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,
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 formarea 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 se 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 cristalele sau nu.
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 impactează nevoile emoţionale umane,
ele au aplicații importante în știință și medicină.