Kiteiden muodostumiselle on viisi edellytystä: ainesosat ja lämpötila,paine, aika ja tila. Jotta mineraalien kiteytymisen perusteet selittyisivät paremmin, puhutaanpa hetki kivilajeista. Kalliokarkki on yksinkertaisesti kiteytynyttä sokeria.
Jos sekoitat mahdollisimman paljon sokeria vesipohjaan, huomaat, että se alkaa laskeutua kattilan pohjalle. Kun sokeria ei enää voi liueta, on saavutettu kyllästymispiste. Vesi ei voi enää imeä sokeria, jolloin puhutaan ylikylläisyydestä.
Nyt tuodaan kattila kiehumaan – kyllästysaste muuttuu kiehumispisteessä. Voit lisätä lisää sokeria, niin kannattaa tehdä kunnes saavutetaan superkyllästys. Tässä vaiheessa,kannattaa ottaa kattila pois liedeltä. Kun vesi palaa huoneenlämpötilaan, siihen mahtuva sokeri palaa aiemmalle tasolleen. Ylimääräinen sokeri irtoaa liuoksestaan ja kiteytyy samalla.
Ripusta nyt naru liuokseen, jotta kiteillä on jotain mihin kasvaa.Ihannetapauksessa painota narua, jotta se pysyy suorassa. Kun vesi on täysin jäähtynyt, naru on kiteiden peitossa.
Tämä on hyvä tapa ymmärtää, miten jalokivet muodostuvat.
Kivien muodostumisprosessi
Yleisesti ottaen jalokivet voivat muodostua neljällä eri tavalla. Ne ovat
- Igneous- Nämä mineraalit syntyvät syvällä maan sisällä (timantit, rubiini, safiiri, peridootti)
- Hydroterminen- Samoin kuin kivikarkkiesimerkki, jalokivet muodostuvat, kun mineraalipitoiset vesimuodostumat jäähtyvät
- Metamorfinen- Kuten nimestä voi päätellä, nämä ovat jalokiviä, jotka ovat ”muuntautuneet” voimakkaan kuumuuden ja paineen vaikutuksesta. (Safiiri, Rubiini, Spinelli, Granaatti)
- Sedimentaariset- Jalokivet, jotka muodostuvat veden laskeutuessa sedimentteihin (Malakiitti, Atsuriitti, Opaali)
Igneoottiset jalokivet, jotka ovat muodostuneet maan vaipassa
Vaikka tietämyksemme maan vaipasta on rajallista, on todisteita siitä, että jotkin jalokivet ovat muodostuneet vaipassa. Tämä edellyttää erittäin korkeita lämpötiloja.
Ehkä merkittävimmät esimerkit maan vaipassa muodostuvista jalokivistä ovat peridootti ja timantti. Geologit tutkivat Arizonan peridoottiesiintymiä ja uskovat, että ne ovat syntyneet kivistä, jotka kelluvat maan vaipassa jopa 55 kilometriä pinnan alapuolella. Räjähdysmäinen purkaus toi ne lähemmäs pintaa, ja eroosio ja säätila työnsivät ne tarpeeksi lähelle pintaa, jotta ne voitiin löytää.
Timantit tunnetaan kuitenkin paremmin. Timantit kiteytyvät magmassa aivan maankuoren alapuolella. Näillä muodostumilla on kuitenkin erilainen kemiallinen koostumus. Geologit uskovat, että se on peräisin 110 kilometristä 150 kilometriin maanpinnan alapuolelta. Magma on uskomattoman juoksevaa tässä syvyydessä, ja lämpötilat ovat hyvin korkeat.
Tämä magma voi tunkeutua maankuoren läpi paljon nopeammin ja paljon rajummin kuin muut tulivuorenpurkaukset. Purkautumisprosessin aikana magma hajottaa ja liuottaa kiviä ja kuljettaa ne sitten pintaan.
Jos magma nousisi hitaasti, timantit eivät todennäköisesti selviäisi. Paine ja muuttuvat lämpötilat johtaisivat siihen, että timantit höyrystyisivät tai mahdollisesti kiteytyisivät uudelleen grafiitiksi. Koska magma kuitenkin nousee nopeasti, timantit eivät ehdi muuttua tai höyrystyä, joten ne säilyvät timantteina.
Kun kuoressa tapahtuu dramaattisia ja rajuja muutoksia, kiteet usein rikkoutuvat. Kasvuolosuhteiden vallitessa materiaalia tihkuu murtumiin ja kiteytyy. Tämä parantaa murtumat tiivistämällä ne yhteen. Ne eivät kuitenkaan parane kokonaan, vaan hienot onkalot jäävät jäljelle ja ne näkyvät sormenjälkinä.
Miten ne nousevat pintaan, kun jalokivet muodostuvat? Koska ne muodostuvat niin syvällä pinnan alla, on ihme, että niitä voidaan louhia. Niitä tuodaan pintaan tulivuorenpurkausten yhteydessä, mutta suurin osa niistä nousee pintaan eroosion ja vuorten rakentamisen kautta.
Hydroterminen jalokivien synty
Tämä prosessi muistuttaa eniten edellä mainittua kivikarkkia. Superkyllästynyttä vettä, jossa on monia eri mineraaleja, työnnetään ylös maan onkaloihin ja halkeamiin. kun tämä liuos alkaa jäähtyä, eri mineraalit alkavat kiteytyä.
Tärkeimmät hydrotermiset löydöt ovat Kolumbiasta. Erityisesti Muzon smaragdikaivoksesta. Näissä hydrotermisissä esiintymissä on runsaasti kromia, joka antaa alueen smaragdeille niiden uskomattoman värin.
Alla olevassa kuvassa näkyy hydroterminen mineraalisuoni. Tämä suoni syntyy, kun vesiliuos jäähtyy ympäröivän kallion halkeaman sisällä.
Metamorfinen jalokivien synty
Suuri osa jalokivistä muodostuu metamorfismin avulla. Tällöin mineraalit pakotetaan yhteen suuren paineen ja lämmön alaisena yleensä mannerlaattojen liikkuessa toistensa alla. Mineraalit pakotetaan yhteen ja ne metamorfoituvat erilaisiksi mineraaleiksi, joskus sulamatta.
Sedimenttisten jalokivien synty
Sedimenttisten jalokivien synty tapahtuu, kun vesi sekoittuu mineraaliin maan pinnalla. Runsaasti mineraaleja sisältävä vesi suotautuu maan halkeamien ja onkaloiden väliin ja kerrostaa mineraalikerroksia.Näin syntyvät opaalin, malakiitin ja atsuriitin kaltaiset mineraalit. Opaali muodostuu, kun vesi sekoittuu piidioksidin kanssa. Kun piidioksidiliuos laskeutuu, mikroskooppiset piidioksidipallot pinoutuvat päällekkäin muodostaen opaalin.
Mineraalien kiteytyminen
Maankuori voi olla paksuudeltaan kolmesta kilometristä 25 kilometriin. Kuoren alla on maan vaippa. Vaippa on noin 1 860 mailin paksuinen ja muodostaa 83 % maapallon tilavuudesta. Se koostuu magmasta, joka on sulaa kiveä. Kun se nousee pintaan, sitä kutsutaan laavaksi. Se on kuumimmillaan lähempänä maapallon keskipistettä – ja lämpövirrat pitävät sen jatkuvassa liikkeessä.
Vyöhyke, jossa kuori ja vaippa kohtaavat, on myrskyisä, ja siellä vallitsevat korkeat lämpötilat ja korkeat paineet. Useat laatat muodostavat maankuoren ja kelluvat nestemäisen vaipan päällä. Kun ne törmäävät toisiinsa, toiset kohoavat vuoriksi, kun taas toiset painuvat alaspäin.
Magma on myös jatkuvassa liikkeessä. Sen paine ja liike aiheuttavat jatkuvasti kulumista ja murtumia maankuoren pohjaan. Tällöin kivet irtoavat maankuoresta, ja nestemäinen magma kuljettaa niitä mukanaan. Kivet sulavat ja muuttavat magman kemiaa. Kun taas pienempien hiukkasten kohtalona on tulla sulkeumia vielä muodostumattomissa jalokivissä.
Kjalokivet muodostuvat syvällä maapallossa, jonka kuoren alapinnassa on lukuisia onkaloita, jotka johtuvat voimakkaista murtumista. Onteloiden ja murtumien kautta karkaa nesteitä. Tämä on ihanteellinen olosuhde kristallien kasvulle. Se on pohjimmiltaan runsaasti kemikaaleja sisältävä keitto, joka tarjoaa kaikki tarvittavat ainesosat. Onkalot tarjoavat täydellisen tilan kasvulle, ja paine ja lämpötila ovat korkeat. Kuoren läpi kulkeva neste saa sen jäähtymään tarpeeksi, jotta kiteytyminen voi alkaa – nyt tarvitaan vain aikaa.
Geologisesti ajateltuna – sen ajan, joka sillä on, pitäisi riittää. Koska tämä ympäristö on kuitenkin erittäin myrskyisä ja käytävät avautuvat ja sortuvat jatkuvasti. Kiteet alkavat usein muodostua, mutta kun käytävä romahtaa, nestevirta sulkeutuu. Tässä vaiheessa kasvu pysähtyy.
Jos ja kun käytävä aukeaa uudelleen, kasvu jatkuu. Tätä on/off-kasvua ei yleensä ole havaittavissa kiteissä, vaikka toisissa tapauksissa peräkkäisillä kehityskerroksilla on erilainen kemiallinen koostumus. Tämä johtaa värivyöhykkeisiin.
Mineraalien kiteytymisjärjestys
Topaskiteet muodostuvat ennen kvartsia jäähtymisprosessissa, koska yksi kiteytymisen periaate on, että lämpötilan laskiessa siihen mahtuvat kiinteät ainesosat vähenevät. Tosin maankuoren ainesosat ovat hieman monimutkaisempia kuin edellä kuvattu sokeriliuos. Eri mineraalit kiteytyvät samasta liuoksesta, mutta eri lämpötiloissa. Voit nähdä ensin korundia, sitten topaasia ja kvartsia, kun liuos jatkaa jäähtymisprosessia.
Vaikka paine ei vaikuta karkkikiviin- mineraalien kiteytymiseen tarvitaan oikea lämpötilan ja paineen yhdistelmä.
Lisäksi kiteytymiseen tarvitaan kaksi muuta edellytystä – tila ja aika. Pohjimmiltaan oikean ainesosayhdistelmän, paineen ja lämmön on kestettävä tarpeeksi kauan, jotta mineraalit kiteytyvät. Lisäksi ne tarvitsevat tilaa kasvaakseen.