Раскрыт секрет кристаллов Доломитовых Альп

ЮНЕСКО включил их в список объектов всемирного наследия, однако для геологов Доломиты всегда представляли собой научную загадку, решение которой только сейчас начинает проясняться. По сути, после почти двух веков исследований была разгадана тайна образования кристаллов доломита - минерала, из которого они состоят.

Их рост впервые воспроизведен в лабораторных условиях с помощью сложного механизма, который разрушает существующие теории образования кристаллов и может открыть неожиданное окно в геологическую историю нашей планеты. Результат, которому посвящена обложка журнала Science, был получен исследователями из Мичиганского университета в сотрудничестве с Университетом Хоккайдо (Япония).

"Доломит часто называют минералом, которого не должно быть, просто потому, что до сих пор никто не смог понять, как он образуется при низких температурах. Однако это человеческий парадокс, поскольку природа точно знает, как кристаллизовать этот минерал, составляющий 30% карбонатных осадочных пород планеты, и доломиты нам это доказывают", - говорит Андреа Дини, исследователь из Института геонаук и георесурсов Национального исследовательского совета (CNR-Igg).

Доломит, состоящий из карбоната кальция и магния, очень распространен в самых древних геологических формациях, в то время как в настоящее время он образуется только в природных средах с колебаниями pH или солености. "Например, в Персидском заливе, - напоминает эксперт, - и в других регионах, где происходит сильное испарение".

Обычно минеральные кристаллы образуются путем выпадения осадков в пересыщенных растворах (т.е. содержащих избыток солей). Это похоже на то, как если бы мы положили слишком много соли в кипящую воду: если снять кастрюлю с огня и дать ей остыть, то мы увидим, что нерастворенная соль оседает и кристаллизуется. Доломит, - поясняет Дини, - единственный минерал, который не подчиняется этому правилу". На протяжении десятилетий предпринимались различные попытки воспроизвести его кристаллы в лабораторных условиях при температурах ниже 60 градусов Цельсия, но при этом получался лишь намек на выпадение осадка, без реального роста кристаллов.

Чтобы выйти из тупика, исследователи под руководством Джунсу Кима изменили стратегию, попробовав варьировать уровень насыщенности раствора. С помощью численного моделирования и экспериментов с просвечивающим электронным микроскопом они показали, что для роста кристаллов доломита необходимы повторяющиеся колебания насыщенности раствора, из которого они формируются. На практике, при многократном переходе от пересыщенного раствора к недосыщенному, запускается циклический механизм кристаллизации и растворения, который приводит к укрупнению кристаллов.

Это открытие открывает новые вопросы о том, как эти колебания происходят в природе в геологических масштабах времени и какие факторы влияют на процесс, который может привести к образованию таких грандиозных образований, как Доломиты. "Если бы мы смогли лучше понять время, в течение которого происходит кристаллизация доломита, - заключает Дини, - мы могли бы даже использовать его в качестве хронометра для измерения геологического времени и лучшего понимания истории Земли".