en god måde at forstå, hvordan ædelstene dannes på.
Edelstensdannelsesprocessen
Generelt set er der 4 måder, hvorpå ædelsten kan dannes. De er
- Igneous- Disse mineraler skabes dybt inde i jorden (diamanter, rubin, safir, peridot)
- Hydrotermisk- I lighed med slikeksemplet dannes ædelsten, når mineralrige vandmasser afkøles
- Metamorfe- Som navnet antyder, er det ædelsten, der er “omdannet” på grund af intens varme og tryk. (Safir, rubin, spinel, granat)
- Sedimentære- Ædelsten, der dannes på grund af vand, der aflejrer sedimenter (malakit, azurit, opal)
Igneøse ædelsten dannet i Jordens kappe
Selv om vores viden om Jordens kappe er begrænset, er der tegn på, at nogle ædelsten dannes i kappen. Dette kræver ekstremt høje temperaturer.
De måske mest bemærkelsesværdige eksempler på ædelstene, der dannes i Jordens kappe, er peridot og diamant. Geologer har undersøgt peridotforekomsterne i Arizona og mener, at de blev dannet på sten, der svævede i jordens kappe op til 55 miles under overfladen. De blev bragt tættere på overfladen af et eksplosivt udbrud, hvor erosion og forvitring skubbede dem tæt nok på overfladen til at blive opdaget.
Der er imidlertid en bedre forståelse af diamanter. Diamanter krystalliserer sig i magma lige under jordskorpen. Disse formationer har imidlertid en anden kemisk sammensætning. Geologer mener, at den kommer fra 110 miles til 150 miles under jordens overflade. Magmaen er utrolig flydende i denne dybde, og temperaturerne er meget høje.
Denne magma kan tvinge sig langt hurtigere og meget voldsommere gennem skorpen end andre vulkanudbrud. Under udbrudsprocessen bryder magmaen op og opløser bjergarter og fører dem derefter op til overfladen.
Hvis magmaen steg langsomt op, ville diamanterne sandsynligvis ikke overleve. Trykket og de skiftende temperaturer ville resultere i, at diamanterne ville fordampe eller muligvis rekrystallisere sig som grafit. Men på grund af den hastighed, hvormed magmaen stiger op, har diamanterne ikke tid til at omdanne sig eller fordampe og forbliver derfor som diamanter.
Når der sker dramatiske og grove ændringer i jordskorpen, brydes krystallerne ofte. Når der er vækstbetingelser til stede, siver materiale ind i bruddene og krystalliserer. Dette heler bruddene ved at forsegle dem sammen. De heler dog ikke helt, de fine hulrum forbliver, og de ses som fingeraftryk.
Hvordan kommer de op til overfladen, når ædelstenene dannes? Fordi de dannes så langt under overfladen, er det et under, at de kan udvindes. De bringes op til overfladen under vulkanudbrud, men de fleste af dem når op til overfladen gennem erosion og bjergdannelse.
Hydrotermisk ædelstensdannelse
Denne proces minder mest om den ovenfor angivne stenbolsjeproces. Overmættet vand med mange forskellige mineraler presses op i hulrum og sprækker i jorden. når denne opløsning begynder at køle af, begynder de forskellige mineraler at krystallisere.
De vigtigste hydrotermiske fund findes i Columbia. Nærmere bestemt Muzo Emerald-minen. Disse hydrotermiske forekomster er rige på krom, som giver smaragderne fra regionen deres utrolige farve.
Billedet nedenfor viser en hydrotermisk mineralåre. Denne åre opstår, når vandopløsningen afkøles inde i sprækken i den omgivende klippe.
Metamorfisk ædelstensdannelse
De fleste ædelsten er dannet ved metamorfisme. Det er, når mineraler presses sammen under stort tryk og varme, som regel af tektoniske plader, der bevæger sig under hinanden. Mineralerne tvinges sammen, og de metamorformeres til forskellige mineraler, nogle gange uden at smelte.
Sedimentær ædelstensdannelse
Sedimentær ædelstensdannelse sker, når vand blandes med mineral på jordens overflade. Det mineralrige vand siver ned mellem sprækker og hulrum i jorden og aflejrer lag af mineraler, og det er sådan, mineraler som opal, malakit og azurit dannes. Opal dannes, når vandet blander sig med silica. Når silicaopløsningen sætter sig, lægger mikroskopiske kugler af silica sig oven på hinanden og danner opal.
Mineralkrystallisering
Jordskorpen kan være alt fra tre kilometer tyk til 25 kilometer tyk. Under jordskorpen findes jordens kappe. Kappen er ca. 1.860 miles tyk og udgør 83% af jordens volumen. Den består af magma, som er smeltet sten. Når det når op til overfladen, kaldes det lava. Den er varmest tættere på jordens centrum man kommer- og varmestrømmene holder den i konstant bevægelse.
Zonen, hvor jordskorpen og kappen mødes, er tumultarisk med høje temperaturer og højt tryk. Flere plader udgør jordskorpen og flyder på den flydende kappe. Når de løber ind i hinanden, bliver nogle hævet til bjerge, mens andre bliver skubbet ned.
Magma er også i konstant bevægelse. Dens tryk og bevægelse skaber hele tiden slid og brud på bunden af jordskorpen. Klipper bryder derefter løs fra jordskorpen og bliver ført væk af den flydende magma. Stenene smelter og ændrer magmaens kemi. Mens de mindre partikler er bestemt til at blive indeslutninger i ædelsten, der endnu ikke er dannet.
Ædelsten dannes dybt nede i jorden, hvor den nederste overflade af dens skorpe indeholder talrige hulrum på grund af kraftige brud. Der undslipper væsker gennem hulrummene og bruddene. Dette er den ideelle betingelse for krystalvækst. Det er i bund og grund en suppe, der er rig på kemikalier, og som leverer alle de nødvendige ingredienser. Hulrummene giver den perfekte plads til vækst, og trykket og temperaturen er høj. Væsken, der bevæger sig gennem skorpen, får den til at afkøle nok til, at krystalliseringen kan finde sted – det eneste, der nu er nødvendigt, er tid.
Geologisk set burde den tid, den har, være tilstrækkelig. Men, fordi dette miljø er meget omtumlet, og passagerne åbner og kollapser hele tiden. Krystallerne vil ofte begynde at danne sig, men når passagen kollapser, bliver væskestrømmen lukket af. Det er på dette tidspunkt, at væksten stopper.
Hvis og når passagen åbner sig igen, genoptages væksten. Denne on/off-vækst er generelt ikke påviselig i krystaller, men i andre tilfælde har de på hinanden følgende udviklingslag en anden kemisk sammensætning. Dette resulterer i farvezonering.
Mineral krystalliseringsrækkefølge
Topazkrystaller dannes før kvarts i afkølingsprocessen, fordi et princip for krystallisering er, at når temperaturen falder, falder de faste bestanddele, den kan indeholde. Men ingredienserne i jordskorpen er en smule mere komplekse end den sukkeropløsning, der er beskrevet ovenfor. Forskellige mineraler krystalliserer fra den samme opløsning, men ved forskellige temperaturer. Du kan se korund først, efterfulgt af topas og kvarts, efterhånden som opløsningen fortsætter afkølingsprocessen.
Selv om trykket ikke har nogen effekt på bjergarter, er det nødvendigt med den rette kombination af temperatur og tryk, for at mineralerne kan krystallisere.
Der er desuden to andre betingelser, der er nødvendige for krystallisering – rum og tid. I det væsentlige skal den korrekte kombination af ingredienser, tryk og varme vare længe nok til, at mineralerne kan krystallisere. Desuden skal de have plads til at vokse.