Ako sa tvoria kryštály v jaskyniach?

Kryštály sa môžu vyvíjať v širokej škále tvarov a veľkostí, od kryštálov viditeľných iba pod mikroskopom až po týčiace sa obrovské kryštály tvorené tisíce rokov v špecializovaných podmienkach. Kryštály sa vyvíjajú prostredníctvom zložitej série stupňov, vyvíjajú sa okolo jadra, zhromažďujú materiál a zväčšujú sa, čím dlhšie sú ponechané v prostredí priaznivom pre kryštály.

Všetky kryštály sa tvoria ako výsledok dvoch procesov, ktoré sa nazývajú „nukleacia“ a „rast kryštálov“, v „presýtenom“ kvapalnom roztoku (kvapalina, v ktorej je niečo rozpustené; napríklad soľ). K tomu dôjde v jaskyni, ak je zaplavená jedným z týchto kvapalných roztokov tak dlho, ako stotisíc rokov. Prvý krok, nukleácia, nastane, keď sa skupiny molekúl vznášajúcich sa v roztoku začnú lepiť k sebe v stabilných zhlukoch. To, či sa zhluk molekúl stane stabilným, závisí od mnohých faktorov v roztoku, vrátane teploty a toho, či je „presýtený“.

Presýtenie nastane, keď roztok obsahuje viac rozpúšťacieho materiálu, ako dokáže rozpustiť. Napríklad ak budete v miešaní cukru do šálky kávy pokračovať, tekutina sa nakoniec „nasýti“ a nebude schopná rozpustiť ďalší cukor. Ak by ste pridali ešte viac cukru, kým by v káve neplávali častice, ktoré by sa nemohli rozpustiť, došlo by k presýteniu.

Spôsob, akým sa molekuly zlepujú počas nukleácie, hrá úlohu pri určovaní konečného tvaru kryštálu. K rastu kryštálov dochádza, keď stabilné zhluky v roztoku dosiahnu kritickú veľkosť (minimálne rozmery, ktoré musia molekuly kryštálov dosiahnuť, aby mohli pokračovať v raste bez rozpadu). Nukleácia pokračuje, pretože rast kryštálov sa vyvíja nad kritickú veľkosť a je poháňaný presýtením a poskytuje ďalšie molekuly, ktoré sa prilepia k jadru začínajúceho kryštálu. V závislosti na podmienkach v roztoku môže prevažovať tvorba jadier alebo rast kryštálov nad ostatnými a viesť k rôznym rozmerom kryštálov. Rast kryštálov alebo tvorba jadier pokračuje, až kým sa neskončí presýtenie alebo jaskyňa úplne nevyschne.

Mnoho rôznych typov riešení má schopnosť vyrábať rôzne druhy kryštálov. Napríklad kryštály soli vznikajú, keď sa soľ rozpustí vo vode a vysuší sa, ale aj iné materiály rozpustené v roztoku majú schopnosť tvoriť kryštály. Gálium a halit sú ďalšie materiály, o ktorých je známe, že kryštalizujú.

Kryštály soli môžete ľahko vytvoriť doma tak, že do vriacej vody pridáte soľ, až kým sa nestane presýtenou. Pomocou kúska lepenky pomôžte tvarom kryštálov; robí to tak, že poskytuje molekulám solí miesto na tvorbu jadier. Presýtený soľný roztok s kartónom umiestnite na slnko, kým nevyschne. To umožní, aby sa vytvorili malé kryštáliky.