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.