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.
Głęboko pod gejzerami i gorącymi źródłami Kaldery Yellowstone znajduje się komora magmy utworzona przez plamy gorąca w płaszczu Ziemi. Podczas ruchu ku powierzchni Ziemi magma się krystalizuje, tworząc młode, gorące skały magmowe. Ciepło tych skał wypycha wody gruntowe w kierunku powierzchni. W miarę stygnięcia wody jony wytrącają się w postaci kryształów mineralnych, w tym kryształów kwarcu z krzemu i tlenu, skalenia z potasu, glinu, krzemu i tlenu
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?
i galeny z ołowiu i siarki. Wiele z tych kryształów ma charakterystyczne kształty - weźmy kaskadę spiczastego kwarcu lub stos kostek galeny.
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.
Ale co sprawia, że ciągle przybierają takie kształty? Część odpowiedzi leży w ich atomach. Atomy każdego kryształu są ułożone w zorganizowany, zwielokrotniony wzór. który charakteryzuje kryształy, ale nie ogranicza się do minerałów. Piasek, lód, cukier, czekolada, ceramika, metale, DNA,
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.
a nawet niektóre płyny mają krystaliczne struktury. Układ atomowy każdego materiału krystalicznego należy do jednej z sześciu rodzin: sześciennej, tetragonalnej, rombowej, jednoskośnej, trójskośnej i sześciokątnej. W odpowiednich warunkach kryształy urosną w geometryczne kształty, które odzwierciedlą układ ich atomów. Weźmy galenę o sześciennej strukturze złożonej z atomów ołowiu i siarki. Względnie duże atomy ołowiu są ułożone w trójwymiarowej siatce pod kątem 90 stopni względem siebie, podczas gdy stosunkowo małe atomy siarki wpasowują się po środku. W miarę jak kryształ rośnie, takie miejsca przyciągają atomy siarki, podczas gdy ołów ma tendencję do wiązania się z tymi miejscami. Ostatecznie uzupełnią siatkę połączonych atomów. Oznacza to, że 90-stopniowy wzór siatki krystalicznej struktury galeny
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.
odbija się w widocznym kształcie kryształu. Kwarc ma sześciokątną krystaliczną strukturę. To znaczy, że na jednej płaszczyźnie jego atomy układają się w sześciokąty. W trzech wymiarach sześciokąty składają się z wielu splecionych piramid składających się z jednego atomu krzemu i czterech atomów tlenu. Charakterystyczny kształt kryształu kwarcu
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.
to sześciokątna kolumna ze spiczastymi końcami. W zależności od warunków otoczenia większość kryształów może uformować wiele geometrycznych kształtów. Przykładowo diamenty, powstające głęboko w płaszczu Ziemi, mają sześcienną krystaliczną strukturę i rosną w kostki lub ośmiościany. Kształt, w jaki wyrasta dany diament, zależy od warunków jego wzrostu, w tym ciśnienia, temperatury i środowiska chemicznego. Choć nie możemy obserwować ich wzrostu w płaszczu Ziemi, eksperymenty laboratoryjne częściowo dowiodły, że diamenty mają tendencję formowania kostek w niższych temperaturach i ośmiościanów w wyższych temperaturach. Śladowe ilości wody, krzemu, germanu lub magnezu mogą też wpływać na kształt diamentu. Diamenty nigdy nie wyrastają w naturze w kształty spotykane w biżuterii.
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.
Przycina się je tak, żeby uwidocznić ich blask i przejrzystość. Warunki środowiskowe mogą też wpłynąć na to, czy w ogóle tworzą się kryształy. Szkło składa się ze stopionego piasku kwarcowego, ale nie jest krystaliczne. Jest tak dlatego, że szkło ochładza się dość szybko, a atomy nie mają czasu na uporządkowanie się w strukturę kryształu kwarcu. Zamiast tego losowe rozmieszczenie atomów w stopionym szkle
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.
zostaje utrwalone podczas chłodzenia. Wiele kryształów nie tworzy geometrycznych kształtów, bo rośnie bardzo blisko innych kryształów. Skały takie jak granit są pełne kryształów, ale żaden z nich nie ma rozpoznawalnych kształtów. Gdy magma stygnie i krystalizuje, wiele minerałów krystalizuje jednocześnie i szybko zaczyna im brakować miejsca. Niektóre kryształy, takie jak turkus, nie formują żadnych wyraźnych kształtów w większości warunków środowiskowych,
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.
nawet przy wystarczającej przestrzeni. Struktura atomowa każdego kryształu ma unikalne właściwości. Choć właściwości te mogą nie zaspokajać ludzkich potrzeb emocjonalnych,