Hvordan dannes krystaller i huler?

Krystaller kan udvikle sig i en lang række former og størrelser, fra krystaller, der kun er synlige under et mikroskop, til tårnhøje gigantiske krystaller, der er dannet gennem tusinder af år under specielle forhold. Krystaller udvikler sig gennem en kompleks række faser, der udvikler sig omkring en kerne, samler materiale og vokser sig større jo længere de er tilbage i et krystalfremmende miljø.

Alle krystaller dannes som et resultat af to processer, kaldet "kimdannelse" og "krystalvækst", i en "overmættet" flydende opløsning (en væske med noget opløst i sig; for eksempel salt). Dette vil forekomme i en hule, hvis den oversvømmes med en af ​​disse flydende opløsninger i så længe som hundrede tusind år eller mere. Det første trin, kimdannelse, opstår, når grupper af molekyler, der flyder i en opløsning, begynder at klæbe sammen i stabile klynger. Hvorvidt en klynge af molekyler bliver stabil, afhænger af mange faktorer i opløsningen, herunder temperatur, og om den er "overmættet."

Overmætning opstår, når opløsningen indeholder mere af det opløselige materiale, end det kan opløses. For eksempel, hvis du fortsætter med at røre sukker i en kop kaffe, bliver væsken til sidst "mættet" og ude af stand til at opløse mere sukker. Overmætning ville forekomme, hvis du tilføjede endnu mere sukker, indtil partikler svævede i kaffen og ikke kunne opløses.

Den måde, hvorpå molekylerne holder sammen under kimdannelse, spiller en rolle i at definere den eventuelle form af krystallen. Krystalvækst opstår, når de stabile klynger i opløsningen opnår kritisk størrelse (de mindste dimensioner, som krystalmolekylerne skal nå for at fortsætte væksten uden at gå i opløsning). Nuklering fortsætter, når krystalvækst udvikler sig ud over kritisk størrelse og drives af overmætning, hvilket giver yderligere molekyler til at holde sig til kernen i den spirende krystal. Afhængigt af forholdene i opløsningen kan kimdannelse eller krystalvækst være fremherskende i forhold til den anden og resultere i krystaller med forskellig størrelse. Krystalvækst eller kimdannelse fortsætter, indtil overmætning er afsluttet, eller hulen tørrer helt.

Mange forskellige typer opløsninger har evnen til at producere forskellige krystaltyper. For eksempel forekommer saltkrystaller, når salt opløses i vand og tørres, men andre materialer opløst i en opløsning har også evnen til at danne krystaller. Gallium og halit er andre materialer, der vides at krystallisere.

Du kan let danne saltkrystaller derhjemme ved at tilsætte salt til kogende vand, indtil det bliver overmættet. Brug et stykke pap til at hjælpe krystaller med at forme sig; det gør det ved at give saltmolekylerne et sted at nukleere. Anbring den overmættede saltopløsning med pap i solen, indtil den tørrer. Dette tillader, at der dannes små krystaller.