地球在几分钟内生长细宝石 - 在一些冷却岩浆中，晶体可以长达3英尺

巴西翡翠在石英 - PEGMATITE基质中。

根据赖斯大学的新研究，罗马没有建立在一天，但地球最好的宝石是。

海蓝宝石，祖母绿，石榴石，锆石和黄玉，但大部分结晶矿物质主要在Pegmatites中发现，veinlike地层通常含有大晶体和粘性的元素，如钽和铌。另一个常见的发现是锂电，电动汽车电池的重要组成部分。

“这是了解地球在某些地方和矿物质中如何集中锂的一步，”在自然通信网上发表的一项研究的研究生帕特里克菲尔普斯说。“如果我们能够理解Pegmatite增长率的基础知识，它朝着了解如何以及它们所形成的整体情况的方向一步。”

在地球内部岩浆冷却时，佩格麦特是形成的，它们具有一些地球最大的晶体。例如，南达科他州的ETTTA矿井具有富含锂的锭剂的数量晶体，包括在估计37吨的长度中长度为42英尺。菲尔普斯的研究，赖斯的Cin-Ty Lee和南加州地质学家道格拉斯莫顿试图回答一个有长期闻名矿物学家的问题：这种大晶体如何在佩格麦蒂斯？

在加利福尼亚州的斯图尔特利尼亚矿的一家石英佩格麦特内的黑色电气石去粉红色的电气石。

“在岩浆矿物中，水晶尺寸传统上与冷却时间相关联，”赖斯的哈里卡罗斯·米，环境和行星科学系的地质和主席教授李，米，环境和行星科学系。“这个想法是，大型水晶需要时间成长。”

例如，在爆发的熔岩中迅速冷却的岩浆，含有微观晶体。但相同的岩浆，如果冷却成数千年，则李说，可能有厘米尺寸的晶体。

“Pegmatites相对较快地冷却，有时在几年内，但它们在地球上有一些最大的水晶，”他说。“大问题真的，”那呢？“

当菲尔普斯开始研究时，他最直接的问题是如何制定一套允许他，李和莫顿回答大问题的一系列测量。

“这是一个问题，”我们可以淘汰他们实际增长的速度吗？“菲尔普斯说。“我们可以使用跟踪元素 - 不属于石英晶体的元素 - 以p out增长率吗？”

花了三年多的时间，一个实地考察从南加利福尼亚州的佩格麦特矿的样品晶体收集样品晶体，以便精确地将样品的化学成分和深层映射到大约50岁的材料科学论文中创建一种可以将化学分布转变为晶体生长速率的数学模型。

赖斯大学研究生帕特里克菲尔普斯使用阴极发光显微镜测量样品晶体的化学成分。

“我们检查了半英寸宽，长短一英寸的晶体，”菲尔普斯说。“我们展示了几个小时的成长，并且没有什么意义的，没有什么意思，物理学在较大的晶体中的较大晶体中的长度或更长时间。根据我们发现的，较大的水晶可以在几天内生长。“

Pegmatites形式的地壳的碎片被吸入并在行星的熔渣里再循环。任何被困在地壳中的水都变成了熔体的一部分，随着熔体升起和冷却，它会产生多种矿物质。每种形式并在特征温度和压力下沉淀出熔体。但水仍然在逐步提高较高百分比的冷却熔体。

“最终，你可以留下这么多的水，它变得比熔融统治的流体更多样，”菲尔普斯说。“这种水中混合物中的剩余元件现在可以更快地移动。流体中的化学扩散速率要快得多，并且流体倾向于更快地流动。因此，当晶体开始形成时，元素可以更快地达到更快，这意味着它可以增长更快。“

晶体是有序排列原子。当原子自然地基于其化学性质和能量水平时，它们形成它们的形式。例如，在菲尔普斯收集他的石英样品的矿井中，许多晶体形成在似乎是在柚子仍然形成时打开的裂缝。

“你看到这些弹出并穿过佩格麦特塔蒂本身的层，几乎像静脉内的静脉一样，”菲尔普斯说。“当那些裂缝打开时，快速降低压力。所以流体冲进，因为一切都在扩张，压力急剧下降。突然间，融化中的所有元素现在都很困惑。他们不想再处于身体状态，而且他们迅速开始融入水晶。“

CIN-TY LEE。

为了破译样品晶体生长的速度，菲尔普斯使用了阴极发光显微镜和激光烧蚀，以质谱法测量在生长期间在数十个点中掺入晶体基质中的精确量。从20世纪中期的材料科学家完成的实验工作，菲尔普斯能够解读这些型材的增长率。

“有三个变量，”他说。“有可能带入的可能性。这是分区系数。晶体增长的快速增长，增长率。然后有扩散率，所以元素营养素的速度如何延伸到晶体中。“

菲尔普斯表示，快速增长率非常惊讶。

“Pegmatites非常短暂，所以我们知道他们必须相对较快地发展，”他说。“但我们展示了比任何人都更快的数量级数。

“当我终于得到了这些数字中的一个时，我记得进入Cin-Ty的办公室，并说，'这是可行的吗？我不认为这是正确的。“菲尔普斯回忆道。“因为在我的脑海里，我仍然思考了一千岁的时间。这些数字是意义几天或几小时。

“而Cin-Ty说，'好吧，为什么不呢？为什么不能是对的？“菲尔普斯说。“因为我们做了数学和物理。那部分是声音。虽然我们没想到它是那么快的，但我们无法提出它为什么不合理的原因。“

参考：Patrick R.Phelps，Cin-Ty A. Lee和Douglas M. Morton，2020年10月5日，自然通信，“Pegmatites的快速晶体生长剧集”
10.1038 / s41467-020-18806-W

该研究得到了美国国家科学基金会的支持。

Morton，Lee's Lifelong Friend和Mentor，于2020年9月16日去世。他是加利福尼亚大学河滨大学地质学的兼职教授。