Cercetătorii au elucidat misterul formării dolomitei, un mineral răspândit în locații spectaculoase precum Munții Dolomiti din Italia sau Cascada Niagara. Studiul, realizat de specialiști de la Universitatea din Michigan și Universitatea Hokkaido din Japonia, aruncă o lumină nouă asupra procesului de cristalizare a acestui mineral, care a intrigat generații de cercetători.
De ce dolomita refuza să „crească” în laborator
Dolomita, cu structura sa complexă, formată din straturi alternante de calciu și magneziu, s-a dovedit a fi o provocare pentru oamenii de știință. Problemele apar din cauza modului în care atomii se așează în timpul procesului de cristalizare. Adesea, atomii de calciu și magneziu nu se aliniază corect, generând defecte structurale care împiedică creșterea ulterioară.
Aceste defecte încetinesc dramatic procesul, făcând ca formarea unui singur strat bine ordonat să dureze, teoretic, până la 10 milioane de ani. Această dificultate a explicat de ce, până de curând, dolomita nu putea fi „crescută” în condiții de laborator.
Secretul naturii: un proces de curățare
Cercetătorii au descoperit că natura are o soluție ingenioasă pentru această problemă. Defectele structurale nu sunt permanente. Atomii aflați în poziții greșite sunt mai puțin stabili și se dizolvă ușor în contact cu apa. Ciclurile repetate de precipitații, maree și inundații din mediul natural acționează ca un proces de curățare, spălând zonele defectuoase.
Prin eliminarea acestor imperfecțiuni, suprafața cristalului se curăță, permițând formarea de noi straturi corect aranjate. Acest proces, care se desfășoară pe perioade geologice lungi, explică depozitele mari de dolomită găsite în rocile antice.
Simulări atomice și experimentul decisiv
Pentru a testa această teorie, echipa de cercetare a utilizat simulări atomice. Un software dezvoltat la Centrul PRISMS al Universității din Michigan a făcut posibil calculul detaliat. „Fiecare etapă atomică ar dura în mod normal peste 5.000 de ore pe un supercomputer”, a explicat Joonsoo Kim, primul autor al studiului.
Confirmarea experimentală a venit din Japonia. Cercetătorii de la Universitatea Hokkaido au plasat un mic cristal de dolomită într-o soluție cu calciu și magneziu. Apoi, au pulsat fascicule de electroni de 4.000 de ori în două ore, dizolvând repetat defectele. Cristalul a crescut până la aproximativ 100 nanometri, echivalentul a circa 300 de straturi de dolomită.
Descoperirile realizate ar putea avea aplicabilitate în domenii tehnologice diverse. Potrivit profesorului Wenhao Sun, coordonator al studiului, principiul ar putea fi aplicat în producția de semiconductori, panouri solare sau baterii de înaltă performanță.
