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.