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.
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.
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?
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?
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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,
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.
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,