Ci sono cinque requisiti per la formazione dei cristalli: ingredienti e temperatura, pressione, tempo e spazio. Per spiegare meglio le basi della cristallizzazione dei minerali, parliamo di caramelle di roccia per un secondo. Il rock candy è semplicemente zucchero cristallizzato.
Se si mescola quanto più zucchero possibile in un fondo d’acqua, si vedrà che comincia a depositarsi sul fondo della pentola. Quando non c’è più zucchero da sciogliere, si è raggiunto il punto di saturazione. L’acqua non può assorbire più zucchero, questo è conosciuto come super-saturo.
Ora porta la pentola ad ebollizione – il livello di saturazione cambia al punto di ebollizione. Si può aggiungere altro zucchero, si dovrebbe fare così fino a raggiungere la supersaturazione. A questo punto, si dovrebbe togliere la pentola dal fuoco. Quando l’acqua ritorna alla temperatura ambiente, lo zucchero che può contenere ritorna al suo livello precedente. Lo zucchero in eccesso esce dalla sua soluzione e si cristallizza.
Ora, appendi una corda nella soluzione in modo che i cristalli abbiano qualcosa su cui crescere. Una volta che l’acqua si è completamente raffreddata, la corda sarà coperta di cristalli.
Questo è un ottimo modo per capire come si formano le pietre preziose.
Processo di formazione delle pietre preziose
In generale ci sono 4 modi in cui le pietre preziose possono formarsi. Sono
- Ignee- Questi minerali sono creati nelle profondità della terra (Diamanti, Rubino, Zaffiro, Peridoto)
- Idrotermali- Simile all’esempio delle caramelle di roccia, le gemme si formano quando corpi di acqua ricca di minerali si raffreddano
- Metamorfiche- Come il nome suggerisce, queste sono gemme che sono ‘mortificate’ a causa di calore e pressione intensi. (Zaffiro, Rubino, Spinello, Granato)
- Sedimentarie- Gemme che si formano a causa dell’acqua che deposita sedimenti (Malachite, Azurite, Opale)
Pietre ignee formate nel mantello terrestre
Mentre la nostra conoscenza del mantello terrestre è limitata, ci sono prove che alcune gemme si formano nel mantello. Ciò richiede temperature estremamente elevate.
Perhaps gli esempi più notevoli di gemme che si formano nel mantello terrestre sono il peridoto e il diamante. I geologi hanno studiato i depositi di peridoto dell’Arizona e credono che siano stati creati su rocce che galleggiavano nel mantello terrestre, fino a 55 miglia sotto la superficie. Sono stati avvicinati alla superficie da un’eruzione esplosiva, con l’erosione e gli agenti atmosferici che li hanno spinti abbastanza vicino alla superficie per essere scoperti.
C’è però una migliore comprensione dei diamanti. I diamanti si cristallizzano nel magma appena sotto la crosta. Tuttavia, queste formazioni hanno una composizione chimica diversa. I geologi credono che provenga da 110 miglia a 150 miglia sotto la superficie terrestre. Il magma è incredibilmente fluido a questa profondità, e le temperature molto alte.
Questo magma può farsi strada attraverso la crosta molto più velocemente e molto più violentemente di altre eruzioni vulcaniche. Durante il processo di eruzione, il magma rompe e dissolve le rocce e poi le porta in superficie.
Se il magma salisse lentamente i diamanti probabilmente non sopravviverebbero. La pressione e le temperature mutevoli porterebbero i diamanti a vaporizzarsi, o forse a ricristallizzarsi come grafite. Tuttavia, a causa della velocità con cui il magma sale, i diamanti non hanno il tempo di trasformarsi o vaporizzarsi, rimanendo così come diamanti.
Quando ci sono cambiamenti drammatici e grossolani nella crosta i cristalli sono spesso rotti. Quando le condizioni di crescita sono presenti, il materiale penetra nelle fratture e cristallizza. Questo guarisce le fratture sigillandole insieme. Non guariscono completamente, però, le sottili cavità rimangono e sono viste come impronte digitali.
Come fanno a salire in superficie una volta formate le gemme? Poiché si formano così tanto sotto la superficie, è un miracolo che possano essere estratte. Vengono portate in superficie durante le eruzioni vulcaniche, ma la maggior parte raggiunge la superficie attraverso l’erosione e la costruzione di montagne.
Creazione idrotermale di pietre preziose
Questo processo è il più simile alla caramella di roccia data sopra. L’acqua super saturata con molti minerali diversi viene spinta verso l’alto nelle cavità e nelle fessure della terra. Quando questa soluzione comincia a raffreddarsi i diversi minerali cominciano a cristallizzarsi.
Le scoperte idrotermali più importanti sono in Colombia. In particolare la miniera Muzo Emerald. Questi depositi idrotermali sono ricchi di cromo che dà agli smeraldi della regione il loro incredibile colore.
L’immagine qui sotto mostra una vena minerale idrotermale. Questa vena si crea quando la soluzione d’acqua si raffredda all’interno della fessura della roccia circostante.
Creazione di gemme metamorfiche
La maggior parte delle gemme si forma per metamorfismo. Questo avviene quando i minerali sono forzati insieme sotto una grande pressione e calore, di solito dalle placche tettoniche che si muovono l’una sotto l’altra. I minerali sono forzati insieme e si trasformano in minerali diversi, a volte senza fondersi.
Creazione di gemme sedimentarie
La creazione di gemme sedimentarie avviene quando l’acqua si mescola con minerali sulla superficie della terra. L’acqua ricca di minerali si infiltra tra le fessure e le cavità della terra e deposita strati di minerali, ed è così che si formano minerali come l’opale, la malachite e l’azzurrite. L’opale si forma quando l’acqua si mescola con la silice. Quando la soluzione di silice si deposita, microscopiche sfere di silice si impilano l’una sull’altra formando l’Opale.
Cristallizzazione dei minerali
La crosta terrestre può avere uno spessore da tre miglia a 25 miglia. Sotto la crosta c’è il mantello terrestre. Il mantello è spesso circa 1.860 miglia e costituisce l’83% del volume della terra. È composto da magma, che è una roccia fusa. Quando raggiunge la superficie, si chiama lava. È più caldo quando ci si avvicina al centro della terra e le correnti di calore lo mantengono in costante movimento.
La zona dove la crosta e il mantello si incontrano è tumultuosa, con alte temperature e alte pressioni. Diverse placche formano la crosta terrestre e galleggiano sul mantello liquido. Mentre si scontrano, alcune si sollevano in montagne, mentre altre vengono spinte verso il basso.
Anche il mantello è in continuo movimento. La sua pressione e il suo movimento creano continuamente usura e fratture sul fondo della crosta. Le rocce quindi si liberano dalla crosta terrestre, essendo trasportate dal magma fluido. Le rocce si fondono, alterando la chimica del magma. Mentre le particelle più piccole sono destinate a diventare inclusioni in gemme ancora da formare.
Le gemme si formano in profondità nella terra, con la superficie inferiore della sua crosta contenente numerose cavità dovute a pesanti fratture. I fluidi fuoriescono attraverso le cavità e le fratture. Questa è la condizione ideale per la crescita dei cristalli. È essenzialmente un brodo ricco di sostanze chimiche, che fornisce tutti gli ingredienti necessari. Le cavità forniscono lo spazio perfetto per crescere, e la pressione e la temperatura sono elevate. Il fluido che si muove attraverso la crosta la fa raffreddare abbastanza da permettere la cristallizzazione – tutto ciò che serve ora è il tempo.
Geologicamente parlando, il tempo che ha dovrebbe essere sufficiente. Tuttavia, poiché questo ambiente è altamente tumultuoso e i passaggi si aprono e collassano continuamente. I cristalli inizieranno spesso a formarsi, ma quando il passaggio collassa il flusso di fluido viene chiuso. È a questo punto che la crescita si ferma.
Se e quando il passaggio si riapre la crescita riprende. Questa crescita on/off è generalmente impercettibile nei cristalli, anche se in altri casi gli strati successivi di sviluppo hanno una composizione chimica diversa. Questo risulta in una zonazione di colore.
Ordine di cristallizzazione dei minerali
I cristalli di topazio si formano prima del quarzo nel processo di raffreddamento, perché un principio della cristallizzazione è che quando la temperatura scende gli ingredienti solidi che può contenere si abbassano. Tuttavia, gli ingredienti nella crosta terrestre sono un po’ più complessi della soluzione di zucchero descritta sopra. Diversi minerali cristallizzano dalla stessa soluzione, ma a temperature diverse. Si può vedere prima il corindone, seguito dal topazio e dal quarzo quando la soluzione continua il processo di raffreddamento.
Mentre la pressione non ha effetto sulla caramella di roccia, la corretta combinazione di temperatura e pressione è necessaria per la cristallizzazione dei minerali.
Inoltre, ci sono altre due condizioni necessarie per la cristallizzazione: lo spazio e il tempo. Essenzialmente, la corretta combinazione di ingredienti, pressione e calore deve durare abbastanza a lungo perché i minerali cristallizzino. Inoltre, hanno bisogno di spazio per crescere.