Давняя геологическая загадка: ученые решили 200-летнюю "проблему доломита"

В течение 200 лет ученым не удавалось создать доломит в лаборатории в условиях, которые, как считается, сформировали этот минерал естественным путем. Теперь же американским и японским ученым наконец-то удалось это сделать благодаря новому методу, созданному на основе атомного моделирования. Этот успех раскрывает давнюю геологическую загадку и может помочь в создании новых кристаллических материалов. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science, пишет Forbes.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Доломит был впервые описан как минерал в 1792 году швейцарским ученым Никола де Соссюром после анализа некоторых образцов горных пород, собранных в горах Италии и Австрии. Доломит, который является карбонатом калия и магния очень распространен в морских отложениях возрастом более 100 млн лет. Но как ни странно, в настоящее время он образуется случайно при испарении соленой воды, и его практически невозможно создать в лабораторных условиях. Парадокс, когда редко встречающийся минерал, образующий залежи толщиной в километр и формирующий целые ландшафты, невозможно создать в лаборатории, ученые назвали "проблемой доломита".

Секрет создания доломита в лабораторных условиях был раскрыт с помощью нового программного обеспечения, которое может моделировать, как атомы образуют стабильную кристаллическую сеть. В отличие от предыдущих моделей, новый метод также учитывает изменения в атомной структуре с течением времени.

Поместив крошечный кристалл доломита, действующий как "зерно" для дальнейшего роста кристаллов, в раствор кальция и магния, ученые воссоздали необходимые циклические условия с помощью электронного луча, который бил по кристаллу 4000 раз в течение двух часов. Этот луч расщепляет раствор, в результате чего образуется кислота, которая удаляет нестабильные участки, но оставляет стабильные нетронутыми. Пустоты в кристаллической структуре быстро заполняются атомами магния и кальция и создают ряды атомов, необходимые для образования доломита. В результате кристалл доломита вырос примерно на 100 нанометров. Хотя это было всего лишь 300 слоев доломита, никогда раньше в лаборатории ученые не создавали более 5 слоев доломита.

В естественных условиях кальций и магний случайным образом прикрепляются к растущим кристаллам доломита, и часто они застревают не там, где нужно. Из-за этого возникают дефекты, которые препятствуют образованию дополнительных слоев доломита. Это замедляет рост доломита, а значит, что для образования хотя бы одного слоя упорядоченного доломита потребуется 10 млн лет.

Поскольку неупорядоченные атомы менее стабильны, чем атомы в правильном положении, они растворяются первыми при промывании минерала водой. Многократное смывание этих дефектов, например, дождем или приливом, позволяет сформировать слой доломита всего за несколько лет.

Это решение "проблемы доломита" обеспечивает новый подход к разработке и созданию кристаллических материалов, которые широко используются в современных технологиях, таких как полупроводники и солнечные панели.

Как уже писал Фокус, магнитное поле Земли находится на грани переворота. Ученые рассказали, когда это произойдет. Это движение магнитных полюсов может привести к изменению земного климата и повлияет на работу современных технологий, считают ученые.