كيف تتشكل البلورات في الكهوف؟

يمكن أن تتطور البلورات في مجموعة واسعة من الأشكال والأحجام ، بدءًا من البلورات المرئية فقط تحت المجهر إلى البلورات العملاقة الشاهقة التي تشكلت على مدى آلاف السنين في ظروف خاصة. تتطور البلورات عبر سلسلة معقدة من المراحل ، وتتطور حول نواة ، وتجمع المواد وتنمو بشكل أكبر كلما تركت في بيئة مواتية للبلورات.

تتشكل جميع البلورات نتيجة عمليتين ، تسمى "النواة" و "النمو البلوري" ، في محلول سائل "مفرط التشبع" (سائل به شيء مذاب فيه ؛ على سبيل المثال ، ملح). سيحدث هذا في كهف إذا غمره أحد هذه المحاليل السائلة لمدة تصل إلى مائة ألف سنة أو أكثر. تحدث الخطوة الأولى ، التنوي ، عندما تبدأ مجموعات الجزيئات العائمة في المحلول في الالتصاق معًا في مجموعات مستقرة. تعتمد إمكانية استقرار مجموعة الجزيئات على العديد من العوامل داخل المحلول ، بما في ذلك درجة الحرارة وما إذا كان "مفرط التشبع".

يحدث التشبع الفائق عندما يحتوي المحلول على مادة تذوب أكثر مما يمكن أن تذوب. على سبيل المثال ، إذا واصلت تقليب السكر في فنجان من القهوة ، فسوف يصبح السائل في النهاية "مشبعًا" وغير قادر على إذابة المزيد من السكر. يحدث التشبع الفائق إذا أضفت المزيد من السكر حتى تطفو الجزيئات في القهوة ، ولا يمكن إذابتها.

تلعب الطريقة التي تلتصق بها الجزيئات معًا أثناء التنوي دورًا في تحديد الشكل النهائي للبلورة. يحدث النمو البلوري عندما تحقق المجموعات المستقرة في المحلول حجمًا حرجًا (الأبعاد الدنيا التي يجب أن تصل إليها جزيئات البلورات لمواصلة النمو دون تفكك). يستمر التنوي مع تطور نمو البلورات بما يتجاوز الحجم الحرج ويقوده التشبع الفائق ، مما يوفر جزيئات إضافية للالتصاق بنواة البلورة الوليدة. اعتمادًا على الظروف داخل المحلول ، قد يكون التنوي أو نمو البلورات سائدًا على الآخر وينتج عنه بلورات مختلفة الحجم. يستمر نمو البلورات أو التنوي حتى ينتهي التشبع الفائق أو يجف الكهف تمامًا.

العديد من أنواع المحاليل المختلفة لديها القدرة على إنتاج أنواع مختلفة من البلورات. على سبيل المثال ، تحدث بلورات الملح عندما يذوب الملح في الماء ويجفف ، لكن المواد الأخرى المذابة في المحلول لديها القدرة على تكوين بلورات أيضًا. الغاليوم والهاليت من المواد الأخرى المعروف أنها تتبلور.

يمكنك بسهولة تكوين بلورات الملح في المنزل عن طريق إضافة الملح إلى الماء المغلي حتى يصبح مفرط التشبع. استخدم قطعة من الورق المقوى للمساعدة في تكوين البلورات ؛ يقوم بذلك عن طريق تزويد جزيئات الملح بمكان تنوي. ضع محلول الملح المفرط مع الورق المقوى في الشمس حتى يجف. سيسمح هذا بتكوين بلورات صغيرة.