Земля может выращивать драгоценные камни за считанные минуты

Кристаллы могут вырасти до ярда в день в некоторых охлаждающих магмах

Аквамарин, изумруд, гранат, циркон и топаз — это лишь некоторые из кристаллических минералов, встречающихся в основном в пегматитах , жильных образованиях, которые обычно содержат как крупные кристаллы, так и труднодоступные элементы, такие как тантал и ниобий. Еще одна распространенная находка — литий, жизненно важный компонент аккумуляторов электромобилей.

«Это один шаг к пониманию того, как Земля концентрирует литий в определенных местах и ​​минералах», — сказал аспирант Райс Патрик Фелпс , соавтор исследования, опубликованного в Интернете в Nature Communications . «Если мы сможем понять основы скорости роста пегматита, это будет один шаг в направлении понимания всей картины того, как и где они образуются».

Пегматиты образуются, когда поднимающаяся магма остывает внутри Земли, и они содержат одни из самых больших кристаллов Земли. Например, рудник Этта в Южной Дакоте содержит кристаллы богатого литием сподумена размером с полень, в том числе один длиной 42 фута и весом около 37 тонн. Исследование, проведенное Фелпсом, Син-Ти Ли из Райса и геологом из Южной Калифорнии Дугласом Мортоном, пытается ответить на вопрос, который долгое время беспокоил минералогов: как такие большие кристаллы могут быть в пегматитах?

«В магматических минералах размер кристаллов традиционно связан со временем остывания», — сказал Ли, профессор геологии Гарри Карозерса Визса из Райса и заведующий кафедрой наук о Земле, окружающей среде и планетах Райса. «Идея состоит в том, что для роста больших кристаллов требуется время».

Магма, которая быстро остывает, как скала в извергнутой лаве, содержит, например, микроскопические кристаллы. Но та же самая магма, если остывать в течение десятков тысяч лет, может содержать кристаллы сантиметрового размера, сказал Ли.

Потребовалось более трех лет, поездка на место для сбора образцов кристаллов из пегматитового рудника в Южной Калифорнии, сотни лабораторных измерений для точного картирования химического состава образцов и глубокое погружение в некоторые документы по материаловедению 50-летней давности, чтобы создать математическую модель, которая могла бы преобразовывать химические профили в скорости роста кристаллов.

Пегматиты образуются там, где части земной коры опускаются и перерабатываются в расплавленной мантии планеты. Любая вода, попавшая в корку, становится частью расплава, и по мере того, как тала поднимается и охлаждается, она дает начало многим видам минералов. Каждый из них образуется и выпадает в осадок из расплава при определенной температуре и давлении. Но вода остается, составляя все более высокий процент остывающего расплава.

Чтобы определить, насколько быстро кристаллы образца росли, Фелпс использовал как катодолюминесцентную микроскопию, так и лазерную абляцию с масс-спектрометрией, чтобы измерить точное количество микроэлементов, которые были включены в кристаллическую матрицу в десятках точек во время роста. На основе экспериментальной работы, проведенной учеными-материаловедами в середине 20-го века, Фелпс смог расшифровать скорость роста по этим профилям.

 

aobe.ru | Актуальные новости России и мира