Was sind Kristalle?
Fabelhafter Quarz mit Dumortierit-Einschlüssen aus Brasilien. Foto Timothy Paul.
Kristalle
Kristalle sind die äußere Form der inneren Ordnung eines Minerals. Nahezu jedes Gestein der Erde besteht aus Mineralien, von denen jedes als Naturstoff mit einer genauen Rezeptur und Anordnung von Atomen definiert ist.
Es ist wichtig zu wissen, dass jedes Mineral, ob es nun wie ein Kristall aussieht oder nicht, im Inneren kristallisiert ist. Die äußere Form eines Kristalls hat eine komplizierte Beziehung zu dieser inneren Struktur. Das Innere ist der wichtige Teil - wie die verschiedenen Atome des Minerals zusammenpassen.
Jedes Mineral kann als Zusammenstellung von Elementarzellen modelliert werden. Die Elementarzelle ist die kleinste Gruppe von Atomen, die die gesamte Chemie des Minerals aufweisen würde, und entspricht der Formel des Minerals. Halit, NaCl, hat also eine Elementarzelle, die aus einem Natrium- und einem Chloratom besteht.
Komplizierte Mineralien wie Glimmer oder die Tone haben größere. So wie ein Obsthaufen im Laden eines Lebensmittelhändlers zum Teil durch die allgemeine Form der jeweiligen Frucht bestimmt wird, ist das Muster, das die ineinandergreifenden Elementarzellen in einem Mineral bilden, ein wichtiger Hinweis auf die äußere Form der Mineralien dieses Minerals.
Die innere Struktur eines Kristalls wird mit Röntgenstrahlen bestimmt, bei denen es sich um Licht einer extrem kleinen Wellenlänge handelt. Die Wellenlänge der Röntgenstrahlung ist so klein, dass sie aus Reihen und Ebenen von Atomen innerhalb eines Kristalls genauso leicht reflektiert werden können wie sichtbares Licht von Spiegeln reflektiert wird.
Denken Sie an die geordneten Atome - das molekulare Gitter - eines Kristalls wie die Anordnung von Bäumen in einem Obstgarten, wenn Sie vorbeifahren. Die Bahnen, die Sie durch diese Bäume laufen sehen, einige sind breit und einige schmal, gleichen den Merkmalen, die Röntgenstrahlen reflektieren, wenn sie durch das Mineralgitter scheinen.
Das Gitter eines Obstgartens ist einfach. Die Gitter der Mineralien sind von einfach bis sehr komplex und sie sind Teil dessen, was das Wachstum von Kristallen bestimmt. In den meisten Gesteinen können Mineralien nur wachsen, bis sie auf die Körner treffen, die sie umgeben. Wenn sie also kristallin sind, können sie die äußere Form, die wir als Kristalle betrachten, nicht ausdrücken.
Kristalle brauchen einen Raum, eine Leere, um sie herum, bevor sie die flachen Gesichter bilden können, die wir schätzen. Aber wenn sie diesen Raum haben, sei es, weil sie die ersten Mineralien sind, die sich in einem Magma bilden, oder weil sie in einer Art Öffnung wachsen, bekommen sie Formen, die Kristallographen jahrhundertelang studiert haben. Die äußeren Formen der Kristalle spiegeln nicht nur ihre innere Struktur wider, sondern auch die Details der Umgebung um sie herum, während sie wachsen.
Die einfachste Regel für Kristalle wurde erstmals 1667 von Nicolaus Steno beschrieben: Unabhängig von der Form haben Kristalle eines Minerals immer die gleichen Winkel zwischen den Gesichtern. Dies sind direkte Hinweise auf die innere Struktur - die tatsächliche Kristallinität - eines Minerals, aber es sind Hinweise, die wir nicht vollständig verstehen konnten, bis sich Physik und Chemie im 20. Jahrhundert weiterentwickelten. Es bedarf einiger Arbeit, um Kristalle besser zu verstehen, wie Geologen sie verstehen. Dieser Artikel bringt Sie nur an die Schwelle des Themas.
