Wie bilden sich Kristalle in Höhlen?

Kristalle können sich in einer Vielzahl von Formen und Größen entwickeln, von Kristallen, die nur unter einem Mikroskop sichtbar sind, bis hin zu riesigen Riesenkristallen, die über Tausende von Jahren unter speziellen Bedingungen gebildet wurden. Kristalle entwickeln sich durch eine komplexe Reihe von Stadien, die sich um einen Kern herum entwickeln, Material sammeln und größer werden, je länger sie in einer kristallförderlichen Umgebung belassen werden.

Alle Kristalle entstehen als Ergebnis zweier Prozesse, die als "Keimbildung" und "Kristallwachstum" bezeichnet werden, in einer "übersättigten" flüssigen Lösung (einer Flüssigkeit, in der etwas gelöst ist; zum Beispiel Salz). Dies geschieht in einer Höhle, wenn sie hunderttausend Jahre oder länger mit einer dieser flüssigen Lösungen geflutet wird. Der erste Schritt, die Keimbildung, tritt auf, wenn Gruppen von Molekülen, die in einer Lösung schwimmen, beginnen, in stabilen Clustern zusammenzukleben. Ob ein Molekülcluster stabil wird, hängt von vielen Faktoren innerhalb der Lösung ab, einschließlich der Temperatur und ob er "übersättigt" ist.

Übersättigung tritt auf, wenn die Lösung mehr des sich auflösenden Materials enthält, als sie auflösen kann. Wenn Sie beispielsweise weiterhin Zucker in eine Tasse Kaffee rühren, wird die Flüssigkeit schließlich „gesättigt“ und kann keinen Zucker mehr auflösen. Eine Übersättigung würde auftreten, wenn Sie noch mehr Zucker hinzufügen, bis Partikel im Kaffee schwimmen und sich nicht auflösen können.

Die Art und Weise, wie die Moleküle während der Keimbildung zusammenkleben, spielt eine Rolle bei der Definition der endgültigen Form des Kristalls. Kristallwachstum tritt auf, wenn die stabilen Cluster in der Lösung eine kritische Größe erreichen (die minimalen Abmessungen, die die Kristallmoleküle erreichen müssen, um das Wachstum ohne Zerfall fortzusetzen). Die Keimbildung setzt sich fort, wenn sich das Kristallwachstum über die kritische Größe hinaus entwickelt und durch Übersättigung angetrieben wird, wodurch zusätzliche Moleküle bereitgestellt werden, die am Kern des jungen Kristalls haften bleiben. Abhängig von den Bedingungen in der Lösung kann die Keimbildung oder das Kristallwachstum überwiegen und zu Kristallen unterschiedlicher Größe führen. Das Kristallwachstum oder die Keimbildung setzt sich fort, bis die Übersättigung beendet ist oder die Höhle vollständig trocknet.

Viele verschiedene Arten von Lösungen haben die Fähigkeit, verschiedene Arten von Kristallen herzustellen. Salzkristalle treten beispielsweise auf, wenn Salz in Wasser gelöst und getrocknet wird, aber auch andere in einer Lösung gelöste Materialien haben die Fähigkeit, Kristalle zu bilden. Gallium und Halit sind andere Materialien, von denen bekannt ist, dass sie kristallisieren.

Sie können zu Hause leicht Salzkristalle bilden, indem Sie kochendes Wasser mit Salz übergießen, bis es übersättigt ist. Verwenden Sie ein Stück Pappe, um die Kristalle zu bilden; es tut dies, indem es den Salzmolekülen einen Platz zur Keimbildung bereitstellt. Legen Sie die übersättigte Salzlösung mit dem Karton in die Sonne, bis sie trocknet. Dadurch können sich kleine Kristalle bilden.