Er zijn vijf vereisten voor de vorming van kristallen: ingrediënten en temperatuur, druk, tijd en ruimte. Laten we, om de basisprincipes van minerale kristallisatie beter uit te leggen, het even hebben over suikergoed. Kandij is gewoon gekristalliseerde suiker.
Als je zoveel mogelijk suiker in een bodempje water roert, zul je zien dat het zich op de bodem van de pot begint af te zetten. Wanneer er geen suiker meer kan oplossen, heb je het verzadigingspunt bereikt. Het water kan geen suiker meer opnemen, dit wordt superverzadigd genoemd.
Nu breng je de pot aan de kook- het verzadigingsniveau verandert bij het kookpunt. U kunt meer suiker toevoegen, u moet dat doen tot u super-verzadiging bereikt. In dit stadium moet u de pan van het vuur halen. Als het water terug op kamertemperatuur komt, keert de suiker die het kan vasthouden terug naar zijn vorige niveau. De overtollige suiker komt uit zijn oplossing en kristalliseert als het dat doet.
Dit is een geweldige manier om te begrijpen hoe edelstenen ontstaan.
Gemstone Formation Process
In het algemeen zijn er 4 manieren waarop edelstenen kunnen ontstaan. Deze zijn
- Igneous- Deze mineralen ontstaan diep in de aarde (Diamant, Robijn, Saffier, Peridot)
- Hydrothermal- Vergelijkbaar met het voorbeeld van de rocksnoepjes, edelstenen worden gevormd wanneer lichamen van mineraalrijk water afkoelen
- Metamorphic- Zoals de naam al doet vermoeden, zijn dit edelstenen die door intense hitte en druk zijn ‘omgevormd’. (Saffier, Robijn, Spinel, Granaat)
- Sedimentaire edelstenen – edelstenen die ontstaan doordat water sedimenten afzet (Malachiet, Azuriet, Opaal)
Igneuze edelstenen gevormd in de aardmantel
Weliswaar is onze kennis van de aardmantel beperkt, maar er zijn aanwijzingen dat sommige edelstenen zich in de aardmantel vormen. Daarvoor zijn extreem hoge temperaturen nodig.
De meest opmerkelijke voorbeelden van edelstenen die zich in de aardmantel vormen, zijn misschien wel peridot en diamant. Geologen bestudeerden de peridotafzettingen in Arizon en geloven dat deze zijn ontstaan op rotsen die in de aardmantel dreven, tot 55 mijl onder het aardoppervlak. Zij werden door een explosieve uitbarsting dichter bij de oppervlakte gebracht, waarbij erosie en verwering hen dicht genoeg bij de oppervlakte duwden om ontdekt te worden.
Het begrip van diamanten is echter verbeterd. Diamanten kristalliseren in het magma net onder de korst. Deze formaties hebben echter een andere chemische samenstelling. Geologen denken dat het van 110 mijl tot 150 mijl onder het aardoppervlak komt. Op deze diepte is het magma ongelooflijk vloeibaar en zijn de temperaturen zeer hoog.
Dit magma kan zich veel sneller en veel heviger een weg door de korst banen dan andere vulkaanuitbarstingen. Tijdens het uitbarstingsproces breekt het magma rotsen af, lost ze op en voert ze vervolgens naar de oppervlakte.
Als het magma langzaam zou opstijgen, zouden de diamanten het waarschijnlijk niet overleven. De druk en de veranderende temperaturen zouden ertoe leiden dat de diamanten zouden verdampen, of eventueel herkristalliseren tot grafiet. Maar door de snelheid waarmee het magma opstijgt, hebben de diamanten geen tijd om te transformeren of te verdampen, en blijven ze dus diamanten.
Bij dramatische en ruwe veranderingen in de korst worden kristallen vaak gebroken. Wanneer de groeiomstandigheden aanwezig zijn, sijpelt materiaal in de breuken en kristalliseert. Dit heelt de breuken door ze te verzegelen. Ze genezen echter niet volledig, de fijne holten blijven bestaan en ze worden gezien als vingerafdrukken.
Hoe komen ze aan de oppervlakte als edelstenen eenmaal gevormd zijn? Omdat ze zich zo ver onder de oppervlakte vormen, is het een wonder dat ze gedolven kunnen worden. Ze worden naar de oppervlakte gebracht tijdens vulkaanuitbarstingen, maar de meeste bereiken de oppervlakte door erosie en bergbouw.
Hydrothermische edelsteencreatie
Dit proces lijkt het meest op het hierboven gegeven gesteentesnoep. Superverzadigd water met veel verschillende mineralen wordt in holten en spleten in de aarde geduwd. Als deze oplossing begint af te koelen, beginnen de verschillende mineralen te kristalliseren.
De belangrijkste hydrothermale vondsten zijn in Columbia. Met name de Muzo Emerald mijn. Deze hydrothermale afzettingen zijn rijk aan chroom, dat de smaragden uit de regio hun ongelooflijke kleur geeft.
De afbeelding hieronder toont een hydrothermale mineraalader. Deze ader ontstaat wanneer de wateroplossing afkoelt in de spleet van het omringende gesteente.
Metamorfe edelsteencreatie
De meeste edelstenen worden gevormd door metamorfisme. Dit is wanneer mineralen onder grote druk en hitte worden samengedrukt, meestal door tektonische platen die onder elkaar bewegen. De mineralen worden samengedrukt en metamorfoseren tot verschillende mineralen, soms zonder te smelten.
Sedimentaire edelsteencreatie
Sedimentaire edelsteencreatie vindt plaats wanneer water zich mengt met mineralen aan het aardoppervlak. Het mineraalrijke water sijpelt naar beneden tussen de scheuren en holten in de aarde en zet lagen mineralen af. Zo worden mineralen als Opaal, Malachiet en Azuriet gevormd. Opaal wordt gevormd wanneer het water zich mengt met kiezelaarde. Als de silica oplossing bezinkt, stapelen microscopische bolletjes silica zich op elkaar en vormen Opaal.
Mineral Crystallisation
De aardkorst kan overal tussen de 3 en 25 mijl dik zijn. Onder de korst bevindt zich de aardmantel. De mantel is ongeveer 1.860 mijl dik en maakt 83% van het aardoppervlak uit. Hij bestaat uit magma, dat is gesmolten gesteente. Wanneer het aan de oppervlakte komt, wordt het lava genoemd. Het is het heetst dichter bij het middelpunt van de aarde – en de warmtestromen houden het voortdurend in beweging.
De zone waar de korst en de mantel elkaar ontmoeten is tumultueus, met hoge temperaturen en hoge drukken. Verscheidene platen vormen de aardkorst en drijven op de vloeibare aardmantel. Terwijl zij tegen elkaar botsen, worden sommige opgeheven tot bergen, terwijl andere naar beneden worden geduwd.
Mantel is ook voortdurend in beweging. Zijn druk en beweging veroorzaken voortdurend slijtage en breuken in de bodem van de korst. Rotsen breken dan los van de aardkorst en worden meegevoerd door het vloeibare magma. De rotsen smelten, waardoor de chemie van het magma verandert. Terwijl de kleinere deeltjes bestemd zijn om insluitsels te worden in edelstenen die nog moeten worden gevormd.
Gemstones vormen zich diep in de aarde, waarbij het onderoppervlak van de korst talrijke holten bevat als gevolg van zware breuken. Vloeistoffen ontsnappen door de holten en breuken. Dit is de ideale toestand voor kristalgroei. Het is in wezen een soep rijk aan chemicaliën, die alle nodige ingrediënten levert. De holtes bieden de perfecte ruimte om te groeien, en de druk en temperatuur zijn hoog. De vloeistof die door de korst beweegt, zorgt voor voldoende afkoeling voor de kristallisatie- alles wat nu nodig is, is tijd.
Geologisch gesproken- zou de tijd die het heeft, voldoende moeten zijn. Maar omdat deze omgeving zeer onstuimig is en de gangen voortdurend opengaan en instorten. De kristallen zullen zich vaak beginnen te vormen, maar wanneer de doorgang instort, wordt de vloeistofstroom afgesloten. Op dit punt stopt de groei.
Als en wanneer de doorgang weer opengaat, wordt de groei hervat. Deze aan/uit-groei is in het algemeen niet waarneembaar in kristallen, hoewel in andere gevallen de opeenvolgende ontwikkelingslagen een verschillende chemische samenstelling hebben. Dit resulteert in kleurzonering.
Kristallisatievolgorde van mineralen
Topazkristallen vormen zich vóór kwarts in het afkoelingsproces, omdat een principe van kristallisatie is dat als de temperatuur daalt de vaste bestanddelen die het kan vasthouden, dalen. De ingrediënten in de aardkorst zijn echter een beetje complexer dan de hierboven beschreven suikeroplossing. Verschillende mineralen kristalliseren uit dezelfde oplossing, maar bij verschillende temperaturen. U kunt korund eerst zien, gevolgd door topaas en kwarts als de oplossing verder afkoelt.
Terwijl druk geen invloed heeft op suikergoed, is de juiste combinatie van temperatuur en druk nodig om mineralen te laten kristalliseren.