Ученые наконец-то решили «проблему доломита»: 200 лет не могли разгадать загадку
Тайна, которая преследовала ученых в течение двух столетий, наконец-то раскрыта. Минерал доломит, который был обнаружен во многих древних горных породах, долгое время не удавалось создать в лабораторных условиях. И это при том, что ученые создавали те же условия, в которых он образовался в природе. Авторы исследования, опубликованного в журнале Science, смогли разгадать давнюю загадку и выяснили, как создать кристаллы доломита в лаборатории, пишет IFLScience.
Минерал доломит встречается в горных породах, которым более 100 млн лет. В его часть даже назван горный массив – Доломитовые Альпы. Доломит можно обнаружить в Италии, Австрии, Великобритании и США. Доломит составляет 30% классам минералов под названием карбонаты в коре Земли, но его нет в горных породах, которые образовались относительно недавно.
Впервые доломит обнаружили в 1792 году в древних горных породах в Альпах. Ученые пытались более 200 лет создать этот кристаллы минерала в лабораторных условиях, но это у них не получалось. Возникла парадоксальная ситуация, что это минерал существует в природе, но создать его в лаборатории нельзя. Эта ситуация получила название "проблема доломита". Но наконец-то эта проблема решена.
Кристаллы доломита в естественных условиях образуются на протяжении тысячелетий путем накопления слоев кальция и магния. Но есть одна проблема. Когда рядом есть вода, атомы кальция и магния случайным образом прикрепляются к растущим кристаллам доломита и создаются дефекты. Эти дефекты мешают правильному формированию слоев минерала, поэтому создание всего лишь одного упорядоченного слоя доломитовой породы занимает 10 млн лет.
Авторы исследования использовали новое программное обеспечение, чтобы создать модели всех возможных взаимодействий, которые происходят между атомами в растущем кристалле доломита.
По словам ученых, доломит будет расти быстрее, если будут чередоваться циклы роста с более низкой концентрацией кальция и магния. Большинство кристаллов хорошо растут в растворе, то есть там, где их атомные компоненты присутствуют на очень высоком уровне. Однако в случае доломита это приводит только к большему количеству дефектов и замедляет рост.
Ученые поместили кристалл доломита в раствор из кальция и магния и подвергли его ударам электронного луча, чтобы вызвать растворение кристалла. В результате дефектные участки кристалла были удалены, а нормальные участки стали более стабильными, что позволило кристаллу доломита вырасти. В результате ученые получили 300 новых слоев доломита, а сам кристалл вырос на 100 нанометров. Раньше в лаборатории могли создать не более 5 слоев.
Полученные результаты соответствуют тому, что можно наблюдать в природе. То есть циклы с большим количеством воды, там, где находятся доломитовые породы, сменяются более засушливыми циклами.
По словам ученых, поскольку неупорядоченные атомы менее стабильны, они растворяются первыми при промывании доломита водой. Если вода будет часто смывать появившиеся дефекты, то таким образом слои доломита могут формироваться всего за несколько лет.
Ученые говорят, что изучение того, как быстро выращивать бездефектные кристаллы, может иметь важное значение для производства полупроводников, солнечных панелей и батарей.
| Комментарии (0) |