@ 令人目眩神迷的晶体洞--中国数字科技馆
专题
首页  >  专题  >  媒体视点  >  名刊精选  >  《科学画报》

《科学画报》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

由中国科学社于1933年8月创刊,距今已有80年的历史。《科学画报》在80年的办刊历程中,形成了通俗生动、图文并茂地介绍最新科技知识,形式多样地普及科学技术的特点,对提高广大群众的科学水平,启发青年爱好科学、投身科学事业起了很大的作用,当今的不少著名学者、教授、科学家,青少年时代都曾受到它的熏陶和启发。

文章数
分享到:

令人目眩神迷的晶体洞

2022-08-12 18:33:00

  鲁伊斯站在一口闷热的矿井里,听着手表滴答作响,默数着每一分每一秒。如果他在这里停留超过10分钟,极端的炎热和潮湿会要了他的命。

  当护目镜片上的蒸汽逐渐消失,眼前的景象变得清晰起来。这时,他惊讶得张大了眼睛——这个洞穴里满是巨大的晶体!有些甚至像电线杆一样高!

  庞大的晶体家族

  鲁伊斯是西班牙格拉纳达大学的教授,他的研究方向是晶体。此刻,他所在的位置是墨西哥奇瓦瓦附近的奈卡矿,他看到的这些晶体,是世界上最大的天然石膏晶体。

  晶体是分子按照一定规则重复排列构成的三维固体。它们形态各异,颜色和大小也不同。一提到“晶体”,我们往往会联想到雪花、珠宝、冰糖,其实晶体的种类远远不止这些。比如,厨房里必不可少的糖和盐,就是由一粒粒小小的晶体组成的;贝壳、蛋壳、珊瑚、珍珠能有美妙的色彩和线条,都源自组成它们的碳酸钙晶体;我们的骨骼里含有磷酸钙;牙齿的牙釉质的主要成分是磷灰石晶体。

  神奇的洞穴,巨大的晶体

  18世纪末,探矿者在奈卡山附近发现了矿产。当矿工们敲碎矿石表层去提取珍贵的银、锌、铅时,他们还不知道,一个令人震惊的秘密空间就藏在他们脚下。采矿作业持续了200多年。在2000年的一次爆破作业中,人们终于发现了这个令人震撼的“晶体洞”。

  在这个满是晶体的洞穴里,墙壁和天花板被铁锈颜色的氧化铁覆盖着,一片暗红;巨大的晶体柱子纵横交叉,俨然房梁一般,它们闪耀着玻璃似的光泽,被暗红色的背景衬得格外醒目。

  这些晶体是透石膏。透石膏无色、透明,还很脆,能被齐刷刷地切割成一条一条的。透石膏是我们熟知的石膏的变种。如果把石膏中的水分子脱除,就成为硬石膏。

  地下烤箱

  鲁伊斯想从晶体内部找到微小的气泡,并提取出气泡里的液体。他知道,虽然液体极其微量,但仍然能作为重要依据,让他推断出晶体形成时的气候条件。

  鲁伊斯好不容易找到了一个气泡,他小心翼翼地将晶体切开,采集其中的液体样本。没过多久,鲁伊斯就领教到了这里的厉害。洞穴里的湿度接近100%,流出的汗不仅不能蒸发,还会黏在皮肤表面,让身体的热量无处散发。汗水浸湿了他的衣服,顺着脸颊和脖子滴落下来。他开始心跳加快,脉搏、体温、血压也在升高,呼吸越来越困难。再这样下去,体内的器官就要“罢工”了。所以他现在必须出去了!

  然而一个气泡并不够。鲁伊斯需要采集更多液体样本,才能充分了解晶体是如何形成的。在如此纯净的晶体内部找到气泡是很不容易的,这意味着他和他的团队必须一次又一次地进入这个危险却迷人的洞穴。

  漫长的成长

  深入洞穴几十次之后,鲁伊斯得到了33个液体样本。分析之后,他还原出了这些晶体的“成长经历”。

  原来,这些晶体的形成要追溯到2000多万年前。那时,奈卡山下的岩浆房发生着剧烈的岩浆运动,地下水被加热到滚烫,并且逐渐灌满了洞穴。后来,这个“大锅炉”缓慢地降温至58℃,在这一温度下,硬石膏慢慢溶解,待溶液达到饱和之后,透石膏就从中结晶析出。洞穴里的温度几千年都没有变过,晶体也就越长越大。再后来,矿工们为了采矿,用水泵把地下水抽出,于是,这些巨大的晶体从热水中露了出来,向世人展露出真容。

  在实验室里,鲁伊斯将采集的晶体样本放入同样采集自洞穴中的液体样本中,让晶体在溶液中生长。借助高科技显微镜,他测得了晶体的生长速度。

  这是目前发现的长得最慢的晶体!根据计算,它们生长到一缕头发丝那么宽需要100年,而长成晶体洞里的巨型晶体,用了约50万年!

  晶体最终的形态与它的生长速度有很大关系。“温度变化的速率非常重要。在晶体洞里,因为水温降得非常缓慢,而且降温后一直保持稳定,再加上不断有硫酸盐从周围的岩石中补充到溶液里,所以晶体才能够长得这么大。”鲁伊斯解释道。如果水温降得比较快,那么现在洞穴里的就将是小小的晶体颗粒了。

  晶体洞的未来

  等到奈卡矿的矿产被开采殆尽之后,晶体洞会面临怎样的命运?现在,鲁伊斯等研究人员之所以能自由进出晶体洞,是因为地下水被矿工们用水泵抽走了。一旦采矿作业停止,没有人继续抽水,地下水将重新灌满洞穴。这些晶体将重新浸泡在热水里,继续茂盛地生长,成为更加壮丽、奇妙的景象。但是充满了热水的洞穴将再也无法进入。

  当然,研究人员也可以接过矿工们的接力棒,继续抽出地下水,那样晶体洞就可以继续敞开大门,成为一个天然的实验室。但是,没有地下水作为溶剂,洞穴中的晶体将不再生长,也不会有的新的晶体析出,如果地下水被抽尽,这个洞穴将坍塌、毁灭。

  最终会怎么样呢?谁也不知道。

本文来自《科学画报》

上一篇:酸甜苦辣咸,谁来说了算
下一篇:一个甜瓜引发的医学革命
©2011-2022 版权所有:中国数字科技馆
未经书面许可任何人不得复制或镜像
京ICP备11000850号-1 京公网安备11010502039775号
信息网络传播视听节目许可证0111611号
国家科技基础条件平台