لغز كيفية حل أشكال الدولوميت بعد طول انتظار - عالم الفيزياء

يعد الدولوميت أحد أكثر معادن الكربونات وفرة على وجه الأرض، لكن على مدى 200 عام ظل الجيولوجيون في حيرة حول كيفية تكوينه بهذه الكميات الضخمة. الآن، جونسو كيم و وينهاو صن اكتشف الباحثون في جامعة ميشيغان وزملاؤهم في الولايات المتحدة واليابان أن تكوين الدولوميت ينطوي على دورات متكررة من التشبع الفائق وقلة التشبع - وهو اكتشاف يمكن أن ينهي هذا اللغز الجيولوجي.

سوف تنمو معظم البلورات بسهولة في محلول مفرط التشبع، والذي يحتوي على تركيز أيوني يزيد عن المحلول المشبع في حالة التوازن. أحد الاستثناءات الصارخة لهذه القاعدة هو الدولوميت (CaMg(CO₃)₂) – والتي تشكل نحو 30% من جميع معادن الكربونات الرسوبية الموجودة في القشرة الأرضية. لأكثر من قرنين من الزمان، حاول الباحثون زراعة بلورات الدولوميت في ظروف مفرطة التشبع في المختبر. ولكن على الرغم من هذه الجهود المتواصلة - حتى أن إحدى التجارب حافظت على تشبع فائق بمقدار 1000 مرة لمدة 32 عامًا - فقد رفضت بلورات الدولوميت أن تنمو بشكل مصطنع. يُطلق على هذا اللغز الذي طال أمده اسم "مشكلة الدولوميت".

في دراستهم، تناول فريق كيم وصن وزملائهم المشكلة من زاوية حسابية. وبدلاً من محاولة زراعة بلورات الدولوميت في المختبر، قاموا بنمذجة البلورات باستخدام مزيج من نظرية الكثافة الوظيفية ومحاكاة مونت كارلو الحركية. وقد سمح لهم ذلك بوضع نموذج لنمو بلورات الدولوميت باستخدام مبادئ ميكانيكا الكم.

هيكل مضطرب

ونتيجة لعمليات المحاكاة التي أجروها، اكتشف الباحثون خطوة رئيسية في عملية نمو الدولوميت التي استعصت على العلماء لعقود من الزمن. وفي الظروف المفرطة التشبع، اكتشفوا أن كاتيونات الكالسيوم والمغنيسيوم تترسب في البداية في بنية ذرية مضطربة، مما يمنع أي نمو بلوري آخر.

كشفت عمليات المحاكاة الإضافية أنه إذا أصبح المحلول أقل تشبعًا إلى حد ما، فسيتم إذابة هذه المناطق المضطربة، وإعادة ترسيبها في هياكل أكثر انتظامًا بمجرد أن يصبح المحلول مفرط التشبع مرة أخرى.

يبدو أن هذه العملية هي الحلقة المفقودة في فهمنا لتكوين الدولوميت. وتشير هذه الدراسة إلى أن بلورات الدولوميت لا تنمو ببساطة في ظروف مستدامة من فرط التشبع، ولكن من خلال دورات متكررة من فرط التشبع ونقص التشبع - مع تذبذبات متكررة تؤدي إلى تسريع نمو البلورات بحوالي سبعة أوامر من حيث الحجم وفقًا لمحاكاة الفريق.

طرد ذاتي "مخلوقات كريستال" من محلول مالح

ثم تحقق كيم وزملاؤه من حساباتهم عن طريق إجراء تجارب معملية. وباستخدام المجهر الإلكتروني، لاحظوا أن الكاتيونات تشكل طبقة مضطربة على سطح بلوري الدولوميت في محلول مفرط التشبع. ثم استخدموا بشكل متكرر شعاع الإلكترون النابض لفصل جزيئات الماء في العينة. كل نبضة تخفض الرقم الهيدروجيني للمحلول، مما يخلق حالة مؤقتة من عدم التشبع. ومع إعادة ترسيب الأيونات في ظروف مفرطة التشبع، بدأت الطبقة البلورية في النمو. وكانت هذه هي المرة الأولى التي تتم فيها زراعة الدولوميت في المختبر، بعد قرنين من المحاولات الفاشلة.

علاوة على ذلك، يمكن أن يساعد البحث في تفسير سبب وجود الدولوميت المتكون حديثًا في كثير من الأحيان في البيئات التي تتقلب فيها ظروف مثل الرقم الهيدروجيني والملوحة - وبالتالي خلق دورات طبيعية من فرط التشبع ونقص التشبع.

ويثير العمل أيضًا أسئلة جديدة حول كيفية ظهور هذه التقلبات واختفائها على فترات زمنية جيولوجية في المناطق التي لم يعد الدولوميت ينمو فيها اليوم - مما يشير إلى التغيرات السابقة في العوامل بما في ذلك المناخ، وتغير مستويات سطح البحر، والنشاط البيولوجي.

تم وصف الدراسة في علوم.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/mystery-of-how-dolomite-forms-could-be-solved-at-long-last/