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.