Πώς σχηματίζονται οι αχάτες;
Σύμφωνα με τον Θεόφραστο, οι Έλληνες έδωσαν το όνομα αχάτης, από τον ποταμό Αχάτη (σήμερα Drilio) της Σικελίας όπου τον εύρισκαν.
Ο αχάτης είναι ένα ορυκτό που αποτελείται από μία ποικιλία από διαδοχικά στρώματα χαλαζία που το καθένα έχει διαφορετικό χρώμα. Έτσι κάνοντας μία τομή στον αχάτη, βλέπουμε τις παράλληλες καμπύλες γραμμές των στρωμάτων του. Είναι πολύ διαδεδομένο ορυκτό, και το συναντάμε σε όλα σχεδόν τα χρώματα. Συνήθως βρίσκεται σε αδιάφανη μορφή.
Πως όμως σχηματίζεται;
Την εξήγηση θα μας δώσει ο Peter Heaney, αναπληρωτής καθηγητής Γεωεπιστημών στο Penn State, ένας από τους ειδικούς της γεωχημείας των αχατών. Ο Heaney εργάζεται για το Υπουργείο Ενέργειας στην έρευνα για τον σχεδιασμό γεωθερμικής ενέργειας. "Το ζεστό νερό που αντλείται βαθιά εντός της γης περιέχει διαλυμένο διοξείδιο του πυριτίου",εξηγεί. "Αποφράσσει μέχρι τις σωληνώσεις." Πώς μπορείτε να διακόψετε το διοξείδιο του πυριτίου από το να δημιουργούν πρόβλημα με τις σωληνώσεις σας; Είναι σαν να ζητάμε, πώς μπορείτε να διακόψετε την δημιουργία ενός αχάτη: εκεί βρίσκεται το μυστικό της δημιουργίας ενός αχάτη, πιστεύει ο Heaney, όσο και στο πόσο διοξείδιο του πυριτίου (SiO2) διαλύεται στο νερό. Ένας αχάτης ξεκινά σε μία κοιλότητα ή ένα διάκενο βράχου. Τα καλύτερα βρίσκονται στο βασάλτη, έναν νέο ηφαιστειακό βράχο.
"Ηφαιστειογενή πετρώματα που εξέρχονται στην επιφάνεια περιέχουν πολύ νερό και διοξείδιο του άνθρακα, και παρουσιάζουν φυσαλίδες," λέει ο Heaney. "Είναι ακριβώς το ίδιο όπως το ελβετικό τυρί. Ο βράχος γεμίζει με τρύπες." Το νερό που περιέχει το πυρίτιο διηθείται μέσω του βράχου. "Τα ορυκτά στο νερό αρχίζουν την κρυσταλλοποίηση. Ένα από αυτά τα ορυκτά είναι χαλαζίας. "
Μελέτη των αχατών με ηλεκτρονικά μικροσκοπία μετάδοσης και περίθλασης ακτίνων χ, επιβεβαίωσαν ότι το 90 % ενός αχάτη αποτελείται από χαλαζία. "Αλλά βρήκα ότι υπάρχει ένα άλλο ορυκτό το οποίο έχει την ίδια χημική σύνθεση, SiO2 και μια διαφορετική δομή: ο μογανίτης. Είναι σαν ένα άνθρακα, που μπορεί να κρυσταλλοποιηθεί τόσο σε διαμάντι όσο και γραφίτη. Το 10% ενός αχάτη αποτελείται από μογανίτη. Πιστεύω ότι αυτό είναι ένα σημαντικό κλειδί για την κατανόηση πώς σχηματίζονται οι αχάτες. "Όταν εξετάζετε έναν αχάτη με ένα μικροσκόπιο φωτός, παρατηρείτε ότι αποτελείται από ινώδεις κρυστάλλους που συμπεριφέρονται όπως οι ακτίνες ρόδας ποδηλάτου.
Συνήθως το πρώτο επίπεδο είναι το χαλκηδόνιο, που είναι ένα μείγμα χαλαζία και μογανίτη. Στη συνέχεια, έχετε χονδρόκοκκα επίπεδα καθαρού χαλαζία, δίχως μογανίτη. "Γιατί μπορείτε να δείτε αυτά τα δύο διαφορετικά επίπεδα; Και τα δύο είναι διοξείδια του πυριτίου, όμως με διαφορετική δομή κρυστάλλων.
"Ένα άλλο περίεργο σχετικά με τις ίνες αχάτη είναι ότι αναπτύσσονται με ένα ελικοειδή τρόπο.Ένα τρίτο μέρος από το μυστήριο είναι η κρυσταλλογραφία με την οποία οι ίνες αναπτύσσονται. Οι ίνες χαλκηδόνιου μεγαλώνουν κάθετα προς την κατεύθυνση της κανονικής ανάπτυξης."Αυτές οι επαναλαμβανόμενες αλλαγές στο κρυσταλλικό μέγεθος, τον τύπο και την κατεύθυνση, πιστεύει ο Heaney, προκαλούν το χαρακτηριστικό μοτίβο με γραμμώσεις του αχάτη και τα χρώματα του προέρχονται από τα ιχνοστοιχεία όπως το σίδηρο ή το μαγγάνιο.
"Μπορείτε να δείτε κόκκους μεγέθους σε πολλές διαφορετικές κλίμακες στους αχάτες. Υπάρχει ιεραρχική επικάλυψη. Δεν γνωρίζω οποιοδήποτε απολύτως μη βιολογικό μηχανισμό που έχει αυτό το είδος επικάλυψης των φυσικών υλών. Πώς το εξηγείτε; Πιστεύω ότι το πυρίτιο που καλύπτει τα τοιχώματα πρέπει να είναι λίγο πιο πολυμερισμένο. Το οξυγόνο χρησιμεύει ως γέφυρα μεταξύ δύο ατόμων του πυριτίου. Όταν τα πράγματα είναι πολυμερισμένα, αυτά θα κρυσταλλοποιηθούν πολύ γρήγορα. Και επειδή η κρυστάλλωση γίνεται τόσο γρήγορα, γίνονται λάθη και σχηματίζονται παράξενα ορυκτά όπως ο μογανίτης".
"Σύντομα, όμως τα πολυμερή ξεπλύνονται, αφήνοντας μεμονωμένες μονάδες Si (OH) 4. Μπορείτε να κάνετε μία τέλεια κρυσταλλοποίηση κρύσταλλων χαλαζία, χωρίς τον μογανίτη όμως αυτή θα είναι πολύ αργή. Σε θερμοκρασία δωματίου, μπορεί να πάρει δύο χρόνια πριν, δείτε την έναρξη της διαδικασίας κρυστάλλωσης".
"Μεταξύ των κρυσταλλικών ινών υπάρχουν κανάλια που λειτουργούν στέλνοντας νερό στο κέντρο της τρύπας του βράχου. "Εάν έχετε μια συνεχή παροχή ύδατος που να τροφοδοτεί διοξείδιο του πυριτίου στο σύστημα," ο Heaney λέει, "τότε παρουσιάζεται υψηλότερη συγκέντρωση διοξειδίου του πυριτίου, που θα αρχίσει να πολυμερίζει και πάλι και θα αρχίσει να κρυσταλλοποιεί και πάλι ταχέως. Για το λόγο αυτό πιστεύω ότι ένα αχάτης έχει το μοτίβο με γραμμώσεις. "Αυτό δεν έχει πειραματικά αποδειχθεί, " λέει ο Heaney.
"Θα πρέπει να δημιουργήσετε έναν αχάτη, και κανείς δεν έχει κάνει κάτι τέτοιο, αλλά πιστεύω ότι θα πρέπει να προσπαθήσουμε." Ο Heaney και ένας ρώσος μαθηματικός, ειδικός στη γεωμετρία φράκταλ, σχεδιάζουν να προσομοιώσουν αυτό το μοτίβο κρυσταλλικής ανάπτυξης σε έναν υπολογιστή.
"Υπάρχει μια θεωρία που δεν μου αρέσει καθόλου,"προσθέτει ο Heaney"σύμφωνα με την οποία ένα πήγμα, με διοξείδιο του πυριτίου, ενσωματωμένο στο βράχο, και με την προσθήκη χημικών προϊόντων μπορεί να παράγει περιοδικές ζώνες σε αυτό. Μπορείτε να κάνετε ένα πήγμα διοξειδίου του πυριτίου στο εργαστήριο πολύ εύκολα. Μπορείτε ακόμη να εμφανίσετε τις ζώνες με χρώμα. Αλλά αν αφήσετε το ζελέ να ξηραθεί, τότε μας δίνει μια άμορφη ή μη-κρυσταλλική μορφή διοξειδίου του πυριτίου." Ενώ οι υψηλές θερμοκρασίες ή πιέσεις ενδέχεται να προκαλούν την κρυσταλλοποίηση στο ζελέ, όμως αυτές οι δυνάμεις δεν εισέρχονται στο παιχνίδι. "Γνωρίζουμε αχάτες κοντά στην επιφάνεια της γης, με χαμηλές πιέσεις και θερμοκρασίες," λέει ο Heaney, "και όχι μόνο σε ηφαιστειακούς βράχους, αλλά σε οστά δεινοσαύρων."Γνωρίζουμε, επίσης, ότι οι αχάτες αντέχουν πάντοτε στο περιβάλλον τους. Ο βράχος που τους περιέχει - ή τα οστά - αποσαθρώνονται αφήνοντας ακριβώς ένα στρογγυλωπό, τραχύ κομμάτι που είναι έτοιμο για να κοπεί , να γυαλιστεί και να παρουσιαστεί σε διάφορες μορφές αχάτη .
Γεωδίφης
Πηγή -Peter Heaney, associate professor of geosciences in the College of Earth and Mineral Sciences, 309 Deike Bldg., University Park PA.
