A kristályok kialakulásának öt feltétele van: összetevők és hőmérséklet,nyomás, idő és tér. Hogy jobban elmagyarázzuk az ásványok kristályosodásának alapjait, beszéljünk egy pillanatra a kőzetcukorról. A kandiscukor egyszerűen kristályosított cukor.
Ha annyi cukrot keverünk egy vízfenékbe, amennyit csak lehet, látni fogjuk, hogy az elkezd leülepedni az edény alján. Amikor már nem tud több cukor feloldódni, elérte a telítettségi pontot. A víz nem tud több cukrot felvenni, ezt nevezzük szupertelítettségnek.
Most felforraljuk az edényt – a forráspontnál megváltozik a telítettségi szint. Hozzáadhatsz még cukrot, ezt addig kell tenned, amíg el nem éred a szupertelítettséget. Ebben a fázisban,le kell venni az edényt a tűzről. Ahogy a víz visszaáll szobahőmérsékletre,a benne tárolható cukor visszaáll a korábbi szintre. A felesleges cukor kijön az oldatból, és közben kikristályosodik.
Függesszünk most egy zsinórt az oldatba, hogy a kristályoknak legyen min növekedniük.Ideális esetben nehezítsük meg a zsinórt, hogy egyenesen tartsuk. Amint a víz teljesen lehűlt, a zsinórt kristályok fogják borítani.
Ez egy nagyszerű módja annak, hogy megértsük, hogyan alakulnak ki a drágakövek.
A drágakő kialakulásának folyamata
Általánosságban elmondható, hogy a drágakövek 4 módon alakulhatnak ki. Ezek
- Igneous- Ezek az ásványok a föld mélyén keletkeznek (gyémánt, rubin, zafír, peridot)
- Hydrothermal- Hasonlóan a kőcukorkás példához, a drágakövek akkor keletkeznek, amikor ásványi anyagokban gazdag víztestek lehűlnek
- Metamorf- Ahogy a neve is mutatja, ezek olyan drágakövek, amelyek erős hő és nyomás hatására “átalakulnak”. (Zafír, rubin, spinell, gránát)
- Üledékes- Olyan drágakövek, amelyek a víz által lerakódott üledékek hatására alakulnak ki (malachit, azurit, opál)
A földköpenyben keletkezett drágakövek
Míg a földköpenyről szerzett ismereteink korlátozottak, van bizonyíték arra, hogy egyes drágakövek a köpenyben keletkeznek. Ehhez rendkívül magas hőmérsékletre van szükség.
A földköpenyben kialakuló drágakövek talán legjelentősebb példái a peridot és a gyémánt. Geológusok tanulmányozták az arizonai peridotlelőhelyeket, és úgy vélik, hogy azok olyan kőzeteken jöttek létre, amelyek a földköpenyben lebegnek, akár 55 mérfölddel a felszín alatt. Egy robbanásszerű kitörés hozta őket közelebb a felszínhez, az erózió és az időjárás pedig elég közel nyomta őket a felszínhez ahhoz, hogy felfedezzék őket.
A gyémántokat azonban már jobban ismerik. A gyémántok a magmában kristályosodnak ki, közvetlenül a földkéreg alatt. Ezek a képződmények azonban más kémiai összetételűek. A geológusok úgy vélik, hogy 110 mérföldtől 150 mérföldig terjedő mélységből származik a földfelszín alól. Ebben a mélységben a magma hihetetlenül folyékony, és a hőmérséklet nagyon magas.
Ez a magma sokkal gyorsabban és sokkal hevesebben képes utat törni magának a kéregben, mint más vulkáni kitörések. A kitörés során a magma felbontja és feloldja a kőzeteket, majd a felszínre viszi azokat.
Ha a magma lassan emelkedne fel, a gyémántok valószínűleg nem élnék túl. A nyomás és a változó hőmérséklet hatására a gyémántok elpárolognának, vagy esetleg grafittá kristályosodnának át. A magma gyors emelkedése miatt azonban a gyémántoknak nincs idejük átalakulni vagy elpárologni, így gyémántként maradnak meg.
Amikor drámai és durva változások történnek a kéregben, a kristályok gyakran összetörnek. A növekedési feltételek fennállása esetén a törésekbe anyag szivárog és kristályosodik. Ez meggyógyítja a töréseket azáltal, hogy összezárja őket. Nem gyógyulnak meg azonban teljesen, a finom üregek megmaradnak, és ezek ujjlenyomatokként láthatók.
Hogyan emelkednek a felszínre, ha egyszer drágakövek alakulnak ki? Mivel olyan mélyen a felszín alatt alakulnak ki, csoda, hogy ki lehet őket bányászni. Vulkánkitörések során kerülnek a felszínre, de a legtöbbjük az erózió és a hegységépítés révén jut a felszínre.
Hidrotermális drágakő keletkezés
Ez a folyamat hasonlít leginkább a fent megadott kőzetcukorhoz. A földben lévő üregekbe és repedésekbe szuper telített, sokféle ásványi anyagot tartalmazó vizet nyomnak fel. ahogy ez az oldat hűlni kezd, a különböző ásványok kristályosodni kezdenek.
A legfontosabb hidrotermális leletek Kolumbiában vannak. Konkrétan a Muzo smaragdbánya. Ezek a hidrotermális lelőhelyek krómban gazdagok, ami a régióból származó smaragdoknak hihetetlen színt ad.
A lenti képen egy hidrotermális ásványi ér látható. Ez az ér akkor jön létre, amikor a vízoldat lehűl a környező kőzet repedésén belül.
Metamorf drágakő keletkezése
A drágakövek többsége metamorfózis útján jön létre. Ilyenkor az ásványokat nagy nyomás és hő hatására általában egymás alatt mozgó tektonikus lemezek kényszerítik össze. Az ásványok egymáshoz kényszerülnek, és különböző ásványokká metamorfizálódnak, néha olvadás nélkül.
Üledékes drágakő keletkezése
Az üledékes drágakő keletkezése akkor történik, amikor a földfelszínen víz keveredik ásványokkal. Az ásványi anyagokban gazdag víz beszivárog a föld repedései és üregei közé, és ásványi rétegeket rak le.Így jönnek létre az olyan ásványok, mint az opál, a malachit és az azurit. Az opál akkor keletkezik, amikor a víz összekeveredik a szilícium-dioxiddal. Ahogy a szilícium-dioxid-oldat leülepszik, a szilícium-dioxid mikroszkopikus gömbjei egymásra rakódnak, és opált alkotnak.
Az ásványok kristályosodása
A földkéreg vastagsága három mérföldtől akár 25 mérföldig is terjedhet. A földkéreg alatt található a földköpeny. A földköpeny körülbelül 1860 mérföld vastag, és a föld térfogatának 83%-át teszi ki. Magmából, azaz olvadt kőzetből áll. Amikor a felszínre kerül, lávának nevezik. Minél közelebb kerülünk a Föld középpontjához, annál forróbb – és a hőáramlatok állandó mozgásban tartják.
A zóna, ahol a kéreg és a köpeny találkozik, viharos, magas hőmérsékletű és nagy nyomású. Több lemez alkotja a földkérget, és a folyékony köpenyen úszik. Ahogy egymásba ütköznek, egyesek hegyekké emelkednek, míg mások lenyomódnak.
A magma is folyamatos mozgásban van. Nyomása és mozgása folyamatosan kopást és töréseket hoz létre a kéreg alján. A kőzetek ekkor kiszakadnak a földkéregből, és a folyékony magma magával ragadja őket. A kőzetek megolvadnak, megváltoztatva a magma kémiai összetételét. Míg a kisebb részecskék sorsa az, hogy a még kialakuló drágakövek zárványai legyenek.
A drágakövek a föld mélyén alakulnak ki, ahol a földkéreg alsó felszíne az erős törések miatt számos üreget tartalmaz. Az üregeken és töréseken keresztül folyadékok távoznak. Ez az ideális feltétel a kristályok növekedéséhez. Lényegében egy vegyi anyagokban gazdag leves, amely minden szükséges hozzávalót biztosít. Az üregek tökéletes helyet biztosítanak a növekedéshez, a nyomás és a hőmérséklet pedig magas. A kéregben mozgó folyadék hatására a kéreg eléggé lehűl ahhoz, hogy a kristályosodás bekövetkezzen – már csak időre van szükség.
Geológiailag nézve – az időnek elegendőnek kell lennie. Mivel azonban ez a környezet rendkívül viharos, és a járatok folyamatosan nyílnak és omlanak össze. A kristályok gyakran elkezdenek kialakulni, de amikor a folyosó összeomlik, a folyadékáramlás elzáródik. Ekkor a növekedés leáll.
Ha és amikor a járat újra megnyílik, a növekedés újraindul. Ez az on/off növekedés általában nem kimutatható a kristályokban, bár más esetekben az egymást követő fejlődési rétegek eltérő kémiai összetételűek. Ez színbeli zónásodást eredményez.
Az ásványok kristályosodási sorrendje
A lehűlés során a topázkristályok a kvarc előtt alakulnak ki, mert a kristályosodás egyik alapelve az, hogy a hőmérséklet csökkenésével a megtartható szilárd összetevők mennyisége csökken. Bár a földkéregben lévő összetevők egy kicsivel összetettebbek, mint a fent leírt cukoroldat. A különböző ásványok ugyanabból az oldatból kristályosodnak ki, de különböző hőmérsékleten. Először a korundot láthatjuk, majd a topáz és a kvarc következik, ahogy az oldat folytatja a hűtési folyamatot.
Míg a nyomásnak nincs hatása a kőzetcukorra- az ásványok kristályosodásához a hőmérséklet és a nyomás megfelelő kombinációja szükséges.
A kristályosodáshoz emellett még két másik feltétel is szükséges – a tér és az idő. Lényegében a megfelelő összetevő-kombinációnak, nyomásnak és hőnek elég hosszú ideig kell tartania ahhoz, hogy az ásványok kikristályosodjanak. Ezen kívül helyiségre van szükségük a növekedéshez.