Vai akmeņi aug: kā dabā veidojas kristāli un kāpēc Naikas alā tie ir 11 metrus gari

Jā, akmeņi aug, tikai lēni un ne tā, kā aug augi. Meksikas Naikas alā ģipša kristāli karstā ūdenī pieauga aptuveni par mata resnumu simt gados, un lielākais no tiem izauga 11,4 metrus garš [1][2]. Tas ir tas pats minerāls, no kura izgatavo selenīta lampas un svečturus.

Vai akmeņi aug? Aug kristāli, un tie aug no ārpuses

Kristāls ir viela, kurā atomi sakārtoti stingrā, atkārtotā kārtībā. Tas sāk augt, kad ūdenī ir izšķīdis vairāk vielas, nekā ūdens spēj noturēt, un liekās daļiņas pievienojas jau esošam kristālam [3]. Tāpēc kristāls aug tikai no ārpuses, kārtu pa kārtai, un tā gludās skaldnes atspoguļo atomu kārtību iekšpusē. Kā šī kārtība nosaka akmens formu, lasiet rakstā par kristālu formām.

Ir arī akmeņi, kas pieaug kā vesels veidojums. Konkrēcija rodas nogulumos ap kādu kodolu, piemēram, fosiliju vai minerāla graudu: ūdens ap to nogulsnē cementējošu vielu, un konkrēcija aug no centra uz āru [4]. Tāds veidojums ir septārijs, kura plaisas vēlāk aizpildījis kalcīts [5]. Alās aug stalaktīti: piliens pie griestiem zaudē oglekļa dioksīdu, uz tā virsmas izgulsnējas plāna karbonāta kārtiņa, un katrs stalaktīts sāk augt kā doba caurulīte [6].

Kristāli dabā visbiežāk rodas trīs veidos:

No kā rodas	Kas notiek	Piemēri
Magma	Izkusis iezis atdziest, un atomi sakārtojas kristālos	granīta kvarcs un laukšpats, turmalīns, akvamarīns
Ūdens šķīdums plaisās un dobumos	Ūdens, bieži karsts, nogulsnē tajā izšķīdušās vielas	kalnu kristāls, ametists, pirīts
Iztvaikojošs sāļš ūdens	Ūdens iztvaiko, un izšķīdušais minerāls paliek	akmeņsāls jeb halīts, ģipsis, selenīts

Ceturtais ceļš ir metamorfisms: jau esošs iezis karstumā pārveidojas, un tajā rodas jauni minerāli. Tā radies lazurīts: kaļķakmenī vai marmorā netālu no magmas ielaušanās vietām minerāls lazurīts aizstāj daļu ieža [7].

No magmas: granīts, pegmatīti un obsidiāns

Jo lēnāk magma atdziest, jo lielāki izaug kristāli. Granīts sastingst dziļi zem zemes virsmas, un tā kvarca, laukšpata un vizlas graudi ir pietiekami lieli, lai tos saskatītu ar neapbruņotu aci [8]. Obsidiāns ir pretējs piemērs: lava atdzisa tik ātri, ka atomi nepaspēja sakārtoties kristālrežģī, un radās vulkānisks stikls [9]. Tāpēc obsidiāns ir mineraloīds, nevis minerāls, un tā lūzumam ir asas malas.

Vislielākie magmas kristāli aug pegmatītos. Magmas sastingšanas beigās tajā sakrājas ūdens, kurā izšķīduši joni. Ūdenī tie pārvietojas daudz brīvāk nekā kausējumā, tāpēc kristāli izaug lieli [10]. Pegmatītos ir dažas no pasaules labākajām turmalīna, akvamarīna un topāza atradnēm, un tur sastopams arī kunzīts, spodumēna rozā paveids [5][10]. Viens spodumēna kristāls Etas raktuvēs ASV Dienviddakotā bija 42 pēdas jeb ap 12,8 metrus garš un deva ap 90 tonnu spodumēna [10]. Tas bija pat garāks par Naikas lielāko kristālu.

No karsta ūdens: kalnu kristāls un pirīts

Daudzi minerāli aug no karsta ūdens, kas plūst pa plaisām iežos. Šāds šķīdums nes izšķīdušas vielas, un, mainoties temperatūrai vai ūdens sastāvam, tās izgulsnējas uz plaisu un dobumu sienām. Tā radušās slavenās kvarca atradnes Arkanzasā: ASV Ģeoloģijas dienests tās raksturo kā dobumu pildījumu, ko nogulsnējuši augšup plūstoši hidrotermāli šķīdumi [11]. Dzidrākais kalnu kristāls tur ir to kristālu galotnēs, kas auga netraucēti [11].

Šo dabisko procesu cilvēki ir iemācījušies atdarināt. Lielāko daļu kvarca kristālu elektronikai un optikai mūsdienās izaudzē laboratorijās no pārkarsēta ūdens, kurā izšķīdināts silīcija dioksīds [12]. Līdzīgā veidā audzē sintētisko ametistu, kas tirgū ir vismaz kopš 1970. gada un ķīmiski neatšķiras no dabīgā [5]. Kā atšķirt dabīgu akmeni no stikla un citām imitācijām, lasiet rakstā Kā atpazīt īstu kristālu.

Dažos kristālos var saskatīt to augšanas vēsturi. Fantoma kvarcā viens kristāls izaudzis pāri otram, un iekšpusē redzama iepriekšējās stadijas spokaina kontūra [13]. Pirīts veidojas gan augstā, gan zemā temperatūrā, un nogulumos tam vajag dzelzi, sēru un vidi, kurā ir maz skābekļa, tāpēc to bieži atrod tumšos, organiskām vielām bagātos slānekļos un oglēs [14]. Neapstrādātus pirīta un ametista paraugus ar dabīgām skaldnēm atradīsiet sadaļā Neapstrādāti akmeņi.

Ametista ģeodes: kāpēc akmens iekšpuse ir dobja

Ģeode ir apaļš akmens ar dobumu, kura sienas no iekšpuses klāj kristāli. Vulkāniskos iežos šis dobums bieži ir gāzes burbulis, kas palika lavā, kad tās virsma sastinga [4]. Vēlāk caur iezi plūstošs ūdens dobumā nogulsnēja ahāta kārtas un pēc tam kvarca kristālus, kas auga no sienām uz centru [4]. Tāpēc ģeode ir dobja: vispirms bija tukšums, un kristāli to pakāpeniski aizpildīja, bet bieži ne līdz galam.

Slavenākās ametista ģeodes nāk no Brazīlijas dienvidiem un kaimiņvalsts Urugvajas, kur tās atrodas bazalta lavas plūsmās [4]. Getingenes Universitātes vadīta pētnieku grupa 2024. gadā noskaidroja, ka Urugvajas ģeožu ametists kristalizējies pārsteidzoši zemā temperatūrā, tikai 15 līdz 60 °C, no ūdens, kas pēc sastāva līdzinās gruntsūdenim [15]. Dažas ģeodes tur ir augstākas par pieciem metriem [15]. Violeto krāsu ametistam piešķir dzelzs piejaukums kvarcā kopā ar dabisko radiāciju no apkārtējiem iežiem [16]. Ja ametistu karsē, krāsa mainās, un lielākā daļa tirgū pieejamā citrīna ir termiski apstrādāts ametists [5].

Ilgstoša saule var izbalināt ametista violeto toni, tāpēc drūzas nenovietojiet saulainā palodzē [5]. Ametista drūzas, arī ar plakanu pamatni, varat apskatīt sadaļā Drūzas un ģeodes.

No iztvaikojoša ūdens: akmeņsāls un selenīts

Kad sāļš ūdens iztvaiko, izšķīdušās vielas paliek un izkristalizējas. Halīts jeb akmeņsāls parasti rodas sausā klimatā, kur iztvaiko jūras ūdens, un mūsdienās tas veidojas, piemēram, ASV Lielajā Sālsezerā un Nāves jūrā [17]. Halītā nātrija un hlorīda joni sakārtoti kubiskā režģī, tāpēc no sāls šķīduma izaug kubiski kristāli [3][17].

Ģipsis ir izplatītākais sulfātu minerāls, un nogulumu kārtās to bieži atrod kopā ar halītu un anhidrītu [18]. Ģipša dzidro paveidu sauc par selenītu, bet šķiedraino par satīna špatu, un tieši no satīna špata parasti izgatavo selenīta stieņus un lampas [5]. Marokas Augstajā Atlasā pie Marrākešas triasa perioda slāņos ir lieli akmeņsāls un ģipša krājumi [19], un no dabīga Marokas selenīta ir arī mūsu veikala lampas. Tā kā ģipsis ūdenī lēnām šķīst, aptuveni 2 grami litrā, selenītu tīriet tikai ar sausu drāniņu [5]. Kā izvēlēties lampu un kur to novietot, lasiet rakstā Selenīta lampa, bet visus selenīta priekšmetus atradīsiet sadaļā Selenīts.

Naikas ala: kāpēc kristāli tur izauga 11 metrus gari

Naikas raktuvēs Meksikas ziemeļos, Čivavas štatā, ir viena no nozīmīgākajām svina un sudraba atradnēm pasaulē [20]. 2000. gadā divi brāļi kalnrači, urbjot tuneli gandrīz 300 metru dziļumā, atklāja kaļķakmens alu, kuru krustu šķērsu pildīja milzu ģipša kristāli [20][21]. Alu nosauca par Cueva de los Cristales jeb Kristālu alu. Tās kristāli ir līdz 11 metriem gari un līdz metram resni, daudz lielāki par jebkuru iepriekš atrastu ģipša kristālu [20].

Ilgi nebija skaidrs, kā šādi milži varēja izaugt. Spānijas un Meksikas pētnieki 2007. gadā noskaidroja, ka kristāli auga aptuveni 54 °C siltā, maz sāļā ūdenī, nedaudz zem 58 °C robežas, pie kuras anhidrīta un ģipša šķīdība ir vienāda [20]. Zem šīs robežas anhidrīts, kas raktuvēs bija nogulsnējies agrāk, kļuva nestabils un lēnām šķīda, un ūdenī nemitīgi nonāca kalcijs un sulfāts, no kuriem auga ģipsis [20][22]. Šķīdums bija tikai nedaudz pārsātināts, tāpēc jaunu kristālu dīgļu radās maz, un viela pievienojās tiem pašiem dažiem kristāliem [20].

Kristāli auga ārkārtīgi lēni. 2011. gadā pētnieki laboratorijā izmērīja, ka lēnākais Naikas ģipša augšanas ātrums ir 14 femtometri sekundē, tas ir, aptuveni viens nanometrs jeb metra miljardā daļa dienā [23]. Šādā tempā viens milimetrs izaug nedaudz vairāk nekā 2200 gados [23]. Spānijas Nacionālā pētniecības padome to salīdzināja ar mata resnumu simt gados un lēsa, ka daži alas kristāli auguši gandrīz miljonu gadu [1]. Pēc Proyecto Naica pētnieku 2009. gadā publicētā uzmērījuma lielākajam kristālam ir 11,40 metru garums, ap 5 kubikmetru tilpums un aplēstā masa ap 12 tonnām [2]. Bieži atkārtotie 12 metri ir noapaļojums, bet populāros avotos minētās 55 tonnas [22] vairākkārt pārsniedz aplēsi, kas aprēķināta pēc uzmērītā tilpuma.

Vai zinājāt? Tikai daži grādi izšķīra, vai alā izaugs milži vai tūkstošiem sīku kristālu. Pētnieku aprēķini rāda, ka 44 līdz 45 °C temperatūrā jauni kristāli sāktu veidoties dažu mēnešu vai pat dienu laikā [20]. Tāpēc tuvāk virszemei esošajā un vēsākajā Zobenu alā, Cueva de las Espadas, izauga daudz vairāk, bet mazāku kristālu [20].

Gaisa temperatūra alā pārsniedza 40 °C, un mitrums bija 90 līdz 100 %, tāpēc katrs apmeklējums draudēja ar karstuma dūrienu [21]. Raktuvju sūkņi ūdens līmeni turēja simtiem metru zemāk par dabisko [20], un 2015. gada oktobrī, kad ieguve bija beigusies, alu atkal ļāva appludināt [24]. Pētnieki jau 2007. gadā rakstīja, ka zem ūdens kristāli atsāks augt, tikai cilvēkiem tie vairs nebūs pieejami [20].

Sāls kristāli mājās: vienkāršs eksperiments

Kristālu augšanu var vērot arī virtuvē, un tas ir labs eksperiments kopā ar bērniem. Jums vajadzēs vārāmo sāli bez joda, destilētu ūdeni, stikla burku un seklu apakštasīti [3].

• Pieaugušais ieliek burkā metāla karoti, lai stikls no karstuma neplīstu, ielej karstu ūdeni un pa tējkarotei ber tajā sāli, maisot, līdz sāls vairs nešķīst un sāk krāties dibenā. Tas ir piesātināts šķīdums [3][25].
• Kad šķīdums nostājies, uzmanīgi pārlejiet dzidro daļu apakštasītē, neizšķīdušo sāli atstājot burkā [3].
• Novietojiet apakštasīti siltā vietā, kur to neviens neaizskars, un katru dienu to aplūkojiet. Ūdenim iztvaikojot, šķīdums kļūst pārsātināts, un pēc dažām dienām vai nedēļas parādās kristāli [3].
• Apskatiet tos ar palielināmo stiklu. Sāls kristāli ir kubiski, jo nātrija un hlorīda joni halītā sakārtoti taisnās rindās un kolonnās [3].
• Lai izaudzētu lielāku kristālu, izvēlieties skaistāko kubiņu, piesieniet to pie diega un iekariet svaigā piesātinātā šķīdumā, diegu nostiprinot pie zīmuļa virs glāzes. Kristāls augs vairākas dienas vai nedēļas [3].

Karstā ūdens dēļ šķīdumu gatavo pieaugušais, un bērni burku aiztiek tikai tad, kad tā atdzisusi līdz istabas temperatūrai [25]. Sāls kristālus neēdiet un pēc eksperimenta noslaukiet virsmas. Dabā darbojas tas pats princips: Naikas alā tikai nedaudz pārsātināts šķīdums un gandrīz nemainīga temperatūra simtiem tūkstošu gadu ļāva izaugt dažiem milžiem, nevis daudziem sīkiem kristāliem [20][22].

Biežākie jautājumi

Vai kristāli ir dzīvi?

Nē. Kristāls aug tāpēc, ka tā virsmai pievienojas jauni atomi no apkārtējā šķīduma vai kausējuma. Tam nav šūnu un vielmaiņas, un tas nevairojas kā dzīvas būtnes.

Cik ātri aug kristāli?

Ātrums atšķiras milzīgi. Sāls kristāli apakštasītē parādās dažu dienu laikā, bet Naikas ģipsis auga aptuveni par mata resnumu simt gados, un pēc pētnieku aplēsēm daži alas kristāli auguši gandrīz miljonu gadu.

Kāpēc ģeodes iekšpuse ir dobja?

Dobums bija pirms kristāliem: vulkāniskos iežos tas bieži ir gāzes burbulis sastingušā lavā. Ūdens dobumā nogulsnēja ahātu un kvarcu, kristāli auga no sienām uz centru un bieži to neaizpildīja līdz galam.

Cik liels ir lielākais kristāls Naikas alā?

Lielākais uzmērītais kristāls Kristālu alā ir 11,40 m garš, tā tilpums ir ap 5 m³ un aplēstā masa ap 12 tonnām. Bieži minētie 12 metri ir noapaļojums, bet 55 tonnas, ko min populāros avotos, vairākkārt pārsniedz aplēsi pēc uzmērītā tilpuma.

Vai selenīta lampa ir no tā paša minerāla kā Naikas kristāli?

Jā, abi ir ģipsis CaSO4·2H2O. Naikā auga dzidrais selenīts, bet lampas parasti izgatavo no šķiedrainā ģipša paveida, satīna špata, kas rada zīdaino mirdzumu.

Avoti

1. CSIC (Spānijas Nacionālā pētniecības padome). Un estudio del CSIC mide la velocidad de crecimiento de los cristales gigantes de Naica (preses relīze, 13.09.2011). https://csic.es/sites/default/files/d7/noticias/Nota%2520de%2520prensa_159.pdf
2. Badino, G. u. c. The Naica Caves Survey. 15th International Congress of Speleology, 2009. https://laventa.it/documenti/naica-ics2009_36847.pdf
3. Penn State MRSEC. Growing Crystals (aktivitāte bērniem). https://www.mrsec.psu.edu/education-outreach/public/nano-activities-kids/liquid-metal/growing-crystals
4. Geology.com. Geodes: How Do They Form? https://geology.com/articles/geodes/
5. FREQUENCIES akmeņu enciklopēdija: septārijs, kunzīts, ametists, citrīns, selenīts (dati pārbaudīti pēc GIA, Mindat, geology.com). https://frequencies.lv/enciklopedija/
6. U.S. National Park Service. Speleothems. https://www.nps.gov/subjects/caves/speleothems.htm
7. Geology.com. Lapis Lazuli. https://geology.com/gemstones/lapis-lazuli/
8. Geology.com. Granite. https://geology.com/rocks/granite.shtml
9. Geology.com. Obsidian. https://geology.com/rocks/obsidian.shtml
10. Geology.com. Pegmatite. https://geology.com/rocks/pegmatite.shtml
11. Engel, A. E. J., 1946. The quartz crystal deposits of western Arkansas. Economic Geology 41(6) (USGS publikāciju datubāze). https://www.usgs.gov/publications/quartz-crystal-deposits-western-arkansas-0
12. Geology.com. Quartz. https://geology.com/minerals/quartz.shtml
13. Minerals.net. Quartz. https://www.minerals.net/mineral/quartz.aspx
14. Geology.com. Pyrite. https://geology.com/minerals/pyrite.shtml
15. Getingenes Universitāte. Mystery of Uruguay’s amethyst geodes (preses relīze, 01.10.2024). https://uni-goettingen.de/en/3240.html?id=7555
16. HyperPhysics (Georgia State University). Amethyst (citē Mineralogical Society of America). https://hyperphysics.gsu.edu/hbase/Minerals/amethyst.html
17. Geology.com. Halite. https://geology.com/minerals/halite.shtml
18. Geology.com. Gypsum. https://geology.com/minerals/gypsum.shtml
19. Deposits Magazine. Triassic salt in the High Atlas of Morocco (2016). https://depositsmag.com/2016/11/17/triassic-salt-in-the-high-atlas-morocco/
20. García-Ruiz, J. M. u. c. Formación de megacristales naturales de yeso en Naica, México. Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, 2007 (spāņu versija rakstam žurnālā Geology 35(4)). https://www.redalyc.org/pdf/943/94320861005.pdf
21. National Geographic Magazine. Neil Shea, Cave of Crystal Giants (2008, arhīva kopija). https://web.archive.org/web/20090906092603/https://ngm.nationalgeographic.com/2008/11/crystal-giants/shea-text/1
22. National Geographic. Giant Crystal Cave’s Mystery Solved (2007). https://www.nationalgeographic.com/science/article/giant-crystal-cave-mexico-mystery-solved
23. Live Science. Cave’s Giant Crystals Take Eons to Grow (par Van Driessche u. c., PNAS 2011). https://www.livescience.com/30772-giant-crystals-grow-slowly.html
24. Wikipedia. Cave of the Crystals. https://en.wikipedia.org/wiki/Cave_of_the_Crystals
25. Salt Association (UK). How to Grow a Salt Crystal. https://saltassociation.co.uk/education/chemistry-salt/how-to-grow-salt-crystal/