Драгоценные камни в недрах Земли могут вырастать за пару часов

Сотрудники Университета Райса показали, что крупные кристаллы драгоценных минералов могли сформироваться при охлаждении магмы всего за несколько часов, а чтобы вырасти до гигантских размеров им потребовалась пара дней.

Изумруды, гранаты и топазы —одни из самых популярных драгоценных камней. Геологи показали, что кристаллы этих материалов могли вырасти в недрах Земли на несколько часов.

Аквамарин, изумруд, гранат, циркон и топаз — это лишь некоторые из минералов, встречающихся в пегматитах. Пегматиты представляют собой похожие на жилы образования, которые обычно содержат как крупные кристаллы драгоценных пород, так и труднодоступные элементы, такие как тантал и ниобий. Кроме того, в пегматитах можно найти литий — ключевой элемент для производства аккумуляторов.

Кристаллы в недрах Земли образуются из расплава — магмы. Причем их размер сильно зависит от скорости остывания расплава. Если охладить магму быстро, получится много мелких кристаллов, так как центры кристаллизации не успеют набрать достаточную массу. Если же делать это медленно — в течение сотен или даже тысяч лет, — то из магмы будут образовываться крупные камни, которые сегодня находят в пегматитах.

Иногда в пегматитах находят поистине гигантские кристаллы весом до 37 тонн. Но скорость охлаждения этих структур очень быстрая: они могут остыть буквально за несколько лет. Как же тогда в них возникают такие большие кристаллы? Ответ на этот вопрос нашли исследователи из Университета Райса. Они потратили три года на сбор образцов пегматитов и математическое моделирование процесса их кристаллизации.

В результате ученые составили математическую модель, которая способна предсказать скорость роста кристаллов в зависимости от их химического состава. Оказалось, что важнейшую роль в процессе роста играет вода. Пегматиты образуются там, где куски земной коры втягиваются вниз и превращаются в расплавленную мантию.

Любая вода, попавшая в кору, становится частью расплава, и по мере того, как расплав поднимается и охлаждается, он дает начало многим видам минералов. Каждый из них образуется и осаждается при своей температуре и давлении. Но вода остается в минерале, а со временем ее массовый процент в расплаве увеличивается. В конце концов воды становится так много, что расплав превращается в раствор. А в растворе, как известно, выше диффузия и скорость перемещения атомов, поэтому скорость роста кристаллов сильно увеличивается.