Deep beneath the geysers and hot springs of Yellowstone Caldera
lies a magma chamber produced by a hot spot in the earth’s mantle.
As the magma moves towards the Earth’s surface,
it crystallizes to form young, hot igneous rocks.
The heat from these rocks drives groundwater towards the surface.
As the water cools, ions precipitate out as mineral crystals,
including quartz crystals from silicon and oxygen,
feldspar from potassium, aluminum, silicon, and oxygen,
galena from lead and sulfur.
Many of these crystals have signature shapes—
take this cascade of pointed quartz, or this pile of galena cubes.
But what causes them to grow into these shapes again and again?
Part of the answer lies in their atoms.
Every crystal’s atoms are arranged in a highly organized, repeating pattern.
This pattern is the defining feature of a crystal,
and isn’t restricted to minerals—
sand, ice, sugar, chocolate, ceramics, metals, DNA,
and even some liquids have crystalline structures.
Each crystalline material’s atomic arrangement
falls into one of six different families:
cubic, tetragonal, orthorhombic, monoclinic, triclinic, and hexagonal.
Given the appropriate conditions,
crystals will grow into geometric shapes
that reflect the arrangement of their atoms.
Take galena, which has a cubic structure composed of lead and sulfur atoms.
The relatively large lead atoms
are arranged in a three-dimensional grid 90 degrees from one another,
while the relatively small sulfur atoms fit neatly between them.
As the crystal grows, locations like these attract sulfur atoms,
while lead will tend to bond to these places.
Eventually, they will complete the grid of bonded atoms.
This means the 90 degree grid pattern of galena’s crystalline structure
is reflected in the visible shape of the crystal.
Quartz, meanwhile, has a hexagonal crystalline structure.
This means that on one plane its atoms are arranged in hexagons.
In three dimensions, these hexagons are composed of many interlocking pyramids
made up of one silicon atom and four oxygen atoms.
So the signature shape of a quartz crystal
is a six-sided column with pointed tips.
Depending on environmental conditions,
most crystals have the potential to form multiple geometric shapes.
For example, diamonds, which form deep in the Earth’s mantle,
have a cubic crystalline structure and can grow into either cubes or octahedrons.
Which shape a particular diamond grows into
depends on the conditions where it grows,
including pressure, temperature, and chemical environment.
While we can’t directly observe growth conditions in the mantle,
laboratory experiments have shown some evidence
that diamonds tend to grow into cubes at lower temperatures
and octahedrons at higher temperatures.
Trace amounts of water, silicon, germanium, or magnesium
might also influence a diamond’s shape.
And diamonds never naturally grow into the shapes found in jewelry—
those diamonds have been cut to showcase sparkle and clarity.
Environmental conditions can also influence whether crystals form at all.
Glass is made of melted quartz sand,
but it isn’t crystalline.
That’s because glass cools relatively quickly,
and the atoms do not have time to arrange themselves
into the ordered structure of a quartz crystal.
Instead, the random arrangement of the atoms in the melted glass
is locked in upon cooling.
Many crystals don’t form geometric shapes
because they grow in extremely close quarters with other crystals.
Rocks like granite are full of crystals,
but none have recognizable shapes.
As magma cools and solidifies,
many minerals within it crystallize at the same time and quickly run out of space.
And certain crystals, like turquoise,
don’t grow into any discernible geometric shape in most environmental conditions,
even given adequate space.
Every crystal’s atomic structure has unique properties,
and while these properties may not have any bearing on human emotional needs,
they do have powerful applications in materials science and medicine.
عميقًا تحت الفوارات الحارة والينابيع الساخنة في كاليدرا يلوستون
تتوضع حجرةً صهارية تنتج عن نقطة ساخنة في وشاح الأرض.
أثناء تحرك الصهارة باتجاه سطح الأرض،
تتبلور مشكلةً صخورًا بركانية جديدة ساخنة.
الحرارة المنبعثة من هذه الصخور تقود المياه الجوفية إلى السطح.
عندما تبرد المياه، تترسب الأيونات مشكلةً بلورات معدنية،
بما فيها بلورات الكوارتز المكونة من السيليكون والأكسجين،
الفلسبار المكون من البوتاسيوم، والألمنيوم، والسيليكون، والأكسجين،
الجالينا المكون من الرصاص والكبريت.
العديد من هذه البلورات لديها أشكال تميزها-
كهذه السلسلة من الكوارتز المدبّب، أو هذه الكومة من مكعبات الجالينا.
لكن ما الذي يدفعهم للنمو بهذه الأشكال مرةً بعد الأخرى؟
جزء من الإجابة يكمن في ذراتهم.
كل ذرات البلورات تترتب بنمطٍ منتظم جدًا ومتكرر.
هذا النمط هو الخاصية المميزة للبلّورة،
ولا يقتصر فقط على المعادن-
الرمل، الجليد، السكر، الشوكولا، السيراميك، الفلزات، الحمض النووي،
وحتى بعض السوائل تمتلك بنىً بلورية.
كل ترتيب ذري للمواد البلورية
ينتمي إلى واحدة من ستة أنواع مختلفة:
مكعب، رباعي، معيني قائم، أحادي الميل، ثلاثي الميل، وسداسي.
بوجود الظروف المناسبة،
ستنمو البلورات في أشكال هندسية
تعكس ترتيب ذراتها.
الجالينا على سبيل المثال، التي لديها بنية مكعب مكونة من ذرات الرصاص والكبريت.
ذرات الرصاص الكبيرة نسبيًا
مرتبة في شبكة ثلاثية الأبعاد على بُعد 90 درجة من بعضها الآخر،
بينما تتوضع ذرات الكبريت الصغيرة نسبيًا بينها بشكل مناسب.
وبنمو البلّورة، تجذب مواقع كهذه ذرات الكبريت،
بينما يميل الرصاص للارتباط بهذه الأماكن.
وفي النهاية، سيُكملون شبكة الذرات المترابطة.
هذا يعني أن نمط شبكة الـ 90 درجة لبنية الجالينا البلورية
ينعكس في الشكل الظاهر للبلّورة.
الكوارتز، من ناحيةٍ أخرى، يمتلك بنيةً بلورية سداسية.
هذا يعني أنه على سطح مستوٍ تترتب ذراته بأشكال سداسية.
بالأبعاد الثلاثية، هذه الأشكال السداسية تتألف من العديد من الأهرامات المتداخلة
المكونة من ذرة سيليكون وأربع ذرات أكسجين.
إذًا الشكل المميز لبلورة الكوارتز
هو عمودٌ بستة جوانب مع نهاياتٍ مدبّبة.
تبعًا للظروف البيئية،
معظم البلورات لديها إمكانية لتتخذ أشكالًا هندسية متعددة.
على سبيل المثال، الماس، الذي يتشكل عميقًا داخل وشاح الأرض،
يمتلك بنية بلورية مكعبة الشكل ويمكنه أن ينمو إما بشكل مكعبات أو ثمانيات الأوجه.
إن الشكل الذي تغدو إليه ألماسةً ما
يتوقف على الظروف التي تنمو بها،
بما فيها الضغط، الحرارة، والبيئة الكيميائية.
في حين لا يمكننا أن نراقب ظروف النمو في الوشاح،
أظهرت التجارب المخبرية بعض الأدلة
أن الماس يميل للنمو بشكل مكعبات في درجات حرارة منخفضة
وبشكل ثماني أوجه في درجات حرارة مرتفعة.
كميات ضئيلة من الماء، السيليكون، الجيرمانيوم، أو المغنيزيوم
يمكنها أن تؤثر في شكل الماس أيضًا.
والماس لا ينمو طبيعيًا بالأشكال التي نجدها في المجوهرات أبدًا-
هذه الألماسات تم صقلها لتظهر اللمعان والصفاء.
يمكن للظروف البيئية أن تؤثر أيضًا في ما إذا كانت البلورات ستتشكل أصلًا.
يُصنع الزجاج من رمل الكوارتز المذاب،
لكنه غير بلوري.
هذا لأن الزجاج يبرد بشكل سريع نسبيًا،
فلا تجد الذرات الوقت لترتّب نفسها
في شكل البنية المحددة لبلّورة الكوارتز.
بدلًا من ذلك، الترتيب العشوائي للذرات في الزجاج المذاب
يتثبت بعد التبريد.
العديد من البلورات لا تشكل أشكالًا هندسية
لأنها تنمو بمسافات قريبة جدًا من البلورات الأخرى.
الصخور كالجرانيت مليئة بالبلورات،
ولكن ليس لأي منها أشكالًا محددة.
بينما تبرد الصهارة وتتصلب،
تتبلور فيها العديد من المعادن في الوقت نفسه وتختفي المساحات الفارغة سريعًا.
وبعض البلورات، كالفيروز،
تنمو بشكل هندسي غير قابل للتمييز في معظم الظروف البيئية،
حتى مع توفر المساحة الكافية.
كل بنية ذرية لبلورة ما لها خصائصها المميزة،
وبينما ليس هنالك أي تأثير لهذه الخصائص على احتياجات الإنسان العاطفية،
فإن لها تطبيقات قوية في علم المواد والطب.
Дълбоко под гейзерите и горещите извори на Йелоустоунската калдера
лежи магмена камера, произведена от гореща точка в мантията на Земята.
Докато магмата се движи към повърхността на Земята,
тя се кристализира и образува млади, горещи магмени скали.
Топлината от тези скали тласка подземните води към повърхността.
С охлаждането на водата, йоните се утаяват
под формата на минерални кристали,
включително кварцови кристали от силиций и кислород;
фелдшпат от калий, алуминий, силиций и кислород;
галенит от олово и сяра.
Много от тези кристали имат харакетерна форма -
като тази каскада от остър кварц, или тази купчина кубчета галенит.
Но какво ги кара да се развият в тези форми отново и отново?
Част от отговора се крие в техните атоми.
Атомите на всеки кристал са подредени в силно организиран, повтарящ се модел.
Този модел определя характеристиката на кристал,
и не се отнася само за минерали -
пясък, лед, захар, шоколад, керамика, метали, ДНК,
и дори някои течности имат кристални структури.
Нареждането на атомите на всяка кристална структура
попада в един от шест различни рода:
кубичен, тетрагонален, орторомбичен, моноклинен, триклинен и хексагонален.
При наличност на подходящите условия,
кристалите се развиват в геометрични форми,
които отразяват нареждането на техните атоми.
Например галенита,
който има кубична структура съставена от оловни и серни атоми.
Относително големите оловни атоми
са подредени в триизмерна решетка на 90 градуса един от друг,
докато относително малките серни атоми се нареждат удобно помежду им.
С растежа на кристала, места като тези привличат серни атоми,
докато оловото има тенденцията да се свързва с тези места.
Накрая те ще запълнят решетката от свързани атоми.
Това означава, че 90-градусовия модел на кристалната структура на галенита
се отразява във видимата форма на кристала.
Кварцът, междувременно, има хексагонална кристална структура.
Това означава, че на една равнина
атомите му са подредени в шестоъгълници.
В три измерения тези шестоъгълници са съставени от множество преплетени пирамиди
съставени от един силициев атом и четири кислородни атома.
Така че формата на кварцовия кристал
е шестстранна колона със заострени върхове.
В зависимост от условията на околната среда,
повечето кристали имат потенциала да образуват множество геометрични фигури.
Например, диамантите, които се образуват дълбоко в мантията на Земята,
имат кубична кристална структура и се развиват в кубчета или октаедри.
В коя точно форма израства диаманта
зависи от условията, в които расте,
включително налягане, температура, и химическата среда.
Въпреки, че не можем да следим директно условията за разтеж в мантията
някои лабораторни експерименти показват доказателства,
че диамантите са склонни да растат като кубове при по-ниски температури
и октаедри при по-високи температури.
Следи от вода, силиций, германий или магнезий
също може да въздействат върху формата на диаманта.
И диамантите никога не растат естествено във фигурите намерени в бижутата—
тези диаманти са били изрязани, за да покажат блясък и чистота.
Околната среда също може да повлияе дали кристалите изобщо се образуват.
Стъклото е направено от разтопен кварцов пясък,
но не е кристално.
Това е защото стъклото се охлажда сравнително бързо
и атомите нямат време да се подредят
в подредената структура на кварцов кристал.
Вместо това, случайното подреждане на атомите в стопеното стъкло
се заключва при охлаждане.
Много кристали не образуват геометрични форми,
защото растат в изключително близки среди с други кристали.
Камъните като гранит са пълни с кристали,
но нямат разпознаваеми форми.
Доакто магмата се охлажда и втвърдява,
много минерали се кристализират по едно и също време и бързо запълват мястото.
И някои кристали, като тюркоаз,
не се развиват в определена геометрична форма в повечето природни условия,
дори при дадено достатъчно пространство.
Атомната структура на всеки кристал има уникални свойства,
и докато тези свойства може да нямат връзка с човешките емоционални нужди,
те имат мощни приложения в материалознанието и медицината.
لەژێر كانى ئاوى گەرم و كانييە گەرمەكانى لە كالدێرا يەلۆستۆن
پێكهاتەى ژوورى مەگما لە ئەنجامى خاڵێكى گەرمى شللەى زەوى درستدەبێت.
كاتێك ماگما بەرەو ڕووى زەوى دەڕوات،
بەردە گەرمە تازەكان دروست دەبن.
ئەو گەرماييەى بەهۆى بەردەكەوە بڵاوبويتەوە ئاوى ژێر زەوى بەرەو ڕووى زەوى دەبات.
كاتێك ئاو ساردە، ئەو جۆرە ئايۆنە كانزايانەى لە كانەكەدان،
لەگەڵ كريستاڵى كوارتز لە سليكۆن و ئۆكسجين پێكهاتووە،
فلێدسپار لە پۆتاسيۆم و ئەلەمنيۆم و سليكۆن و ئەكسجين پێكهاتووە،
گالينا لە قوڕقووشم و گۆگرد دروست بووە.
زۆرێك لەم كريستاڵانە شێوەى نايابى خۆيان هەيە --
ئەمە زنجيرەيەك لە كوارتزى ئاماژە پێكردووە، يان ئەو كۆمەڵە شەشپاڵوەى گالينا.
بەڵام چى وايان لێدەكات دووبارە و دووبارە لەو فۆڕمانەدا گەشە بكەن؟
بەشێك لە وەڵامەكان لە گەرديلەى خۆيان دايە.
هەموو گەرديلە كريستاڵەكان بەشێوازێكى ڕێك و پێك و دووبارە، پەيڕەوى دەكەن.
ئەم شێوەيە تايبەتمەندى كريستاڵێكە،
و تەنها دەربارەى كانزاكان نييە --
لم و سەهۆڵ و شەكر و چوكلێت و سيڕاميك و كانزاكان و DNA
تەنانەت هەندێك شلە پێكهاتەى كريستاڵيشيان هەيە.
هەر ڕێكخستنێكى گەرديلەيى لە ماددەى كريستاڵى
سەر بەيەكێك لەم شەش جۆرە جياوازەيە:
شەشپاڵۆ، چوارگۆشەيى، لەبزينەيى، يەكلارى، سێلارى، شەش ڕوو.
لەگەڵ پێدانى مەرجە ڕاستەكان،
كريستاڵەكان بەشێوەى ئەندازەيى گەشە دەكەن
بە ڕەنگدانەوەى ڕێكخستنى گەرديلەكانيان.
بۆ نموونە گالينا، پێكهاتە شەشپاڵوەكەى لە قوڕقووشم و گۆگرد دروستكراوە.
گەرديلەكانى تاڕادەيەك گەورەن
ڕێكدەخرێ لە تۆڕى ٣ دوورى بە ٩٠ پلە،
لە كاتێكدا گەرديلەى گۆگرد بەشێوەيەكى گونجاو لەنێوانياندا هەيە.
لەگەڵ گەورەبوونى كريستاڵدا، چەند جێگەيەكى وەك گەرديلەكانى گۆگرد ڕادەكێشێت،
لەكاتێكدا قوڕقۆشم پەيوەندى لەگەڵ ئەو شوێنانە هەيە.
لە كۆتايدا، تۆڕى گەرديلەيى پێكەوە بىستراو تەواو دەكەن.
ئەمە واتە شێوازى تۆڕى ٩٠ پلەيى لە پێكهاتەى كريستاڵى گالينا
لە شێوەى ديار و ئاشكراى كريستاڵدا ڕەنگ دەداتەوە.
كوارتز، لەلايەكى ترەوە پێكهاتەى كريستاڵى شەشلايى هەيە.
ئەمەش بەو مانايە دێت كە لەسەر ڕوويەكى تەخت، گەرديلەكانى لەشێوەى شەشلايى دان.
لە سێ ڕەهەنددا، ئەم شێوە شەشلايانە لە چەندين هەڕەمى بەسەريەك دروست كراوون.
لە گەرديلەيەكى سليكۆن و چوار گەرديلەى ئۆكسجين دروستكراوە.
كەواتە شێوەى ديارى كريستاڵى كوارتز
ستوونێكى شەش لايى لەگەڵ كۆتايەكى نووك.
بەپێى بارودۆخى ژينگەيى،
زۆربەى كريستاڵەكان توانايان هەيە چەند شێوەيەكى ئەندازەيى وەربگرن.
بۆ نموونە ئەڵماس، كە لە قوڵايى شلەى زەوي دروست دەبێت،
چثكهاتەى كريستاڵى شێوە سێجاى هەيە و دەتوانێت گەشە بكات بۆ شەشپاڵو يان هەشت لا.
شێوەى ئەڵماس
پشت بەو بارودۆخە دەبەستێت كە تێيدا گەشە دەكات،
لەوانە فشار و گەرما و ژينگەى كيميايى.
لەكاتێكدا ناتوانين چاودێرى بارودۆخى گەشەى ناوەوەى زەوى بكەين،
پشكنينى تاقيگەكان چەند بەڵگەيەكى دەرخستوە
ئەڵماسەكان دەبن بە شەشپاڵو لە پلەى گەرمى نزم
و هەشت لە پلەى گەرمى بەرز.
شوێنپێى بڕى ئاو، سليكۆن، جێرمانيۆم يان مەگنيسيۆم
دەتوانن كاريگەرى لە شێوەى ئەڵماس بكەن.
ئەڵماس هەرگيز بە سروشتى گەشە ناكات لەو شێوەى كە لە خشڵدا دەيدۆزيتەوە --
ئەم ئەڵماسانە پوختە كراوە بۆ نيشاندانى درەشانەوە و جوانى.
زۆربەى كريستاڵەكان شێوەى ئەندازەى پێكناهێنن.
شوشو لە لمى كوارتزى تواوە دروستكراوە،
بەڵام ئەوە كريستاڵى نييە.
لەبەر ئەوە شوشەكە بەخێرايى سارد دەبێتەوە،
گەرديلەكان كاتيان نيە بۆ جياكردنەوەى خۆيان،
و لە شێوەى پێكهاتەى دياريكراوى كريستاڵى كوارتز.
بەڵكو ڕێكخستنى هەڕەمەكى گەرديلەكان لە شووشەى تواوەدا
چاك دەبێتەوە دواى سادبوونەوە.
زۆربەى كريستاڵەكان شێوەى كريستاڵى پێكناهێنن
لەنزيك كريستاڵى تر گەشە دەكەن.
بەرد، وەك گرانايت پڕە لە كريستاڵ،
بەڵام هيچ كام لەوانە فۆڕمێكى دياريكراويان نييە.
لە كاتێكدا ماگما سارد دەبێت و ڕەق دەبێت،
زۆر لە كانزايەكان دەبنە كريستاڵ و بۆشاى بەتاڵ بەخێرايى نامێنێت,
و هەندێك كريستاڵ، وەك فەيرۆز،
لە زۆربەى دۆخە ژينگەيەكان جيا ناكرێتەوە،
تەنانەت لەگەڵ بۆشايى پێويست.
هەر گەرديلەيەكى كريستاڵى تايبەتمەندى خۆى هەيە،
لەكاتێكدا ئەم تايبەتمەنديانە هيچ كاريگەري لەسەر پێويستيە سۆزداريەكانى مرۆڤ نييە،
لە زانستى ماددە و پزيشكيدا بەرنامەى بەهێزى هەيە.
En la profundidad bajo los géiseres y aguas termales de Yellowstone Caldera hay
una cámara de magma producida por un punto caliente en el manto de la Tierra.
A medida que el magma se mueve hacia la superficie de la Tierra,
cristaliza para formar rocas ígneas jóvenes y calientes.
El calor de estas rocas conduce el agua subterránea hacia la superficie.
A medida que el agua se enfría, los iones se precipitan como cristales minerales,
incluyendo cristales de cuarzo de silicio y oxígeno,
feldespato de potasio, aluminio, silicio y oxígeno,
galena de plomo y azufre.
Muchos de estos cristales tienen formas distintivas:
mira esta cascada de cuarzo puntiagudo o esta pila de cubos de galena.
Pero ¿qué hace que crezcan con estas formas una y otra vez?
Parte de la respuesta está en sus átomos.
Los átomos de cada cristal se disponen en un patrón repetitivo muy organizado.
Este patrón es la característica definitoria de un cristal,
y no está restringido a minerales;
arena, hielo, azúcar, chocolate, cerámica, metales, ADN
e incluso algunos líquidos tienen estructuras cristalinas.
La disposición atómica de cada material cristalino
cae en una de seis familias diferentes:
cúbico, tetragonal, ortorrómbico, monoclínico, triclínico y hexagonal.
Dadas las condiciones adecuadas,
los cristales crecerán en formas geométricas
que reflejan la disposición de sus átomos.
Mira la galena con estructura cúbica compuesta de átomos de plomo y azufre.
Los átomos de plomo relativamente grandes
están dispuestos en una rejilla tridimensional a 90 grados entre sí y
los átomos de azufre relativamente chicos encajan perfectamente entre ellos.
A medida que el cristal crece, lugares como estos atraen átomos de azufre,
mientras que el plomo tenderá a unirse a estos lugares.
Finalmente, completarán la cuadrícula de átomos unidos.
Eso significa que el patrón de rejilla de 90 º de la estructura cristalina
de galena, se refleja en la forma visible del cristal.
El cuarzo, por su parte, tiene una estructura cristalina hexagonal.
Esto significa que en un plano sus átomos están dispuestos en hexágonos,
que en tres dimensiones se componen de muchas pirámides entrelazadas
compuestas por un átomo de silicio y cuatro átomos de oxígeno.
Así que la forma distintiva de un cristal de cuarzo
es una columna de seis lados con puntas puntiagudas.
En función de las condiciones ambientales, la mayoría de los cristales
tienen el potencial de formar múltiples formas geométricas.
Por ejemplo, los diamantes, que se forman profundamente en el manto de la Tierra,
tienen una estructura cristalina cúbica y pueden crecer en cubos u octaedros.
De qué forma crece un diamante en particular
depende de las condiciones en que crezca,
incluyendo presión, temperatura y ambiente químico.
No podemos observar directamente las condiciones de crecimiento en el manto,
pero los experimentos de laboratorio han mostrado alguna evidencia
de que los diamantes tienden a crecer en cubos a temperaturas más bajas
y en octaedros a temperaturas más altas.
Rastros de agua, silicio, germanio o magnesio,
también podrían influir en la forma de un diamante.
Y los diamantes nunca se convierten de forma natural
en las formas que se encuentran en las joyas.
Esos diamantes han sido cortados para mostrar su brillo y claridad.
Las condiciones ambientales
también pueden influir en la formación o no de cristales.
El vidrio está hecho de arena de cuarzo fundido,
pero no es cristalino.
Eso es porque el vidrio se enfría relativamente rápido,
y los átomos no tienen tiempo para ajustarse
en la estructura ordenada de un cristal de cuarzo.
Por el contrario, la disposición aleatoria de los átomos en el vidrio fundido
se consolida al enfriarse.
Muchos cristales no crean formas geométricas
porque crecen en cuartos muy cercanos a otros cristales.
Rocas como el granito están llenas de cristales,
pero ninguna tiene formas reconocibles.
Al enfriarse el magma se solidifica, muchos minerales dentro de él
cristalizan al mismo tiempo y rápidamente se quedan sin espacio.
Y ciertos cristales, como la turquesa, no crecen
en ninguna forma geométrica discernible en la mayoría de las condiciones ambientales,
incluso teniendo espacio adecuado.
La estructura atómica de cada cristal tiene propiedades únicas,
y si bien estas propiedades pueden no tener
ningún efecto en las necesidades emocionales humanas,
sí que tienen aplicaciones poderosas en ciencia de materiales y medicina.
در اعماق آبشارها و چشمههای آب گرم « یلوستون کالدرا »
یک محفظه ماگما قرار دارد که توسط نقطهای داغ در گوشته زمین ایجاد شده است.
با حرکت ماگما به سمت سطح زمین،
آن را متبلور میکند تا سنگهای آذرین جوان و داغ تشکیل شود.
گرمای حاصل از این سنگها باعث میشود تا آب زیرزمینی به سمت سطح حرکت کند.
با خنک شدن آب، یونها به شکل بلورهای معدنی رسوب میکنند،
از جمله بلورهای کوارتز از سیلیسیم و اکسیژن،
فلدسپات از پتاسیم، آلومینیوم، سیلیسیم و اکسیژن،
گالن از سرب و گوگرد، تشکیل میشود.
بسیاری از این بلورها اشکال منحصر به فرد دارند -
برای مثال این آبشار کوارتز، یا این مکعبهای شمعی گالن.
اما چه چیزی باعث میشود که آنها دوباره و دوباره به این شکلها تبدیل شوند؟
بخشی از پاسخ در اتمهای آنها نهفته است.
اتمهای هر بلور به شکلی کاملاً منظم و تکراری مرتب شده اند.
این الگو، مشخصه بلور است،
و به مواد معدنی محدود نمیشود
شن، یخ، شکر، شکلات، سرامیک، فلزات، DNA،
و حتی برخی از مایعات دارای ساختار بلوری هستند.
ترتیب اتمی هر ماده بلوری
در یکی از شش خانواده مختلف قرار میگیرد:
مکعبی، تتراگونال، اورتورمبیک، مونوکلینیک، تریکلینیک و هگزاگونال است.
با توجه به شرایط مناسب،
بلورها به اشکال هندسی تبدیل میشوند
که نشان دهنده ترتیب اتمهای آنها است.
گالن را در نظر بگیرید که ساختار مکعبی دارد که از اتمهای سرب و گوگرد تشکیل شده است.
اتمهای سرب نسبتاً بزرگ
در یک شبکه سه بعدی ۹۰ درجه از یکدیگر چیده شدهاند،
در حالی که اتمهای نسبتاً کوچک گوگرد کاملاً بین آنها است.
با رشد کریستال، مکانهایی مانند اینها اتمهای گوگرد را جذب میکنند ،
در حالی که سرب به این مکانها میپیوندد.
سرانجام، آنها شبکه اتمهای بهم پیوسته را تکمیل میکنند.
این به معنای الگوی شبکه ۹۰ درجه از ساختار بلوری گالن است
که نمود آن، در شکل قابل مشاهده بلور مشخص است.
در همین حال کوارتز، ساختار بلوری شش گوشه دارد.
این بدان معنی است که در یک صفحه، اتمهای آن به صورت شش ضلعی مرتب شده اند.
در سه بعد، این شش گوشها از بسیاری از اهرام در هم تنیده
از یک اتم سیلیسیم و چهار اتم اکسیژن تشکیل شده است.
بنابراین شکل مشخصه یک بلور کوارتز
ستون شش ضلعی با نقاط برجسته است.
بسته به شرایط محیطی،
اکثر کریستالها پتانسیل تشکیل اشکال هندسی متعدد را دارند.
به عنوان مثال ، الماس ها، که در قسمت عمیق گوشته زمین هستند،
یک ساختار کریستالی مکعبی دارند و میتوانند به مکعب یا اکتاهدرون تبدیل شوند.
اینکه الماس به کدام شکل خاص خود رشد کند،
بستگی به شرایطی دارد که در آن رشد می کند،
از جمله فشار، دما و محیط شیمیایی.
در حالی که ما نمیتوانیم مستقیما شرایط رشد را در قسمت گوشته مشاهده کنیم،
آزمونهای آزمایشگاهی شواهدی را نشان داده است
که الماسها در دماهای پایینتر به مکعب
و اکتاهدرونها در دماهای بالاتر تبدیل میشوند
مقدار بسیار کمی آب، سیلیسیم، ژرمانیم یا منیزیم
نیز ممکن است شکل الماس را تحت تأثیر قرار دهد.
و الماسها به طور طبیعی، هرگز به شکلی که در جواهرات موجود است رشد نمیکنند -
این الماسها برای نشان دادن درخشش و وضوح بریده شده است.
شرایط محیطی نیز می تواند در شکل گیری بلورها تأثیر بگذارد.
شیشه از شن کوارتز ذوب شده، تشکیل شده است
اما بلوری نیست.
به این دلیل که شیشه نسبتاً سریع خنک میشود،
و اتمها فرصتی برای مرتب شدن
به ساختار منظم از بلور کوارتز را، پیدا نمیکنند.
در عوض، در شیشه ذوب شده، در هنگام خنک شدن
اتمها ترتیب تصادفی دارند.
بسیاری از بلورها اشکال هندسی تشکیل نمیدهند
زیرا بسیار نزدیک به کوارتز با سایر بلورها رشد میکنند.
صخرههایی مانند گرانیت پر از کریستال هستند،
اما هیچ کدام اشکال قابل تشخیصی ندارند.
هنگامی که ماگما خنک و جامد میشود،
بسیاری از مواد معدنی موجود در آن، هم زمان متبلور میشوند و فضا به سرعت تمام میشود.
و برخی بلورها، مانند فیروزه،
در اکثر شرایط محیطی به هیچ شکل هندسی قابل تشخیصی تبدیل نمیشوند،
حتی اگز فضای کافی به آنها داده شود.
ساختار اتمی هر بلور دارای خواص بی نظیری است،
و در حالی که این خصوصیات ممکن است هیچ تأثیری در نیازهای عاطفی انسان نداشته باشند
کاربردهای موثری در علم مواد و پزشکی دارند.
Profondément sous les geysers et les sources d'eau chaude
de la Caldera de Yellowstone
se trouve une chambre magmatique
générée par un point chaud dans le manteau terrestre.
Alors que le magma se déplace vers la surface de la Terre,
il se cristallise pour former des roches ignées, jeunes et chaudes.
La chaleur de ces roches amène l'eau souterraine à la surface.
Pendant que l'eau se refroidit, les ions se précipitent en cristaux,
dont des cristaux de quartz, du silicone et d'oxygène,
de feldspath, du potassium, de l'aluminium, du silicone et d'oxygène,
de galène, du plomb et du sulfure.
Beaucoup de cristaux ont leur propre forme.
Prenons cette grappe de quartz pointé, ou cet amas de cubes de galène.
Pourquoi se forment-ils toujours de la même façon ?
Une partie de la réponse réside dans leurs atomes.
Tous les atomes sont structurés de manière organisée et répétitive.
Cette structure est la caractéristique essentielle d'un cristal,
et ne se limite pas qu'aux minéraux -
sable, glace, sucre, chocolat, céramique, métaux, ADN,
et même quelques liquides possèdent des structures cristallines.
Chaque arrangement atomique d'un matériau cristallin
se classe dans un des six groupes suivants :
cubique, tétragonal, orthorhombique, monoclinique, triclinique et hexagonal.
Avec des conditions appropriées,
les cristaux grandiront en une forme géométrique
qui reflète l'arrangement de leurs atomes.
La galène a une structure cubique composée d'atomes de sulfure et de plomb.
Les atomes de plomb, plutôt volumineux,
sont arrangés en une grille tridimensionnelle formée d'angles droits,
alors que les atomes de sulfures, plus petits, se glissent entre eux.
En grandissant, ces emplacements attirent les atomes de sulfure,
alors que le plomb essaiera de combler ces espaces.
Finalement, ils complèteront la maille d'atomes.
Ça signifie que la structure cristalline aux angles droits de la galène
se voit dans la forme finale du cristal.
Le quartz, lui, à une structure cristalline hexagonale.
Sur un plan, ses atomes sont arrangés en hexagones.
En trois dimensions, ces hexagones sont composés de pyramides emboîtées
constituées d'un atome de silicone et quatre atomes d'oxygène.
La forme caractéristique d'un cristal de quartz
est donc une colonne à six faces à bouts pointus.
Suivant les conditions environnementales,
beaucoup de cristaux peuvent avoir de multiples formes géométriques.
Par exemple, les diamants, qui se forment en profondeur dans le manteau terrestre,
ont une structure cristalline cubique et peuvent grandir en cubes ou en octaèdres.
La forme que les diamants prennent
dépend des conditions où ils se trouvent,
dont la pression, la température et l'environnement chimique.
Alors qu'on ne peut directement observer ces conditions dans le manteau,
des expériences en laboratoire ont prouvé
que les diamants ont tendance à grandir en cubes à basse température
et en octaèdres à haute température.
Des quantités limitées d'eau, de silicone, de germanium ou de magnésium
pourraient aussi influencer la forme d'un diamant.
Les diamants n'ont pas naturellement la forme qu'on peut trouver en bijouterie-
ces diamants ont été polis pour arborer brillance et clarté.
Les conditions environnementales peuvent aussi influencer
la formation de cristaux.
Le verre est fait de sable de quartz fondu
mais n'est pas cristallin.
C'est parce qu'il refroidit relativement vite,
et les atomes n'ont pas le temps de s'arranger entre eux
pour former la structure ordonnée d'un cristal de quartz.
L'arrangement aléatoire des atomes dans le verre fondu
est bloqué au moment du refroidissement.
Beaucoup de cristaux ne forment pas de formes géométriques
car ils grandissent dans la promiscuité.
Les pierres comme le granite sont pleines de cristaux,
mais aucun n'a une forme qui lui est propre.
Lorsque le magma refroidit et se solidifie,
beaucoup de minéraux se cristallisent en même temps et manquent d'espace.
Et certains cristaux, comme la turquoise,
grandissent de manière très aléatoire dans des conditions adéquates,
même avec un espace suffisant.
Chaque structure atomique d'un cristal a des propriétés uniques,
alors qu'elles n'ont aucune répercussion sur les besoins émotionnels de l'homme,
elles ont des applications extraordinaires en science des matériaux et en médecine.
עמוק מתחת לגייזרים והמעיינות החמים של אגן ילוסטון
נמצא תא מגמה שנוצר על ידי נקודה חמה במעטפת כדור הארץ.
כשהמגמה נעה כלפי פני כדור הארץ,
היא מתגבשת ליצור סלע יסוד צעיר וחם.
החום מהסלעים האלה מניע מי תהום לפני השטח.
כשהמים מתקררים, יונים מצטברים כשכבה של גבישים מינרליים,
כולל גבישי קווארץ מצורן וחמצן,
פצלת מאשלגן, אלומיניום, צורן וחמצן,
גלנה מעופרת וגופרית.
להרבה מהגבישים האלה יש צורות יחודיות --
קחו לדוגמה את המפל של הקווארץ המחודד, או קוביות הגלנה.
אבל מה גורם להם לגדול בצורות האלו שוב ושוב?
חלק מהתשובה נמצא באטומים שלהם.
כל האטומים בגביש מסודרים בתבנית חוזרת ומאוד מסודרת.
התבנית הזו היא התכונה המגדירה של הגביש,
והיא לא מוגבלת למינרלים --
לחול, קרח, סוכר, שוקולד, קרמיקה, מתכות, DNA,
ואפילו כמה נוזלים יש מבנה גבישי.
כל סידור אטומי של מבנה גבישי
נופל לאחת משש משפחות שונות:
קוביתי, טטרגונלי, אורטוהומבי, מונוקליני, טריקליני ומשושה.
בהינתן תנאים מתאימים,
גבישים גדלים לצורות גאומטריות
שמשקפות את הסידור של האטומים שלהם.
קחו גלנה, שיש לה מבנה קובייתי שמורכב מאטומים של עופרת וגופרית.
האטומים הגדולים יחסית של העופרת
מסודרים בגריד תלת מימדי של 90 מעלות אחד מהשני,
בעוד אטומי הגופרית הקטנים יחסית מתאימים יפה ביניהם.
כשהגביש גדל, מיקומים כאלה מושכים אטומי גפרית,
בעוד העופרת נוטה להקשר למקומות כאלה.
לבסוף, הם ישלימו את הגריד של אטומים קשורים.
זה אומר שתבנית הגריד של 90 מעלות של מבנה גביש הגלנה
משתקפת בצורה הנראית של הגביש.
לקווארץ, בינתיים, יש מבנה גבישי משושה.
זה אומר שבמישור אחד האטומים שלו מסודרים במשושים.
בשלושה מימדים, המשושים האלה מורכבים מהרבה פירמידות תלת מימדיות קשורות
שעשויות מאטום צורן אחד וארבעה אטומי חמצן.
אז הצורה הידועה של גביש הקווארץ
היא עמוד בעל שש צלעות עם קצוות מחודדים.
בהתאם לתנאי הסביבה,
לרוב הגבישים יש פוטנציאל ליצור צורות גאומטריות מרובות.
לדוגמה, ליהלומים, שנוצרים עמוק בתוך מעטפת כדור הארץ,
יש מבנה גבישים קובייתי והם יכולים לגדול או לקוביות או לאוקטהדרונים.
הצורה אליה יהלום גדל
תלויה בתנאים בהם הוא גדל,
כולל לחץ, טמפרטורה, וסביבה כימית.
בעוד אנחנו לא יכולים לצפות ישירות בתנאי גדילה במעטפת,
ניסויים במעבדה הראו כמה עדויות
שיהלומים נוטים לגדול לקוביות בטמפרטורות נמוכות יותר
ואוקטהדרונים בטמפרטורטות גבוהות יותר.
כמויות זעירות של מים, צורן, גרמניום או מגנזיום
יכולים גם להשפיע על הצורה של היהלום.
ויהלומים לעולם לא גדלים באופן טבעי לצורות שנמצאות בתכשיטים --
היהלומים האלה נחתכו כדי להראות את הברק והשקיפות.
תנאים סביבתיים יכולים גם להשפיע אם גבישים נוצרים בכלל.
זכוכית נוצרת מחול קווארץ מותך,
אבל היא לא גבישית.
זה בגלל שזכוכית מתקררת יחסית מהר,
ולאטומים אין זמן לארגן את עצמם
למבנים מסודרים של גבישי קווארץ.
במקום, הסידור האקראי של האטומים בזכוכית המותכת
ננעל עם ההתקררות.
גבישים רבים לא יוצרים צורות גאומטריות
בגלל שהם גדלים קרוב מאד לגבישים אחרים.
סלעים כמו גרניט מלאים בגבישים,
אבל אף אחד לא בצורתו המוכרת.
כשמאגמה מתקררת ומתקשה,
הרבה מינרלים בתוכה מתגבשים באותו זמן ומהר מאוד נגמר להם המקום.
וגבישים מסויימים, כמו טורקיז,
לא גדלים לצורות גאומטריות מוגדרות ברוב התנאים הסביבתיים,
אפילו אם נותנים להם מספיק מקום.
לכל מבנה אטומי של גביש יש תכונות יחודיות,
ובעוד לתכונות האלו אולי אין השפעה על הצרכים הנפשיים של אנשים,
יש להם שימושים חזקים במדעי החומר והרפואה.
Mélyen, a Yellowstone kaldera gejzírei és termálvízforrásai alatt
egy, a Föld köpenyében kialakult magmakamra fekszik.
Ahogy a magma megindul a felszín felé,
kristályosodni kezd, s így fiatal, forró vulkáni kőzetek jönnek létre.
Az ezen kőzetekből felszabaduló hő a felszín felé tereli a talajvizet.
A víz hűlésével az ionok ásványkristályok formájában kicsapódnak,
például szilícium- és oxigénionokból a kvarckristály,
kálium-, alumínium, szilícium- és oxigénionokból a földpát,
valamint ólom- és kénionokból a galenit.
Sok kristálynak egyedi a formája,
mint ez a halom csúcsos kvarckristály vagy mint ez a kupac galenitkristály.
De mitől nőnek a kristályok újra és újra ezekbe a formákba?
A válasz részben az atomjaikban keresendő.
A kristályok atomjai rendezett, ismétlődő mintát alkotnak.
Ez a minta meghatározó tulajdonsága a kristályoknak,
ám ez nem csak az ásványokra jellemző:
homok, jég, cukor, csokoládé, kerámia, fémek, DNS
és még egyes folyadékok is rendelkeznek kristályszerkezettel.
Minden kristályos anyag atomjainak elrendezése
a hat osztály egyikébe sorolható:
szabályos, tetragonális, rombos, monoklin, triklin és hexagonális.
Megfelelő körülmények között
a kristályok geometrikus formákban nőnek,
amik atomjaik elrendeződését tükrözik.
Például a galenit ólom- és kénatomjai szabályos rendszerben helyezkednek el.
A viszonylag nagy ólomatomok három dimenzióban,
egymáshoz képest 90 fokba rendeződnek,
míg a viszonylag kicsi kénatomok épp közéjük illenek.
Ahogy a kristály nő, ezek a helyek vonzzák a kénatomokat,
míg az ólomatomok ide alakítanak ki kötéseket.
Idővel az egymáshoz kötődő atomok rácsot alkotnak.
Tehát a galenit 90 fokos kristályrácsmintája
megmutatkozik a kristály látható formájában is.
Ezzel szemben a kvarc hexagonális rendszerben kristályosodik.
Ez annyit tesz, hogy egy síkban az atomjai hexagonális formába rendeződnek.
Három dimenzióban ezek a hexagonok számos egymáshoz kapcsolódó,
egy szilícium- és négy oxigénatom alkotta piramisból állnak.
Így a kvarckristály tipikus formája
a hatoldalú, csúcsos oszlop.
A környezeti feltételektől függően
a legtöbb kristály többféle geometriai formát is ölthet.
Például a gyémántok, amelyek mélyen a Föld köpenyében képződnek,
szabályos rendszerben kristályosodnak, s kocka vagy oktaéder formát öltenek.
Hogy egy gyémánt végül milyen alakúra nő,
az az őt körülvevő közeg körülményeitől függ,
beleértve a nyomást, a hőmérsékletet és a közeg vegyi összetételét.
Ugyan a köpenyben nem tudjuk e növekedést közvetlenül megfigyelni,
laboratóriumban végzett kísérletek arra utalnak,
hogy a gyémántok hajlamosak alacsonyabb hőmérsékleten kocka formájúra,
míg magasabb hőmérsékleten oktaéder formájúra nőni.
Nyomelemnyi mennyiségű víz, szilícium, germánium vagy magnézium
szintén hatással lehet a kialakuló gyémánt formájára.
És a gyémántok soha nem nőnek az ékszerekben található formákra.
Azokat a gyémántokat megcsiszolták, hogy kiemeljék a ragyogást és tisztaságot.
Környezeti tényezők azt is befolyásolják, hogy egyáltalán létrejönnek-e kristályok.
Az üveg olvasztott kvarchomokból készül,
mégsem kristályos anyag.
Ennek az üveg viszonylag gyors lehűlése az oka,
mert az atomoknak nincs elég idejük pozícióikat felvenni
a kvarc kristályrendszerében.
Ehelyett az olvadt üvegben az atomok véletlenszerű pozíciója
válik véglegessé a lehűlés során.
Sok kristály nem alkot geometriai formákat,
mert túl közel növekszik más kristályokhoz.
Vannak kőzetek, mint a gránit, amik tele vannak kristályokkal,
mégsem rendelkeznek felismerhető formákkal.
Ahogy a magma hűl és megszilárdul,
sok ásvány kristályosodik ki egyidejűleg, s kifogynak a rendelkezésre álló helyből.
Egyes kristályok, mint a türkiz pedig
a legtöbb környezeti feltétel meglétekor sem nő felismerhető geometriai formákba,
még akkor sem, ha a kellő tér rendelkezésre áll.
A kristályok atomszerkezete egyedi tulajdonságokkal bír.
Ezen tulajdonságok ugyan nincsenek hatással az emberi érzelmekre,
de alkalmazásuk komoly jelentőséggel bír az anyag- és orvostudomány területén.
Jauh di bawah geyser dan mata air panas di Kaldera Yellowstone
terdapat ruang magma yang diproduksi oleh titik panas di mantel bumi.
Saat magma bergerak menuju permukaan Bumi,
magma tersebut mengkristal membentuk batuan beku muda dan panas.
Panas dari bebatuan ini mendorong air tanah menuju permukaan.
Saat air mendingin, ion-ion mengendap menjadi kristal mineral,
termasuk kristal kuarsa yang terbentuk dari silikon dan oksigen,
feldspar dari kalium, aluminium, silikon, dan oksigen,
galena dari timbal dan belerang.
Banyak dari kristal ini memiliki bentuk yang khas,
misalnya kaskade kuarsa runcing ini, atau tumpukan kubus galena ini.
Tetapi, apa yang mengatur pola pertumbuhan kristal tersebut?
Sebagian dari penyebabnya adalah atom mereka.
Setiap atom kristal disusun dalam pola yang terorganisasi dan berulang.
Pola inilah yang menentukan bentuk kristal,
dan tidak hanya kristal mineral.
Pasir, es, gula, cokelat, keramik, logam, DNA,
dan bahkan beberapa cairan, memiliki struktur kristal.
Susunan atom penyusun kristal
dikategorikan dalam enam kelompok:
kubik, tetragonal, ortorombik, monoklinik, triklinik, dan heksagonal.
Dalam kondisi yang sesuai,
kristal akan tumbuh menjadi bentuk geometris
yang mencerminkan pengaturan atom mereka.
Misalnya, galena memiliki struktur kubik yang terdiri dari atom timbal dan sulfur.
Atom timbal yang relatif besar
tersusun dalam kisi tiga dimensi berjarak 90 derajat satu sama lain,
sementara atom belerang yang relatif kecil berada di antaranya.
Saat kristal tumbuh, posisi seperti ini menarik atom belerang,
sementara timbal akan cenderung terikat ke tempat-tempat ini.
Akhirnya, mereka akan melengkapi kisi atom yang saling terikat.
Artinya, pola kisi 90 derajat dari struktur kristal galena
tercermin dalam bentuk kristal yang tampak oleh mata.
Sementara itu, Kuarsa memiliki struktur kristal heksagonal.
Ini berarti bahwa pada satu bidang,
atom-atomnya tersusun dalam bentuk segi enam.
Dalam bentuk 3D, heksagon ini tersusun atas banyak piramida yang saling bertautan
yang terdiri dari satu atom silikon dan empat atom oksigen.
Jadi, bentuk khas dari kristal kuarsa
adalah kolom enam sisi dengan ujung yang runcing.
Tergantung pada kondisi lingkungan,
kebanyakan kristal memiliki potensi untuk membangun beberapa bentuk geometris.
Misalnya, berlian, yang terbentuk jauh di dalam mantel Bumi,
memiliki struktur kristal kubik
dan dapat tumbuh menjadi kubus atau oktahedral.
Berlian tumbuh menjadi bentuk tertentu
tergantung pada kondisi di mana ia tumbuh,
yang mencakup tekanan, suhu, dan lingkungan kimia.
Meskipun kita tidak dapat secara langsung mengamati kondisi dalam mantel,
percobaan laboratorium telah menunjukkan beberapa bukti
bahwa berlian cenderung tumbuh menjadi kubus pada suhu yang lebih rendah
dan menjadi oktahedral pada suhu yang lebih tinggi.
Kehadiran sedikit air, silikon, germanium, atau magnesium
bisa juga memengaruhi bentuk berlian.
Berlian tidak pernah tumbuh secara alami menjadi bentuk seperti pada perhiasan.
Berlian perhiasan telah dipotong untuk menampilkan kilau dan kejernihannya.
Kondisi lingkungan juga dapat memengaruhi apakah kristal dapat terbentuk atau tidak.
Kaca terbuat dari pasir kuarsa yang dilelehkan,
tetapi kaca bukanlah kristal.
Sebab, kaca mendingin relatif cepat,
sehingga atom-atomnya tidak punya waktu untuk mengatur diri mereka
ke dalam struktur teratur kristal kuarsa.
Alih-alih, susunan atom-atom yang acak pada gelas yang leleh
terkunci pada saat pendinginan.
Banyak kristal tidak membentuk bentuk geometris
karena mereka tumbuh di tempat yang sangat dekat dengan kristal lainnya.
Batuan seperti granit dipenuhi oleh kristal,
tetapi tidak satu pun memiliki bentuk tertentu.
Saat magma mendingin dan membeku,
banyak mineral di dalamnya mengkristal pada saat bersamaan dan kehabisan ruang.
Kristal tertentu, seperti pirus,
tidak tumbuh menjadi bentuk geometris di sebagian besar kondisi lingkungan,
walaupun diberi ruang yang memadai.
Setiap struktur atom kristal memiliki sifat unik,
dan meskipun sifat ini mungkin tidak berperan pada kebutuhan emosional manusia,
struktur kristal sangat berperan dalam ilmu material dan kedokteran.
Nelle profondità di geyser e sorgenti termali della caldera di Yellowstone
giace una camera magmatica prodotta da un punto caldo nel mantello terrestre.
Mentre il magma sale verso la superficie della Terra,
si cristallizza formando giovani e calde rocce ignee.
Il loro calore conduce le falde acquifere in superficie.
L'acqua poi si raffredda,
gli ioni precipitano e si formano cristalli minerali,
come cristalli di quarzo da silicio e ossigeno,
feldspato da potassio, alluminio, silicio e ossigeno,
galena da piombo e zolfo.
Molti di questi hanno forme che li contraddistinguono,
come questa cascata di quarzo appuntito, o questo ammasso di cubi di galena.
Ma che cosa contribuisce a far assumere loro sempre questa forma?
Parte della risposta sta negli atomi.
Gli atomi di ogni cristallo sono disposti in strutture ben organizzate e ripetute.
Tali strutture sono la caratteristica distintiva del cristallo,
e non si limitano ai minerali:
sabbia, ghiaccio, zucchero, cioccolato, ceramica, metalli, DNA
e perfino alcuni liquidi hanno strutture cristalline.
Ogni disposizione atomica di materiale cristallino
rientra in una di queste sei famiglie:
cubica, tetragonale, ortorombica, monoclina, triclina ed esagonale.
In condizioni adeguate,
i cristalli assumono forme geometriche
che riflettono la disposizione dei loro atomi.
La galena ha una struttura cubica fatta di atomi di piombo e zolfo.
Gli atomi di piombo, piuttosto grandi,
si sistemano in una griglia tridimensionale formando angoli retti,
mentre gli atomi di zolfo, piuttosto piccoli, si collocano in mezzo.
Crescendo, queste posizioni attraggono atomi di zolfo,
mentre il piombo tenderà a legarsi a quelle collocazioni.
Alla fine, la griglia di atomi uniti verrà completata.
Ciò significa che la struttura cristallina ad angoli retti della galena
si riflette nella forma visibile del cristallo.
Il quarzo, invece, ha una struttura cristallina esagonale.
Ciò significa che su un piano gli atomi si dispongono a esagoni.
A livello tridimensionale, gli esagoni sono composti da piramidi a incastro
costituite da un atomo di silicio e quattro atomi di ossigeno.
La forma peculiare del cristallo di quarzo
è una colonna a sei lati appuntita.
A seconda delle condizioni ambientali,
la maggior parte dei cristalli riesce a formare molteplici forme geometriche.
I diamanti, per esempio, che si formano nelle profondità del mantello terrestre,
hanno una struttura cristallina cubica e possono diventare o cubi o ottaedri.
La forma particolare assunta da ogni diamante
dipende dalle condizioni di dove cresce,
tra cui pressione, temperatura e ambiente chimico.
Pur non potendo osservare direttamente le condizioni di crescita nel mantello,
esperimenti di laboratorio hanno dimostrato
che i diamanti tendono a formare cubi a basse temperature
e ottaedri a temperature più alte.
Anche tracce di acqua, silicio, germanio o magnesio
potrebbero influire sulla forma del diamante.
E in natura i diamanti non assumono mai la forma in cui li troviamo nei gioielli,
vengono tagliati per sfoggiare brillantezza e chiarezza.
Le condizioni ambientali
possono anche determinare se i cristalli si formeranno o meno.
Il vetro è fatto di sabbia di quarzo sciolta,
ma non è cristallino.
Questo perché il vetro si raffredda in tempi piuttosto brevi,
e gli atomi non fanno in tempo a posizionarsi
nella struttura ordinata del cristallo di quarzo.
Anzi, la disposizione casuale degli atomi nel vetro fuso
viene bloccata nel raffreddamento.
Molti cristalli non assumono forme geometriche
perché crescono a strettissimo contatto con altri cristalli.
Rocce come il granito sono piene di cristalli,
ma nessuno di essi ha forme riconoscibili.
Mentre il magma si raffredda e si solidifica,
lo stesso fanno i minerali al suo interno, esaurendo ben presto lo spazio.
E alcuni cristalli, come la turchese,
non assumono forme riconoscibili in gran parte delle condizioni ambientali,
perfino avendo spazio adeguato.
Ogni struttura atomica del cristallo ha proprietà uniche,
e benché possano non aver alcun peso nei bisogni emotivi dell'uomo,
hanno straordinarie applicazioni nella scienza dei materiali e in medicina.
イエローストーン・カルデラの 間欠泉や温泉の地下深くには
マントル中のホットスポットにより作り出された マグマ溜まりがあります
マグマが地表に向かって 移動するとき
結晶化して 新しく熱い火成岩となります
岩石の熱で地下水が 地表の方に押し出され
水が冷えると イオンが沈殿して 結晶になります
珪素と酸素からなる石英
カリウム アルミニウム 珪素 酸素からなる長石
鉛と硫黄からなる方鉛鉱など
これらの結晶の多くは 特徴的な形を持っています
尖った針山のような石英や 立方体を積み重ねたような方鉛鉱
でも なぜ繰り返し このような形になるのでしょう？
その鍵は原子にあります
結晶の原子は整然と繰り返す パターンに並んでいます
このパターンこそ 結晶の決定的な特徴であり
これは鉱物に限りません
砂 氷 砂糖 チョコレート セラミックス 金属 DNA
さらには ある種の液体も 結晶構造を持ちます
結晶における 原子の並び方は
大きく６つに分けられます
立方晶系 正方晶系 直方晶系 単斜晶系 三斜晶系 六方晶系です
適切な環境下であれば
結晶は原子の配列に応じた
幾何学的な形へと成長します
方鉛鉱の場合 立方晶系の構造を持ち 鉛と硫黄から構成されています
比較的大きな鉛原子は
互いが90度の角度で接する ３次元格子状に並びます
比較的小さな硫黄原子は 鉛の隙間にうまく納まります
結晶が成長するにつれ これらの場所に硫黄原子が引き寄せられ
これらの場所に鉛原子が 結び付きます
そのようにして結合した原子が 格子を形作ります
90度の格子になった 方鉛鉱結晶の構造は
結晶の見た目の形にも 反映されています
一方で石英は六方晶系の 結晶構造を持っています
平面で見ると 六角形に並んでいます
立体的には この六角形はたくさんの 三角錐を敷き詰めてできたもので
各三角錐は１つの珪素原子と ４つの酸素原子からできています
石英に特徴的な形は
先端が尖った 六角柱です
環境条件に応じて
多くの結晶は複数の 幾何学的な形状を取り得ます
たとえばダイアモンドは マントルの奥深くで形成されますが
立方晶系の結晶構造を持ち 立方体か八面体へと成長します
どちらの形になるかは
圧力 温度 化学的な環境 といった
成長する際の条件に 依存します
マントル内の成長条件を 直接観察はできませんが
実験室で得られた結果では
低温では立方体に
高温では八面体になる 傾向があります
微量の水 珪素 ゲルマニウム マグネシウムの存在も
ダイアモンドの形に影響します
ダイアモンドが宝石店で見られるような形へと 自然に成長することはなく
あれは燦めきと透明度が出るよう 人為的にカットされたものです
環境条件によって結晶ができたり できなかったりもします
ガラスは溶かした珪砂から 作られますが
結晶にはなっていません
ガラスは比較的急速に 冷やされるため
石英の整然とした結晶構造へと 原子が整列する暇がなく
溶けたガラス中の 原子が乱雑に並んだ状態が
そのまま固定化されて しまうのです
多くの結晶は幾何学的な形を 形成しませんが
これは他の結晶と混在する中で 成長するためです
花崗岩のような岩石には 結晶がたくさん含まれますが
それと分かるような 形はしていません
マグマが冷えて固まるとき
様々な鉱物が同時に結晶化し 隙間がすぐに埋まってしまうのです
トルコ石のような結晶では
たとえ十分な空間があっても ほとんどの環境条件下で
それと分かるような 幾何学的形状には成長しません
それぞれの結晶の構造には 独特な性質があり
人間の感性に訴えるような ものではなくとも
材料科学や医学で 役立っているのです
옐로우스톤 칼데라의 간헐천과 온천들 아래 저 깊은 곳에
지구 멘틀의 뜨거운 곳에 의해 생긴 마그마의 공간이 자리잡고 있습니다.
마그마는 지구 표면을 향해 움직이며
결정화되어 어리고 뜨거운 화성암이 만들어집니다.
이 암석들한테 나는 열은 지하수가 표면을 향하도록 만듭니다.
물이 식으면, 이온들은 미네랄수정으로 만들어져 나옵니다,
실리콘과 산소가 합쳐져 석영이되고
칼륨, 알루미늄, 실리콘, 그리고 산소가 뭉쳐 장석이 되며,
납과 황으로부터 방연석이 만들어집니다.
이 수정들 중 대부분은 특징적인 모양을 가집니다—
이 뽀족한 석영 기둥들과 정육면체의 방연석 더미들을 보세요.
무엇 때문에 이 수정들은 계속 이런 모양으로 자라나는걸까요?
대답의 일부분은 그들의 구성 원자에 있습니다.
각 수정의 원자들은 굉장히 구조적이고, 반복된 패턴으로 배열을 합니다.
이 패턴이 바로 수정의 정의적 특징이며
무기질에만 국한되지는 않습니다—
모래, 얼음, 설탕, 초코렛, 세라믹, 금속, 유전자,
그리고 심지어 액체들도 이런 결정 구조를 가집니다.
각각의 수정같은 물질들의 원자 배열은
다음과 같이 여섯개의 군으로 나눌 수 있습니다.
정육면체, 사각형, 사방정계, 단사정계, 삼사정계, 육방정계.
적절한 환경조건이 주어지면,
수정들은 그들의 원자 배열을 반영해서 기하학적인 모양으로 자랄 겁니다.
방연석을 보면 정육면체 구조로 납과 황 원자들로 이루어져 있습니다.
상대적으로 큰 납 원자들은
서로 90도로 삼차원의 격자무늬로 배열되고
상대적으로 작은 황 원자들은 그들 사이에 딱 맞게 들어갑니다.
수정이 자라면서 비슷한 이런위치에 다른 황 원자들이 끌려오고
납원자들은 이런식으로 배열됩니다.
결국 결합한 원자들로 격자무늬가 완성됩니다.
방연석이가진 90도의 격자 패턴의 결정구조가
우리 눈에 보이는 수정의 모양으로 나타나는 것이지요.
이에 반해 석영은 육방정계의 결정 구조를 가집니다.
면으로 보면 원자들이 육각형으로 배열되어있다는 뜻이지요.
삼차원으로보면 이 육각형들은 수많은 피라미드로 맞물려있고
이 피라미드는 하나의 실리콘 원자와 네 개의 산소 원자들로 구성됩니다.
그래서 석영 수정의 독특한 모양은
뾰족한 부분을 가지는 여섯 면의 기둥으로 이루어집니다.
환경에 따라
대부분의 수정들은 여러가지의 기하학적 모양을 갖출 수 있습니다.
예를 들어 지구 멘틀 깊은 곳에서 만들어지는 다이아몬드는
정육면체의 결정 구조를 가지고 있으며
정육면체 혹은 팔면체의 형태로 자랄 수 있습니다.
다이아몬드가 어떤 형태를 취할지는
이것이 형성되는 환경에 따라 결정되는데
압력, 온도, 그리고 화학적 환경이 영향을 끼칩니다.
직접적으로 맨틀 내에서의 형성환경을 관찰할 수는 없지만
연구실 실험들을 통해서
다이아몬드가 저온에서는 정육면체 모양으로 자라고
고온에서는 팔면체로 자라는 경향이 파악되었습니다.
물, 실리콘, 게르마늄, 혹 마그네슘의 잔존량도
다이아몬드 모양에 영향을 끼칠 지도 모릅니다.
그리고 다이아몬드는 자연에서 보석의 형태로 자라지 않습니다.
우리가 아는 보석들은 빛나고 투명하도록 커팅이 된 것들입니다.
환경조건 또한 수정 모양에 상당한 영향을 끼칠 수 있습니다.
유리는 석영 모래를 녹여 만들지만
수정은 아니지요.
유리는 상대적으로 빨리 식기 때문에
원자들이 재배열될 시간이 부족하여
정해진 수정의 형태를 취할 수 없지요.
대신 녹은 유리 상태에서의 원자들의 무작위 배열이
식는 과정에서 고정되는 것입니다.
많은 수정들은 기하학적 모양을 만들어내지 않습니다.
다른 수정들과 너무 근접해있기 때문이지요.
화강암과 같은 암석들은 수정들로 가득하지만
눈에 띄는 형태를 찾아 볼 수는 없습니다.
마그마가 식고 단단해질 때,
수많은 미네랄들이 동시에 결정화되고 공간이 부족해지기 때문입니다.
그리고 터키석같은 어떤 수정들은
대부분의 환경에서 눈에 띄는 기하학적 형태를 취하지 않습니다.
충분한 공간이 있어도 마찬가지이지요.
모든 수정들은 원자 구조는 고유의 특징을 가지고
어떤 것들은 인간들에게 매력적으로 느껴지지 않을지라도
여전히 재료과학과 의약에 있어 유용하게 활용되고 있습니다.
Yellowstone Caldera ရှိ ရေပူစမ်းတွေရဲ့ အောက်ပိုင်း နက်ရှိုင်းတဲ့ နေရာမှာ
ကမ္ဘာ့ကြားလွှာထဲက ပူပြင်းတဲ့နေရာတွင် ကျောက်ရည်ပူတွေ ရှိနေပါတယ်။
ကျောက်ရည်ပူဟာ ကမ္ဘာမြေမျက်နှာပြင်ဆီသို့ ရွေ့လျားလာတာနဲ့
၎င်းဟာ မီးသင့်ကျောက်များအဖြစ် ပြောင်းလဲ သွားမယ့် ပုံဆောင်ခဲတွေကို ဖန်တီးပေးပါတယ်။
အဲဒီကျောက်တွေထံမှ အပူဓာတ်က မြေအောက်ရေကို မျက်နှာပြင်ဆီသို့ မောင်းနှင်ပေးပါတယ်။
ရေဟာ အေးလာရင် အိုင်းယွန်းတွေဟာ ဓာတ်သတ္ထု ပုံဆောင်ခဲများ အဖြစ် အံထုတ်ခံကြရလို့
ဆီလီကွန်နဲ့ အောက်ဆီဂျင်တို့မှ သလင်းကျောက် ပုံဆောင်ခဲများ၊
ပိုတက်စီယမ်၊ လူမီနီယမ်၊ ဆီလီကွန်နဲ့ အောက်စီဂျင်တို့မှ ​မျောကျောက်၊
ခဲနဲ့ ဆာလဖာမှ galena ကျောက်တို့ ပေါ်လာကြတာပါ။
အဲဒီပုံဆောင်ခဲ အများအပြားတို့ဆီမှာ ပင်ကိုယ် ပုံစံများ ရှိကြပါတယ်--
ဒီလို ချွန်ထွက်နေကြတဲ့ သလင်းကျောက် ဒါမှမဟုတ် galena ကုဗတုံးတွေကို ကြည့်ကြပါ။
၎င်းတို့ အဲဒီလို ပုံစံမျိုးလို ထပ်တလဲလဲ ပုံဆောင်လာရတဲ့ အကြောင်းရင်းက ဘာလဲ။
သူတို့ရဲ့ အက်တမ်တွေထဲမှာ အဲဒါရဲ့ အဖြေ တစ်စိတ်တစ်ပိုင်း ရနိုင်ပါတယ်။
ပုံဆောင်ခဲတိုင်းရဲ့ အက်တမ်တွေကို ထပ်နေတဲ့ ပုံစံ အဆင့်မြင့်စွာဖြင့် စည်းရုံးထားပါတယ်။
အဲဒီပုံသဏ္ဍာန်ကမှ ပုံဆောင်ခဲတစ်ခုကို ပုံသွင်းဆုံးဖြတ်ပေးတာပါ၊
ဓာတ်သတ္တုတွေနဲ့သာ ကန့်သတ်မထားဘဲ၊
သဲ၊ ရေခဲ၊ သကြား၊ ချောကလက်၊ ကြွေထည်၊ သတ္တု၊ DNA နဲ့
အရည်တချို့တောင် ပုံဆောင်ခဲလို ပုံသဏ္ဍာန်တွေ ရှိကြပါတယ်။
ပုံဆောင်ခဲပွင့် တစ်ခုစီရဲ့ အက်တမ် စီအဉ်ထားပုံဟာ
ကွဲပြားကြတဲ့ မိသားစုခြောက်ခုထဲ အကျုံးဝင်ပါတယ်-
ကုဗ၊ tetragonal၊ orthorhombic၊ monoclinic၊ triclinic နဲ့ hexagonal ပါ။
အခြေအနေတွေ သင့်တော်ကြမယ် ဆိုရင်၊
ပုံဆောင်ခဲတွေဟာ ၎င်းတို့ရဲ့ အက်တမ်များ ဖွဲ့စည်းထားပုံကို
ထင်ဟပ်တဲ့ ဂျီ ဩမေတြီပုံစံအဖြစ် ကြီးထွားလာတတ်တယ်။
ခဲနှင့်ဆာလဖာ အက်တမ်တွေနဲ့ ဖွဲ့စည်းထားတဲ့ ကုဗပုံကို ဆောင်တဲ့ galena ကို ယူကြည့်ပါ။
ပိုကြီးကြတဲ့ ခဲအက်တမ်တွေကို
ရုပ်လုံးကြွပုံမျိုး၊ တစ်ခုနဲ့တစ်ခု ၉၀ ဒီ၈ရီ ကျနေအောင် ဖွဲ့စည်းထားပြီး
ပိုသေးကြတဲ့ ဆာလဖာအက်တမ်တွေကျတော့ ၎င်းတို့ အကြားမှာ နေရာယူကြတယ်။
ပုံဆောင်ခဲ ကြီးပြင်းလာရာတွင် ဒီလိုနေရာတွေက ဆာလဖာ အက်တမ်တွေကို ဆွဲဆောင်ချိန်မှာ
ခဲဟာ အဲဒီနေရာတွေကို ဝိုင်းပတ်ဖို့ ကြိုးစားလိမ့်မယ်။
နောက်ဆုံးတွင် အက်တမ်တွေနဲ့ ပြည့်နေတဲ့ အရစ်ပေါ်လာမှာပါ။
galena ပုံဆောင်ခဲရဲ့ ဖွဲ့စည်းပုံထဲက ၉၀ ဒီဂရီ ပုံစံကိုဆို
မြင်ရတဲ့ ပုံသဏ္ဍာန်ထဲမှာ ရောင်ပြန်ဟပ်တာ အဲဒါကြောင့်ပါ။
သလင်းကျောက်ကျတော့ hexagonal ပုံဆောင်ခဲမျိုးပါ။
မျက်နှာပြင် တစ်ခုပေါ်တွင် အက်တမ်တွေ hexagon ပုံစံမျိုး စီစဉ်ထားမယ် သဘောပါ။
ဖက်သုံးဖက်မှ ကြည့်ပါက၊ အဲဒီ hexagon တွေဟာ အချင်းချင်း ချိတ်ဆက်နေတဲ့ ပိရမစ်တွေ ပါပြီး
ဆီလီကွန်အက်တမ်တစ်ခုနဲ့ အောက်စီဂျင်အက်တမ် လေးခုဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားတာပါ။
ဒီလိုနည်းဖြင့် သလင်းကျောက်ရဲ့ ပင်ကိုယ် ပုံသဏ္ဍာန်ဟာ
ဘက်ခြေက်ဘက်ပါတဲ့ တိုင်ဖြစ်ပြီး ထိပ်ဟာ ချွန်နေတတ်ပါတယ်။
ပတ်ဝန်းကျင် အခြေအနေကို လိုက်ပြီး
ပုံဆောင်ခဲ အများစုတို့ဟာ များပြားတဲ့ ဂြီဩမေတြီ ပုံစံတွေကို ဆောင်ယူတတ်ကြတယ်။
ဥပမာ၊ ကမ္ဘာဂြိုဟ်ရဲ့ နက်ရှိုင်းတဲ့ နေရာမှာ ဖြစ်ပေါ်လာတတ်တဲ့ စိန်ပွင့်ဟာ
ကုဗပုံမျိုး ဆ​ောင်ပြီး ကုဗတုံး ဒါမှမဟုတ် octahedron အဖြစ် ပုံဆောင်နိုင်ပါတယ်။
စိန်ပွင့်တစ်ပွင့်ဟာ ဘယ်လိုပုံမျိုး ကြီးထွားလာမယ် ဆိုတာက
၎င်းပေါ်ပေါက်လာတဲ့ နေရာရဲ့ ဖိအား၊ အပူချိန်နဲ့ ဓာတုပတ်ဝန်းကျင်တို့
အပါအဝင် အခြေအနေတွေ ပေါ်မှာ မူတည်ပါတယ်။
ကမ္ဘာကြားလွှာ အခြေအနေမျိုးထဲမှာ ကြီးထွား လာမှုကို ကျွန်မတို့ ကြည့်မရဘူး ဆိုတော့
ဓာတ်ခွဲခန်း စမ်းသပ်ချက်အချို့ ထောက်ပြနေကြတာက
အပူချိန် နိမ့်ရင် စိန်တွေဟာ ကုဗပုံစံ ဆောင်နိုင်ပြီး
အပူချိန်မြင့်ရင် octahedron ပုံကို ဆောင်ကြပါတယ်။
ရေ၊ ဆီလီကွန်၊ ဂျာမေနီယမ်၊ မဂ္ဂနီစီယမ် ပါဝင်မှုကလည်း
စိန်ရဲ့ ပုံသဏ္ဍာန်အပေါ် သက်ရောက်မှု ရှိနိုင်တယ်။
စိန်ဟာ ဘယ်တော့မှာမှ ရတနာဆိုင်တွေမှာ မြင်ကြ ရတဲ့ ပုံစံမျိုး ပေါ်ထွန်းမလာပါဘူး--
ဆိုင်ထဲက စိန်ပွင့်တွေကို တောက်ပစေရန်နဲ့ ကြည်လင်ရန် ဖြတ်တောက် သွေးပေးကြရတယ်။
ပုံဆောင်ခဲတွေ ပေါ်ထွန်းလာမလား မလာဘူးလားဟာ ပတ်ဝန်းကျင် အခြေအနေနဲ့ ဆိုင်နိုင်ပါတယ်။
ဖန်ကို သလင်းကျောက်ကို အရည်ဖျော် ရယူကြရတယ်၊
ဒါပေမဲ့ ဖန်ဟာ ပုံဆောင်ခဲ မဟုတ်ပါဘူး။
ဖန်ဟာ အတော်လေး အအေးမြန်တဲ့ အတွက်
အက်တမ်တွေဟာ သလင်းကျောက် ပုံဆောင်ခဲမျိုး
အဖြစ် စနစ်တကျ ဖွဲ့စည်းဖြစ်ဖို့ အချိန်မရလို့ပါ။
အဲဒီအစား အရည်ပျော်နေခဲ့တဲ့ ဖန်ထဲက အက်တမ် တွေ ဖွဲ့စည်းထားမှုဟာ ကျပန်းပုံစံဖြစ်ပြီး
အေးလာစဉ် ပိတ်မိလျက်သာ ဖြစ်သွားခဲ့တာပါ။
ပုံဆောင်ခဲ အများအပြားဟာ ပုံဆောင်ခဲတွေနဲ့ ကျဉ်းကျပ်နေတဲ့ အခြေအနေထဲ ကြီးလာရလို့
ဂြီဩ​ေမေတြီ ပုံစံကို မဆောင်နိုင်ကြပါဘူး။
နှမ်းဖတ်ကျောက်လို ကျောက်တွေဟာ ပုံဆောင်ခဲတွေနဲ့ ပြည့်နေကြပေမဲ့
သိမှတ်ဖို့လွယ်တဲ့ ပုံသဏ္ဍာတွေ မတွေ့ရပါ။
ကျောက်ရည်ပူက အေးလာပြီး မာကျောလာချိန်မှာ
ဓာတ်သတ္ထုတွေ အပြိုင်အဆိုင် လျင်မြန်စွာ ပုံဆောင်ခဲ ဖြစ်လာလို့ နေရာလွတ် မကျန်ခဲ့ပါ။
ပြီးတော့ စိမ်းပြာရောင်ကျောက်လို ပုံဆောင်ခဲတွေကျတော့
အခြေအနေ အများစုထဲမှာ နေရာရှိနေတောင်မှ သိသာမြင်ရနိုင်တဲ့ ဂြီဩမေတြီ ပုံစံကို
မဆောင်တတ်ကြတာ တွေ့ရပါတယ်။
ပုံဆောင်ခဲတိုင်းရဲ့ အက်တမ် ဖွဲ့စည်းထားမှုက တမူထူးခြားတဲ့ ဂုဏ်သတ္တိတွေ ရှိပြီး
အဲဒီဂုဏ်သတ္တိတွေ လူသားရဲ့ စိတ်ပိုင်း လိုအပ်ချက်နဲ့ မဆက်စပ်ဘူးလို့ ထင်ရပေမဲ့၊
ပစ္စည်းများဆိုင်ရာ သိပ္ပံပညာနဲ့ ဆေးပညာထဲ ၎င်းတို့ကို များစွာမှ အသုံးပြုနေကြရပါတယ်။
Głęboko pod gejzerami i gorącymi źródłami Kaldery Yellowstone
znajduje się komora magmy
utworzona przez plamy gorąca w płaszczu Ziemi.
Podczas ruchu ku powierzchni Ziemi magma się krystalizuje,
tworząc młode, gorące skały magmowe.
Ciepło tych skał wypycha wody gruntowe w kierunku powierzchni.
W miarę stygnięcia wody
jony wytrącają się w postaci kryształów mineralnych,
w tym kryształów kwarcu z krzemu i tlenu,
skalenia z potasu, glinu, krzemu i tlenu
i galeny z ołowiu i siarki.
Wiele z tych kryształów ma charakterystyczne kształty -
weźmy kaskadę spiczastego kwarcu lub stos kostek galeny.
Ale co sprawia, że ciągle przybierają takie kształty?
Część odpowiedzi leży w ich atomach.
Atomy każdego kryształu są ułożone w zorganizowany, zwielokrotniony wzór.
który charakteryzuje kryształy,
ale nie ogranicza się do minerałów.
Piasek, lód, cukier, czekolada, ceramika, metale, DNA,
a nawet niektóre płyny mają krystaliczne struktury.
Układ atomowy każdego materiału krystalicznego
należy do jednej z sześciu rodzin:
sześciennej, tetragonalnej, rombowej, jednoskośnej, trójskośnej i sześciokątnej.
W odpowiednich warunkach
kryształy urosną w geometryczne kształty,
które odzwierciedlą układ ich atomów.
Weźmy galenę o sześciennej strukturze złożonej z atomów ołowiu i siarki.
Względnie duże atomy ołowiu
są ułożone w trójwymiarowej siatce pod kątem 90 stopni względem siebie,
podczas gdy stosunkowo małe atomy siarki wpasowują się po środku.
W miarę jak kryształ rośnie, takie miejsca przyciągają atomy siarki,
podczas gdy ołów ma tendencję do wiązania się z tymi miejscami.
Ostatecznie uzupełnią siatkę połączonych atomów.
Oznacza to, że 90-stopniowy wzór siatki krystalicznej struktury galeny
odbija się w widocznym kształcie kryształu.
Kwarc ma sześciokątną krystaliczną strukturę.
To znaczy, że na jednej płaszczyźnie jego atomy układają się w sześciokąty.
W trzech wymiarach sześciokąty składają się z wielu splecionych piramid
składających się z jednego atomu krzemu i czterech atomów tlenu.
Charakterystyczny kształt kryształu kwarcu
to sześciokątna kolumna ze spiczastymi końcami.
W zależności od warunków otoczenia
większość kryształów może uformować wiele geometrycznych kształtów.
Przykładowo diamenty, powstające głęboko w płaszczu Ziemi,
mają sześcienną krystaliczną strukturę i rosną w kostki lub ośmiościany.
Kształt, w jaki wyrasta dany diament,
zależy od warunków jego wzrostu,
w tym ciśnienia, temperatury i środowiska chemicznego.
Choć nie możemy obserwować ich wzrostu w płaszczu Ziemi,
eksperymenty laboratoryjne częściowo dowiodły,
że diamenty mają tendencję formowania kostek w niższych temperaturach
i ośmiościanów w wyższych temperaturach.
Śladowe ilości wody, krzemu, germanu lub magnezu
mogą też wpływać na kształt diamentu.
Diamenty nigdy nie wyrastają w naturze w kształty spotykane w biżuterii.
Przycina się je tak, żeby uwidocznić ich blask i przejrzystość.
Warunki środowiskowe mogą też wpłynąć na to, czy w ogóle tworzą się kryształy.
Szkło składa się ze stopionego piasku kwarcowego,
ale nie jest krystaliczne.
Jest tak dlatego, że szkło ochładza się dość szybko,
a atomy nie mają czasu na uporządkowanie się
w strukturę kryształu kwarcu.
Zamiast tego losowe rozmieszczenie atomów w stopionym szkle
zostaje utrwalone podczas chłodzenia.
Wiele kryształów nie tworzy geometrycznych kształtów,
bo rośnie bardzo blisko innych kryształów.
Skały takie jak granit są pełne kryształów,
ale żaden z nich nie ma rozpoznawalnych kształtów.
Gdy magma stygnie i krystalizuje,
wiele minerałów krystalizuje jednocześnie
i szybko zaczyna im brakować miejsca.
Niektóre kryształy, takie jak turkus,
nie formują żadnych wyraźnych kształtów w większości warunków środowiskowych,
nawet przy wystarczającej przestrzeni.
Struktura atomowa każdego kryształu ma unikalne właściwości.
Choć właściwości te mogą nie zaspokajać ludzkich potrzeb emocjonalnych,
mają potężne zastosowanie w materiałoznawstwie i medycynie.
Muito abaixo dos geiseres e das fontes termais
da Caldeira de Yellowstone
há uma câmara de magma produzida por uma fonte de calor no manto da Terra.
Quando o magma se move na direção da superfície da Terra,
cristaliza-se e forma rochas jovens, quentes e ígneas.
O calor destas rochas impele a água subterrânea para a superfície.
À medida que a água arrefece, os iões precipitam-se,
sob a forma de cristais minerais,
incluindo cristais de quartzo formados por silício e oxigénio,
feldspato formado por potássio, alumínio, silício e oxigénio,
galena formado por chumbo e enxofre.
Muitos destes cristais têm formas exclusivas
— reparem nesta cascata de quartzo pontiagudo
ou nesta pilha de cubos de galena.
Mas o que é que faz com que eles cresçam sempre com estas formas?
Uma parte da resposta reside nos seus átomos.
Os átomos de cada cristal estão dispostos
num padrão repetitivo, altamente organizado.
Esse padrão é a característica que define um cristal
e não se restringe aos minerais
— a areia, o gelo, o açúcar, o chocolate, a cerâmica, os metais, o ADN,
e mesmo alguns líquidos, têm estruturas cristalinas.
Cada arranjo atómico de um material cristalino
cai numa de seis diferentes famílias:
cúbico, tetragonal, ortorrômbico,
monoclínico, triclínico e hexagonal.
Segundo as condições apropriadas,
os cristais crescerão em formas geométricas
que refletem o arranjo dos seus átomos.
A galena tem uma estrutura cúbica, formada por átomos de chumbo e enxofre.
Os átomos de chumbo, relativamente grandes,
estão arranjados numa grelha 3D, a 90 graus uns dos outros,
enquanto os átomos de enxofre, relativamente pequenos,
se encaixam entre eles.
Quando o cristal cresce,
os locais como estes atraem os átomos de enxofre,
enquanto o chumbo tenta ligar estes locais.
Por fim, completam a grelha de átomos ligados.
Isso significa que o padrão da grelha de 90 graus
da estrutura cristalina da galena
reflete-se na forma visível do cristal.
Entretanto, o quartzo tem uma estrutura cristalina hexagonal.
Isso significa que, num plano, os átomos estão arranjados em hexágonos.
Em 3D, estes hexágonos são formados por muitas pirâmides interligadas,
feitas de um átomo de silício e quatro átomos de oxigénio.
Assim, a forma característica de um cristal de quartzo
é uma coluna de seis lados com pontas aguçadas.
Consoante as condições ambientais,
a maioria dos cristais pode formar múltiplas formas geométricas.
Por exemplo, os diamantes, que se formam profundamente no manto da Terra,
têm uma estrutura cristalina cúbica e podem crescer em cubos ou octaedros.
A forma como um determinado diamante cresce
depende das condições do local onde cresce,
incluindo a pressão, a temperatura, e o ambiente químico.
Embora não possamos observar diretamente as condições de crescimento no manto,
experiências laboratoriais mostraram-nos prova
de que os diamantes tendem a crescer em cubos a temperaturas mais baixas
e em octaedros, a temperaturas mais altas.
Pequenas quantidades de água, silício, germânio ou magnésio
também podem influenciar a forma de um diamante.
Os diamantes nunca crescem naturalmente nas formas que aparecem nas joalharias
— esses diamantes foram lapidados para exibirem chispas e luminosidade.
As condições ambientais também podem influenciar
onde os cristais se formam.
O vidro é feito de pó de quartzo derretido
mas não é cristalino.
Isso porque o vidro arrefece relativamente depressa
e os átomos não têm tempo para se organizarem
na estrutura ordenada de um cristal de quartzo.
Em vez disso, o arranjo aleatório dos átomos no vidro derretido
fica aprisionado durante o arrefecimento.
Muitos cristais não formam formas geométricas
porque crescem em locais demasiado perto de outros cristais.
Rochas como o granito estão cheias de cristais
mas nenhum deles com formas reconhecíveis.
Quando o magma arrefece e se solidifica,
muitos minerais dentro dele cristalizam ao mesmo tempo
e ficam rapidamente sem espaço.
Alguns cristais, como a turquesa,
não crescem em qualquer forma geométrica reconhecível
na maioria das condições ambientais,
mesmo que tenham espaço adequado.
A estrutura atómica de cada cristal tem propriedades únicas,
e, embora essas propriedades
possam não ter qualquer influência nas necessidades humanas emocionais,
têm poderosas aplicações na ciência dos materiais e na medicina.
Nas profundezas dos gêiseres e das fontes termais
da Caldeira de Yellowstone,
encontra-se uma câmara magmática
produzida por um ponto quente no manto terrestre.
Conforme o magma se move em direção à superfície da Terra,
ele se cristaliza, formando rochas ígneas novas e quentes.
O calor dessas rochas leva os lençóis de água à superfície.
À medida que a água esfria,
íons se lançam para fora como cristais minerais,
que incluem cristais de quartzo, a partir de silício e oxigênio;
feldspato, a partir de potássio, alumínio, silício e oxigênio;
galena, a partir de chumbo e enxofre.
Muitos desses cristais têm formas características.
Considere esta cascata de quartzo pontiagudo
ou esta pilha de cubos de galena.
Mas o que faz com que eles desenvolvam essa forma muitas vezes?
Parte da resposta está em seus átomos.
Os átomos de cada cristal
estão dispostos em um padrão repetitivo altamente organizado.
Esse padrão é a característica que define um cristal
e não está restrito a minerais.
Areia, gelo, açúcar, chocolate, cerâmica, metais, DNA
e até mesmo alguns líquidos têm estruturas cristalinas.
A disposição dos átomos de cada material cristalino
é classificada como uma de seis famílias diferentes:
cúbica, tetragonal, ortorrômbica,
monoclínica, triclínica e hexagonal.
Dadas as condições apropriadas,
os cristais terão formas geométricas
que refletem a disposição de seus átomos.
Considere a galena,
que tem uma estrutura cúbica composta por átomos de chumbo e enxofre.
Os átomos de chumbo relativamente grandes
são dispostos em uma grade tridimensional de 90 graus um do outro,
enquanto os átomos de enxofre relativamente pequenos
se encaixam perfeitamente entre eles.
À medida que o cristal cresce,
locais como esses atraem átomos de enxofre,
enquanto o chumbo tenderá a se ligar a esses lugares.
Por fim, eles completarão a grade de átomos ligados.
Isso significa que o padrão de grade de 90 graus
da estrutura cristalina da galena
é refletido na forma visível do cristal.
O quartzo, entretanto, tem uma estrutura cristalina hexagonal.
Isso significa que, em um plano, seus átomos estão dispostos em hexágonos.
Em três dimensões,
esses hexágonos são compostos por muitas pirâmides interligadas,
formadas por um átomo de silício e quatro átomos de oxigênio.
Assim, a forma característica de um cristal de quartzo
é uma coluna de seis lados com extremidades pontiagudas.
Dependendo das condições ambientais,
a maioria dos cristais tem o potencial de criar múltiplas formas geométricas.
Por exemplo, os diamantes, que se formam no fundo do manto terrestre,
têm uma estrutura cristalina cúbica e podem se tornar cubos ou octaedros.
A forma de um diamante específico
depende das condições em que ele cresce,
que incluem pressão, temperatura e ambiente químico.
Embora não possamos observar diretamente as condições de crescimento no manto,
experimentos de laboratório mostraram algumas evidências
de que os diamantes tendem a se tornar cubos, em temperaturas mais baixas,
e octaedros, em temperaturas mais altas.
Vestígios de água, silício, germânio ou magnésio
também podem influenciar a forma de um diamante.
Os diamantes nunca têm naturalmente a forma encontrada nas jóias.
Esses diamantes foram lapidados para exibir o brilho e a transparência.
As condições ambientais também podem influenciar a formação de cristais.
O vidro é feito de areia de quartzo derretido,
mas não é cristalino.
Isso porque o vidro esfria com relativa rapidez,
e os átomos não têm tempo de se organizar
na estrutura ordenada de um cristal de quartzo.
Em vez disso, a disposição aleatória dos átomos no vidro derretido
é bloqueada no resfriamento.
Muitos cristais não constituem formas geométricas
porque crescem em quartos muito próximos com outros cristais.
Rochas, como o granito, estão cheias de cristais,
mas nenhuma tem formas reconhecíveis.
Quando o magma esfria e solidifica,
muitos minerais dentro dele se cristalizam ao mesmo tempo
e ficam rapidamente sem espaço.
Certos cristais, como a turquesa,
não desenvolvem qualquer forma geométrica discernível
na maioria das condições ambientais,
mesmo com espaço adequado.
A estrutura atômica de cada cristal tem propriedades únicas
e, embora essas propriedades
possam não ter qualquer relevância às necessidades emocionais humanas,
elas têm aplicações poderosas na medicina e na ciência de materiais.
Adânc sub gheizerele şi izvoarele termale ale calderei din Yellowstone,
e o cameră de magmă produsă de un punct fierbinte din mantaua Pământului.
Pe măsură ce magma se îndreaptă spre suprafața Pământului,
aceasta se cristalizează pentru a forma roci vulcanice tinere.
Căldura acestor roci împinge apa freatică spre suprafață.
Pe măsură ce apa se răceşte, ionii precipită în cristalele minerale,
precum cristale de cuarț din silicon şi oxigen,
feldspat din potasiu, aluminiu, silicon şi oxigen,
galenă din plumb şi sulf.
Multe dintre aceste cristale au o forme specifice,
precum acest cuarț ascuțit sau aceste cuburi de galenă.
Dar ce determină crearea lor în aceste forme iar și iar?
O parte a răspunsului stă în atomii lor.
Fiecare atom al cristalului e aranjat după un tipar repetitiv.
Acest tipar e trăsătura definitorie a unui cristal
și nu se limitează doar la minerale:
nisipul, gheaţa, zahărul, ciocolata, ceramica, metalul, ADN-ul
şi chiar unele lichide au structuri cristaline.
Fiecare aranjare atomică a materialului cristalin
se încadrează într-una dintre cele şase familii diferite:
cubică, tetragonală, ortorombică, monoclinică, triclinică și hexagonală.
În condițiile corespunzătoare,
cristalele vor creşte în figuri geometrice
care reflectă aranjarea atomilor lor.
De exemplu galena, care are o structură cubică compusă din plumb şi atomi de sulf.
Atomii de plumb relativ mari
sunt aranjaţi într-o reţea tridimensională la 90 de grade,
în timp ce atomii de sulf relativi mici se potrivesc perfect între ei.
Pe măsură ce cristalul crește, locuri ca acestea atrag atomii de sulf,
în timp ce plumbul va tinde să se lege de aceste locuri.
Până la urmă, vor completa rețeaua de atomi.
Înseamnă că tiparul reţelei de 90 de grade a structurii cristaline a galenei
se reflectă în forma vizibilă a cristalului.
Însă cuarţul are o structură cristalină hexagonală.
Asta înseamnă că atomii sunt aranjaţi în hexagoane.
În trei dimensiuni, acesta e compus din multe piramide interconectate,
alcătuite dintr-un atom de silicon și patru atomi de oxigen.
Deci forma tipică a cristalului de cuarţ
e o coloană cu şase laturi cu vârfuri ascuţite.
În funcție de condiţiile mediului,
majoritatea cristalelor au potenţialul de a crea multiple figuri geometrice.
De exemplu, diamantele ce se formează adânc în mantaua Pământului,
au o structură cristalină cubică și creează fie cuburi, fie octaedre.
Forma în care se dezvoltă un anumit diamant
depinde de condiţiile în care creşte,
inclusiv de presiunea, temperatura și mediul chimic.
Chiar dacă nu putem observa direct condițiile de creștere în manta,
experimentele din laborator au demonstrat
că diamantele tind să crească în cuburi la temperaturi mai mici
şi în octaedru la temperaturi înalte.
Urmele de apă, silicon, germaniu sau magneziu
ar putea influenţa forma diamantului.
Și diamantele nu cresc niciodată în forma celor din bijuterii;
acele diamante au fost tăiate pentru a etala strălucire şi claritate.
Condițiile mediului pot influența dacă se vor forma sau nu cristalele.
Sticla e compusă din nisip de cuarţ topit,
dar aceasta nu e cristalină.
Asta pentru că sticla se răceşte relativ repede
şi atomii nu au timp să se aranjeze singuri
în structura cristalului de cuarţ.
În schimb, aranjarea la întâmplare a atomilor în sticla topită
e blocată în momentul răcirii.
Multe cristale nu formează figuri geometrice
fiindcă cresc extrem de aproape de alte cristale.
Rocile precum granitul sunt pline de cristale,
dar niciuna nu are o formă anume.
Odată ce magma se răceşte şi se solidifică,
multe minerale se cristalizează în acelaşi timp şi rămân rapid fără spaţiu.
Anumite cristale, precum turcoazul,
nu creează figuri geometrice în majoritatea condițiilor de mediu,
chiar şi într-un spaţiu adecvat.
Fiecare structură atomică a cristalului are proprietăţi unice,
și chiar dacă aceste proprietăţi nu influențează nevoile emoţionale umane,
ele își găsesc aplicații importante în știință și medicină.
Глубоко под гейзерами и горячими источниками Йеллоустонской кальдеры
залегает магматическая камера,
образовавшаяся благодаря горячей точке в мантии Земли.
По мере движения магмы к поверхности Земли,
она кристаллизуется, образуя новые горячие вулканические породы.
Тепло от этих пород выталкивает грунтовые воды на поверхность.
По мере остывания воды, ионы оседают в виде минеральных кристаллов,
в том числе кристаллов кварца из кремния и кислорода,
полевого шпата из калия, алюминия, кремния и кислорода,
галенита из свинца и серы.
Многие из этих кристаллов имеют характерную форму —
например друза заострённого кварца или кубические сингонии галенита.
Но что заставляет их постоянно принимать одну и ту же форму?
Ответ частично заключается в структуре их атомов.
Атомы любого кристалла образуют строго структурированную, повторяющуюся укладку.
Эта укладка является определяющей особенностью кристалла
и не ограничивается лишь минералами.
Кристаллическую структуру имеют
песок, лёд, сахар, шоколад, керамика, металлы, ДНК и даже некоторые жидкости.
Атомная структура любого кристаллического материала
относится к одной из шести групп:
кубической, тетрагональной, ромбической, моноклинной, триклинной и гексагональной.
При благоприятных условиях
кристаллы вырастут и приобретут геометрические формы,
соответствующие расположению их атомов.
Так, галенит имеет кубическую структуру, состоящую из атомов свинца и серы.
Относительно крупные атомы свинца
расположены в трёхмерной сетке под углом 90 градусов друг к другу,
а между ними аккуратно помещаются относительно небольшие атомы серы.
По мере роста кристалла такие участки притягивают атомы серы,
в то время как свинец их связывает.
В конце концов вся сетка связанных атомов будет заполнена.
Это означает, что 90-градусная сетка кристаллической структуры галенита
придаёт кристаллу его видимую форму.
Кварц имеет гексагональную кристаллическую структуру.
Это означает, что на плоскости его атомы расположены в шестиугольниках.
В трёхмерном пространстве шестиугольники являются набором взаимосвязанных пирамид,
состоящих из одного атома кремния и четырёх атомов кислорода.
Таким образом, характерная форма кристалла кварца
представляет собой шестигранную колонну с заострёнными концами.
В зависимости от условий окружающей среды,
многие кристаллы стремятся принять одну из нескольких геометрических форм.
Например, бриллианты, которые образуются глубоко в мантии Земли,
имеют кубическую структуру и вырастают либо в кубы, либо в октаэдры.
Форма каждого конкретного бриллианта
зависит от условий, в которых он растёт,
включая давление, температуру и химическую среду.
Хотя мы не можем непосредственно наблюдать условия роста в мантии,
в ходе лабораторных экспериментов получены доказательства,
что бриллианты склонны вырастать в кубы при более низких температурах
и в октаэдры — при более высоких температурах.
Незначительное количество воды, кремния, германия или магния
тоже может влиять на форму бриллианта.
В естественных условиях бриллианты никогда не приобретут формы драгоценностей:
ювелиры специально обтачивают их, обнажая прозрачность и блеск.
В некоторых условиях окружающей среды кристаллы вовсе не образуются.
Стекло изготавливают из расплавленного кварцевого песка,
но оно не обладает кристаллической решёткой.
Это происходит, потому что стекло остывает относительно быстро,
и атомы не успевают расположиться
в упорядоченную структуру кристалла кварца.
Вместо этого случайное расположение атомов в расплавленном стекле
закрепляется при охлаждении.
Многие кристаллы не образуют геометрических форм,
потому что растут в непосредственной близости от других кристаллов.
Горные породы, подобные граниту, полны кристаллов,
которые не принимают узнаваемой формы.
По мере остывания и затвердевания магмы
минералы кристаллизуются параллельно, быстро заполняя свободное пространство.
Некоторые кристаллы, например бирюза,
в большинстве условий окружающей среды не принимают заметную форму
даже при наличии достаточного пространства.
Атомная структура каждого кристалла обладает уникальными свойствами,
и хотя эти свойства не обязательно порадуют глаз,
они могут оказаться весьма ценными для нужд науки и медицины.
Yellowstone Kalderası'nın gayzerleri ve kaplıcalarının derinliklerinde
dünyanın mantosundaki sıcak nokta tarafından üretilen magma ocağı yatar.
Magma yeryüzüne doğru hareket ettikçe
genç volkanik kayalar oluşturmak için kristalleşir.
Bu kayaların ısısı, yer altı suyunu yeryüzüne doğru hareket ettirir.
Su soğudukça iyonlar,
oksijen ve silikondan kuvars kristalleri,
potasyum, alüminyum, silikon ve oksijenden feldspat,
kurşun ve kükürtten galenit, mineral kristaller olarak yağarlar.
Bu kristallerin çoğunun belirli şekilleri vardır—
mesela bu sivri kuvars şelalesi veya bu galenit küpü yığını.
Peki defalarca bu şekillere dönüşmelerine ne sebep olur?
Cevabın bir kısmı atomlarında saklı.
Kristallerin atomları hayli düzenli, yinelenen bir kalıptan oluşur.
Bu kalıp, bir kristalin tanımlayıcı özelliğidir
ve minerallerle sınırlı değildir—
kum, buz, şeker, çikolata, seramikler, metaller, DNA,
ve bazı sıvıların bile kristalli yapıları vardır.
Her kristalli maddenin atomik düzenlemesi
altı farklı aileden birine denk düşer:
kübik, dörtgen, ortofobik, monoklinik, triklinik ve altıgensel.
Uygun şartlar altında
kristaller, atomlarının düzenlemesini yansıtan
geometrik şekillere dönüşürler.
Örneğin, kurşun ve kükürt atomlarından oluşan kübik yapıdaki galenit.
Nispeten büyük kurşun atomları,
üç boyutlu ve birbirlerine 90 derece olarak düzenlenmişken
nispeten küçük kükürt atomları, aralarına düzgünce sığar.
Kristal büyüdükçe kurşun bu yerlere bağlanacak iken
bu gibi yerler kükürt atomlarını çekerler.
Neticede bağlanmış atomların ağını tamamlayacaktırlar.
Bu, galenitin kristalli yapısının 90 derecelik ağ modelinin
kristalin görünür biçiminde yansıtıldığı anlamına gelir.
Aynı zamanda kuvars altıgen kristalli yapıya sahiptir.
Bu, bir yassıda atomlarının altıgenlerle düzenlendiği anlamına gelir.
Üç boyutlularda, bu altıgenler bir silikon ve dört oksijen atomlarından—
meydana gelen, birbirine kenetli piramitlerden oluşurlar.
Yani, kuvars kristalinin imza şekli
sivri uçları olan altı yönlü bir sütundur.
Çevresel koşullara bağlı olarak
çoğu kristalin birçok geometrik şekli oluşturma potansiyeli vardır.
Örneğin, yerkürenin mantosunun derininde oluşan elmaslar,
kübik kristalli bir yapıya sahiptir ve küp ya da sekizyüzlü haline gelebilirler.
Bu da belli bir elmasın ne hale geleceğini
oluştuğu yerdeki basınç, ısı ve kimyasal çevre faktörlerine
bağlı olarak şekillendirir.
Mantodaki oluşma durumlarını doğrudan gözlemleyemesek de
laboratuvar deneyleri
elmasların düşük ısılarda küplere, yüksek ısılarda sekizyüzlülere dönüşmeye
meyilli olduğu gibi bazı kanıtlar göstermekte.
Eser miktarda su, silikon, germanyum ya da magnezyum da
ayrıca elmasın şeklini etkileyebilir.
Elmaslar, doğal olarak mücevherlerde bulunan şekillere dönüşmezler—
bu elmaslar vitrin pırıltısı ve berraklığına göre kesilmiştirler.
Çevresel koşullar da kristallerin oluşup oluşmayacağını etkiler.
Cam, erimiş kuvars kumlarından oluşur
ama kristalli değildir.
Çünkü cam nispeten daha hızlı soğur
ve atomların kendilerini kuvars kristalinin sıralı yapısında
düzenleyecek vakitleri yoktur.
Yerine, atomların erimiş camdaki rastgele düzenlemeleri
soğumada kilitli kalır.
Çoğu kristalin geometrik şekli yoktur
çünkü diğer kristallere aşırı derecede yakın yerlerde oluşurlar.
Granit gibi taşlar kristallerle doludur
ama hiçbirinin tanınmış şekli yoktur.
Magma soğudukça ve sertleştikçe
içerisindeki çoğu mineral aynı zamanda kristalleşir ve hızla alanları tükenir.
Turkuaz gibi belirli kristaller,
çoğu çevresel koşulda yeterli boşluk verilse de
görülebilir geometrik şekillere dönüşmezler.
Her kristalin atomik yapısı eşsiz özelliklere sahiptir
ve bunların insanların duygusal ihtiyaçlarında bir etkisi olmasa da
malzeme bilimi ve tıpta güçlü uygulamaları vardır.
Глибоко під гейзерами й гарячими джерелами Єллоустоунської кальдери
лежить магматична комора, утворена гарячою точкою у земній мантії.
Рухаючись в бік земної поверхні,
магма кристалізується та утворює молоді магматичні породи.
Тепло, що виділяється цими породами, змушує підземні води рухатися вгору.
При охолодженні води іони осідають на стінках каналів у вигляді кристалів:
як-от кристали кварцу, що складаються з іонів силіцію та оксигену,
польового шпату — з іонів кальцію, алюмінію, силіцію та оксигену,
галеніту — з іонів плюмбуму та сульфуру.
Більшість цих кристалів мають свою унікальну форму:
як ось цей каскад шпилястого кварцу або це скупчення кубічного галеніту.
Але чому ці кристали формують такі фігури знову і знову?
Відповідь криється в їхніх атомах.
Атоми кристалів утворюють чітко організовану та повторювану структуру.
Це і є визначальною особливістю кристалів,
до яких належать не тільки мінерали.
Пісок, лід, цукор, шоколад, кераміка, метали, ДНК
та навіть деякі рідини — усі вони мають кристалічну будову.
Кристалічні ґратки, які формують атоми певного матеріалу,
можна розділити на шість груп:
кубічна, тетрагональна, ромбічна, моноклінна, тригональна та гексагональна.
За сприятливих умов
кристали виростають у певну геометричну фігуру,
якій відповідає розміщення атомів всередині них.
Галеніт, що має форму куба, складається з атомів плюмбуму та сульфуру.
Достатньо великі атоми плюмбуму
розміщуються в тривимірну ґратку під кутом 90° один до одного,
тоді як порівняно малі атоми сульфуру розташовуються точнісінько між ними.
З ростом кристалу такі конструкції приваблюють інші атоми сульфуру,
тоді як плюмбум буде зв'язувати їх між собою.
Зрештою утвориться суцільна ґратка зв'язаних між собою атомів.
Це означає, що прямокутна модель кристалічної ґратки галеніту
повністю відтворює характерну для цього кристала форму.
Кварц, з іншого боку, має гексагональну кристалічну форму.
Це означає, що його атоми утворюють правильний шестикутник.
У тривимірному просторі ці шестикутники утворені купою взаємопов'язаних пірамід,
що складаються з одного атома силіцію та чотирьох атомів оксигену.
Таким чином характерною формою кристалів кварцу
є шестикутник, загострений на кінцях.
Залежно від умов середовища
більшість кристалів можуть утворювати різноманітні геометричні форми.
Наприклад, алмази, які народжуються глибоко в земній мантії,
мають кубічну кристалічну ґратку, але вони також можуть виростати і в октаедри.
Форму, яку матиме алмаз,
визначають умови, в яких він зростає:
тиск, температура та хімічне середовище.
Оскільки не можливо безпосередньо спостерігати ріст кристалу в мантії,
були проведені дослідження, які виявили,
що алмази схильні мати кубічну форму при низьких температурах
та октаедричну — при високих.
Навіть незначна кількість води, силіцію, германію чи магнію
може також впливати на те, яким буде той чи інший алмаз.
До речі, природні алмази ніколи не мають такої форми, яку можна знайти в прикрасах.
Такі алмази обробляють та відшліфовуюють до блиску для вітрин ювелірних магазинів.
Навколишнє середовище також може впливати на структуру кристала.
Скло виробляють із розплавленого кварцового піску,
але це не є кристалом,
бо скло охолоджується досить швидко, а тому
його атоми просто не встигають сформувати
таку цільну ґратку, як у кристалів кварцу.
Натомість атоми розплавленого скла розташовуються хаотично,
саме через швидке охолодження.
Багато кристалів не мають правильної геометричної форми,
тому що ростуть надзвичайного близько один до одного.
Граніти, наприклад, рясніють кристалами,
але жоден із них не має правильної форми.
Коли магма охолоджується та застигає,
мінерали всередині кристалізуються так само, стикаючись один з одним.
Деякі кристали, такі як бірюза,
не утворюють якоїсь впізнаваної форми за звичайних умов,
навіть якщо для цього достатньо простору.
Кожна кристалічна система має свої унікальні особливості,
і якщо ці особливості не в змозі задовольнити наші естетичні потреби,
вони можуть бути успішно використані в науці та медицині.
在黄石公园的间歇喷泉和温泉中，
有一个由地壳中的热点 形成的岩浆室。
当岩浆向地球表面移动时，
它结晶形成年轻、炽热的火成岩，
这些岩石的热量将地下水推向地表。
当水冷却时，离子 以矿物晶体方式沉淀出来，
包括硅和氧组成的石英晶体、
钾、铝、硅和氧组成的长石、
铅和硫组成的硫化铅。
许多晶体都有标志性的形状——
比如瀑布般的尖石英 或堆状硫化铅立方体。
但是，什么原因导致它们 一次次长成这样的形状呢?
部分原因就在于它们的原子。
每类晶体的原子都按 高度有序的模式重复排列，
这就是晶体的标志性特征，
这种模式并非仅限于矿物——
沙、冰、糖、巧克力、 陶瓷、金属、DNA，
甚至某些液体也有晶体结构。
晶体材料的原子排列
分为六个不同系列：
立方体、正方三八面体、斜方晶体、 单斜晶体、三斜晶体和六方晶体。
在适当的条件下，
晶体会长成反映其原子排列的
几何形状。
以铅、硫原子组成 立方结构的硫化铅为例。
相对较大的铅原子
按彼此呈 90 度的三维网格排列，
而相对较小的硫原子 正好能塞进铅原子之间。
随着晶体的生长，这些 铅原子的位置会吸引硫原子，
铅原子易于结合到这些硫原子周围，
最终，他们将完成 粘结原子的网格排列。
也就是说，硫化铅 90 度网格图案的晶体结构
反映在晶体的可见形状中。
而石英则是有六方晶体结构，
也就是说，在一个平面上， 原子按六边形排列。
在三维中，这些六边形 由许多互锁金字塔组成，
每个金字塔由 1 个硅原子和 4 个氧原子组成。
因此，石英晶体的标志性形状
是尖顶六面体。
根据环境条件，
多数晶体可能形成多个几何形状。
例如，在地球地壳深处形成的钻石
具有立方晶体结构， 也可以长成立方体或八面体。
特定钻石的生长形状
取决于其生长条件，
包括压力、温度和化学环境。
虽然我们不能直接观察 钻石在地壳下的生长条件，
但实验室实验的一些证据显示，
钻石往往在低温下长成立方体，
在较高温度下长成八面体。
微量的水、硅、钛或镁
也可能影响钻石的形状。
钻石永远不会自然 长成珠宝中的形状——
那些钻石被切割成那样的形状， 以最佳展示光彩和净度。
环境条件也会影响晶体形成与否，
玻璃由熔化的石英沙制成，
但它不是固体结晶。
这是因为玻璃冷却相对较快，
原子没有时间
将自己安排成石英晶体的有序结构。
相反，熔化玻璃中的原子随机排列
在冷却过程中被锁定。
许多晶体不形成几何形状，
因为它们与其他晶体一同生长。
像花岗岩这样的岩石充满了水晶，
但没有一个可以辨认的形状。
随着岩浆冷却和凝固，
岩浆中的许多矿物同时结晶， 并快速塞满了空间。
而某些晶体，如绿松石，
在大多数环境条件下， 不会长成任何可识别的几何形状,
即使有足够的空间也不会。
每个晶体的原子结构 都有独特的特性，
虽然这些特性可能对 人类情感需求没有任何影响，
但它们确实在材料科学和医学中 具有强大的应用。
黃石火山口的間歇泉和溫泉深處
有一個由地幔中的熱點 所產生的岩漿室。
隨著岩漿移向地球表面，
結晶成為新生的熱火成岩。
這些岩石的熱量將地下水推向地表。
隨著水的冷卻，離子 以礦物晶體的形式沉澱出來，
包括矽和氧形成的石英晶體，
鉀、鋁、矽和氧形成的長石，
鉛和硫形成的方鉛礦。
許多水晶具有標誌性的形狀——
像是這種並列的尖頭石英 或成堆的方鉛礦立方體。
為什麼它們一次又一次地 長成這些形狀呢？
部分的答案在於它們的原子。
每個晶體的原子都以 高度有序的重複模式排列。
這種圖案是水晶的定義特徵，
而且並不局限於礦物質——
沙子、冰、糖、巧克力、 陶瓷、金屬、DNA，
甚至連一些液體都具有晶體結構。
每種晶體材料的原子排列
分屬六個不同的系列：
立方晶系、四方晶系、正交晶系、
單斜晶系、三斜晶系和六角晶系。
在適當的條件下，
晶體的生成
反映其原子排列的幾何形狀。
以方鉛礦為例，它具有 由鉛和硫原子組成的立方結構。
相對較大的鉛原子
排列為彼此成 90 度的立體格子，
而相對較小的硫原子 整齊地排列在鉛原子間。
隨著晶體的增長， 這些位置會吸引硫原子，
鉛則傾向於在這些地方結合。
它們最終完成鍵合原子的格子。
這意味著方鉛礦晶體結構的 90 度立體格子圖案
反映在可見的晶體形狀中。
與此同時，石英具有六方晶體結構。
這意味著它的原子 在平面上排列成六邊形。
這些立體空間裡的六邊形是由許多
「一個矽原子和四個氧原子」 形成的互鎖金字塔所組成。
所以石英晶體的標誌形狀
是帶有尖角的六面柱。
根據環境的條件，
多數晶體能形成不止一種幾何形狀。
例如，在地幔深處形成的鑽石
具有立方晶體結構，
可以長成立方體或八面體。
鑽石的形狀取決於其生長的條件，
包括壓力、溫度和化學環境。
雖然我們無法直接觀察 地幔中的生長條件，
實驗室的實驗已經證明
鑽石傾向於在較低溫度下 生長為立方體，
而在較高溫度下則生成八面體。
微量的水、矽、鍺或鎂
也可能影響鑽石的形狀。
鑽石永遠不會自然地長成 珠寶中的形狀——
那些鑽石經過切割 以展現閃耀和清晰度。
環境條件也影響是否會形成晶體。
玻璃由熔化的石英砂製成，
但玻璃不是結晶。
這是因為玻璃相對較快地冷卻，
而原子沒有時間
將自己排列成石英晶體的有序結構，
相反地，熔化玻璃中隨機排列的原子
是在冷卻時被鎖定。
許多晶體不會形成幾何形狀，
因為它們與其他晶體 生長在非常接近的區域。
像花崗岩一樣的岩石充滿了水晶，
但不具有可識別的形狀。
隨著岩漿的冷卻和凝固，
其中的許多礦物質 同時結晶和迅速耗盡空間。
某些水晶，如綠松石，
在大多數環境條件下 不會長成任何可辨別的幾何形狀，
即使空間足夠。
每個水晶的原子結構 都具有獨特的屬性，
雖然這些屬性可能 與人類的情感需求無關，
但它們確實在材料科學和醫學上 具有強大的應用功能。