Давня геологічна загадка: вчені вирішили 200-річну "проблему доломіту"

Протягом 200 років ученим не вдавалося створити доломіт у лабораторії в умовах, які, як вважається, сформували цей мінерал природним шляхом. Тепер же американським і японським ученим нарешті вдалося це зробити завдяки новому методу, створеному на основі атомного моделювання. Цей успіх розкриває давню геологічну загадку і може допомогти у створенні нових кристалічних матеріалів. Результати дослідження були опубліковані в журналі Science, пише Forbes .

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Доломіт був уперше описаний як мінерал у 1792 році швейцарським ученим Нікола де Соссюром після аналізу деяких зразків гірських порід, зібраних у горах Італії та Австрії. Доломіт, який є карбонатом калію і магнію, дуже поширений у морських відкладеннях віком понад 100 млн років. Але як не дивно, нині він утворюється випадково під час випаровування солоної води, і його практично неможливо створити в лабораторних умовах. Парадокс, коли рідкісний мінерал, що утворює поклади товщиною в кілометр і формує цілі ландшафти, неможливо створити в лабораторії, вчені назвали "проблемою доломіту".

Секрет створення доломіту в лабораторних умовах було розкрито за допомогою нового програмного забезпечення, яке може моделювати, як атоми утворюють стабільну кристалічну мережу. На відміну від попередніх моделей, новий метод також враховує зміни в атомній структурі з плином часу.

Помістивши крихітний кристал доломіту, що діє як "зерно" для подальшого зростання кристалів, у розчин кальцію і магнію, вчені відтворили необхідні циклічні умови за допомогою електронного променя, який бив по кристалу 4000 разів протягом двох годин. Цей промінь розщеплює розчин, внаслідок чого утворюється кислота, яка видаляє нестабільні ділянки, але залишає стабільні недоторканими. Порожнечі в кристалічній структурі швидко заповнюються атомами магнію і кальцію і створюють ряди атомів, необхідні для утворення доломіту. У результаті кристал доломіту виріс приблизно на 100 нанометрів. Хоча це було всього лише 300 шарів доломіту, ніколи раніше в лабораторії вчені не створювали понад 5 шарів доломіту.

У природних умовах кальцій і магній випадково прикріплюються до зростаючих кристалів доломіту, і часто вони застряють не там, де потрібно. Через це виникають дефекти, які перешкоджають утворенню додаткових шарів доломіту. Це уповільнює ріст доломіту, а отже, для утворення хоча б одного шару впорядкованого доломіту знадобиться 10 млн років.

Оскільки невпорядковані атоми менш стабільні, ніж атоми в правильному положенні, вони розчиняються першими при промиванні мінералу водою. Багаторазове змивання цих дефектів, наприклад, дощем або припливом, дає змогу сформувати шар доломіту всього за кілька років.

Це розв'язання "проблеми доломіту" забезпечує новий підхід до розроблення та створення кристалічних матеріалів, які широко використовуються в сучасних технологіях, таких як напівпровідники та сонячні панелі.

Як уже писав Фокус, магнітне поле Землі перебуває на межі перевороту. Вчені розповіли, коли це станеться. Цей рух магнітних полюсів може призвести до зміни земного клімату і вплине на роботу сучасних технологій, вважають вчені.