โดโลไมต์เกิดขึ้นได้อย่างไร

โดโลไมต์แร่ซึ่งประกอบด้วยชั้นแคลเซียมและแมกนีเซียมคาร์บอเนตที่มีโครงสร้างมีบทบาทสำคัญในการสร้างสถานที่สำคัญทางธรณีวิทยา เช่น เทือกเขาโดโลไมต์ในอิตาลี ผาชันไนแอการาในอเมริกาเหนือ และหน้าผาสีขาวแห่งโดเวอร์ในสหราชอาณาจักร . นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งคำถามว่า โดโลไมต์เกิดขึ้นได้อย่างไร เป็นเวลาหลายปี. ในที่สุดพวกเขาก็ค้นพบมันได้สำเร็จ

ในบทความนี้ เราจะให้รายละเอียดทั้งหมดเกี่ยวกับวิธีการสร้างโดโลไมต์ และการศึกษาอะไรบ้างที่นำไปสู่การค้นพบการก่อตัวนี้

คุณสมบัติหลัก

โดโลไมต์เป็นแร่ธาตุที่อยู่ในกลุ่มคาร์บอเนต และองค์ประกอบทางเคมีพื้นฐานของมันประกอบด้วยแคลเซียมและแมกนีเซียมคาร์บอเนต (CaMg(CO3)2) หินชนิดนี้ซึ่งมักพบในธรรมชาติในรูปของหินตะกอน มีลักษณะเด่นหลายประการ

ครั้งแรกที่ โดโลไมต์มีความแข็งที่แตกต่างกันระหว่าง 3,5 ถึง 4 ในระดับ Mohsซึ่งวางไว้ในตำแหน่งกึ่งกลางในแง่ของความต้านทานการเสียดสี รูปลักษณ์ของมันอาจแตกต่างกันไปตั้งแต่ไม่มีสีไปจนถึงสีขาว จนถึงสีเทา ชมพู เขียว หรือน้ำตาล ซึ่งทำให้มีสีที่หลากหลาย ทำให้นิยมใช้ประดับตกแต่งและก่อสร้าง

ลักษณะเด่นของโดโลไมต์คือ ความสามารถในการทำปฏิกิริยากับกรดอ่อนเช่นกรดซิตริกหรือกรดไฮโดรคลอริกเจือจางจะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาในกระบวนการ คุณสมบัตินี้เรียกว่าการฟู่ของสาร เป็นวิธีเชิงปฏิบัติในการระบุการมีอยู่ของโดโลไมต์ในตัวอย่าง

โดโลไมต์ได้รับการยอมรับจากความเกี่ยวข้องทางธรณีวิทยากับหินตะกอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปแบบที่อุดมไปด้วยแคลเซียมและแมกนีเซียม การก่อตัวของพวกมันเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมทางทะเล แลคซีน และไดเจเนติกส์ ซึ่งมักเป็นผลจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของแร่ธาตุแคลเซียมคาร์บอเนตที่มีอยู่ก่อน

โดโลไมต์เกิดขึ้นได้อย่างไร

ในช่วงสองศตวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์รู้สึกงุนงงกับการมีอยู่ของสารนี้อย่างกว้างขวางในหลายพื้นที่ แม้ว่าจะไม่มีอยู่จริงในการก่อตัวเมื่อเร็ว ๆ นี้และไม่สามารถทำซ้ำได้ในห้องปฏิบัติการที่ได้รับการควบคุม อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้ากำลังจะเกิดขึ้นเร็วๆ นี้

"ปัญหาโดโลไมต์" เกิดขึ้นจากความขัดแย้งที่น่าอึดอัดใจ ระหว่างการมีอยู่อย่างมากมายของโดโลไมต์ในแหล่งสะสมโบราณกับการไม่สามารถก่อตัวในสภาพแวดล้อมปัจจุบันทั้งในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติและในสภาพห้องปฏิบัติการที่ได้รับการควบคุม

ความเชื่อดั้งเดิมที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของโดโลไมต์คือมันเกิดขึ้นเนื่องจากการระเหยของน้ำเกลือ ซึ่งทำให้เกิดสารละลายเข้มข้นที่ประกอบด้วยแคลเซียมและแมกนีเซียมคาร์บอเนต อย่างไรก็ตาม สมมติฐานนี้ถูกข้องแวะเมื่อความพยายามที่จะสร้างกระบวนการนี้ขึ้นใหม่ในห้องปฏิบัติการล้มเหลว

สมมติฐานใหม่เกี่ยวกับการก่อตัวของโดโลไมต์

นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยมิชิแกนและมหาวิทยาลัยฮอกไกโดได้เสนอทฤษฎีใหม่เพื่อไขความลึกลับของการก่อตัวของภูเขาโดยใช้โดโลไมต์ ตามทฤษฎีนี้ สิ่งสำคัญอยู่ที่การละลายโดโลไมต์เป็นระยะ

แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะพยายามหลายครั้งนับตั้งแต่ระบุครั้งแรกในปี 1791 โดย Déodat de Dolomieu แต่แร่ธาตุนี้ก็ประสบความสำเร็จในการฝึกฝนในสภาพแวดล้อมของห้องปฏิบัติการที่เลียนแบบสภาพการก่อตัวตามธรรมชาติ

ในกระบวนการสร้างแร่ธาตุในน้ำ โดยปกติอะตอมจะถูกจัดเรียงอย่างเป็นระบบตามขอบเขตการขยายตัวของคริสตัล ในกรณีของโดโลไมต์ ขอบเขตนี้ประกอบด้วยแคลเซียมและแมกนีเซียมสลับแถวกัน อย่างไรก็ตาม มีกรณีที่แถวเหล่านี้ไม่เรียงกันอย่างเป็นระเบียบ ส่งผลให้เกิดความไม่สมบูรณ์ภายในโครงสร้างผลึก ความไม่สมบูรณ์เหล่านี้ป้องกันการเติบโตของโดโลไมต์โดยการขัดขวางการก่อตัวของชั้นที่ตามมา

ในกรณีที่สภาพแวดล้อมที่สร้างแร่ธาตุชนิดนี้ต้องทนทุกข์ทรมานจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิหรือความเค็ม เช่น ที่เกิดขึ้นในพื้นที่ชายฝั่งทะเลหรือทะเลสาบ กระบวนการสั่งซื้อจะถูกเร่งให้เร็วขึ้นอย่างมาก ความผันผวนเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการจัดแนวของแถวแคลเซียมและแมกนีเซียมที่ขอบของผลึกโดโลไมต์

เหตุผลก็คือความแปรผันเหล่านี้ทำให้ความสามารถของน้ำในการละลายไอออนแคลเซียมและแมกนีเซียมลดลง เมื่อความสามารถในการละลายของไอออนเพิ่มขึ้น มันจะละลายในน้ำได้มากขึ้น ในขณะที่ไอออนลดลงก็มีแนวโน้มที่จะตกตะกอนในแก้วมากขึ้น

การพัฒนาชั้นโดโลไมต์แบบเร่งนั้นทำได้โดยการล้างบ่อยๆ น้ำ เช่น ฝนหรือวัฏจักรของกระแสน้ำ จะนำไอออนแคลเซียมและแมกนีเซียมที่ถูกแทนที่ภายในโครงสร้างผลึกออกไป

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา การกำจัดจุดบกพร่องเหล่านี้ซ้ำแล้วซ้ำเล่าส่งผลให้เกิดชั้นโดโลไมต์ ซึ่งเมื่อเวลาผ่านไปทางธรณีวิทยามีส่วนทำให้เกิดการก่อตัวของภูเขา ปัจจุบัน การก่อตัวของโดโลไมต์เกิดขึ้นในพื้นที่จำนวนจำกัดซึ่งมีน้ำท่วมเป็นระยะๆ ตามด้วยการผึ่งให้แห้ง ซึ่งสอดคล้องกับสมมติฐานที่ว่าความผันผวนของอุณหภูมิหรือความเค็มมีความสำคัญต่อการพัฒนาโดโลไมต์

การทดลองในสภาพแวดล้อมของห้องปฏิบัติการที่มีการควบคุม

เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของสมมติฐาน นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการปลูกโดโลไมต์ในสภาพแวดล้อมของห้องปฏิบัติการที่มีการควบคุม การนำคริสตัลโดโลไมต์ขนาดเล็กมาใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการก่อตัวของผลึกเพิ่มเติม พวกเขาจึงจุ่มมันลงในสารละลายแคลเซียมและแมกนีเซียม โดยใช้ลำอิเล็กตรอน พวกเขาจำลองสภาวะวัฏจักรโดยการกระแทกกระจกประมาณ 4.000 ครั้งในระยะเวลาสองชั่วโมง

เมื่อใช้ลำแสง สารละลายจะแตกตัว ส่งผลให้เกิดกรดที่ช่วยขจัดจุดที่เปราะและปกป้องจุดที่แข็งแรงกว่า ตำแหน่งที่ว่างภายในโครงสร้างผลึกจะถูกครอบครองอย่างรวดเร็วโดยอะตอมของแมกนีเซียมและแคลเซียม ซึ่งจะตกตะกอนจากสารละลายและจัดเรียงเป็นแถวสำคัญของอะตอมที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของโดโลไมต์

ในผลึกโดโลไมต์ มีการเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดประมาณ 100 นาโนเมตร มีขนาดเล็กกว่าเหรียญประมาณ 250.000 เท่า จนถึงขณะนี้ ในห้องทดลองสามารถบรรลุโดโลไมต์ได้สูงสุดเพียงห้าชั้นเท่านั้น ซึ่งทำให้การสร้างโดโลไมต์ประมาณ 300 ชั้นมีความพิเศษอย่างแท้จริง

การสร้างโดโลไมต์ประมาณ 300 ชั้นในสภาพแวดล้อมของห้องปฏิบัติการนั้นเกินขีดจำกัดก่อนหน้านี้เพียงห้าชั้นมาก วิธีแก้ปัญหาที่นำเสนอนี้ไม่เพียงแต่ให้มุมมองใหม่เท่านั้น แต่ยังให้อีกด้วย นอกจากนี้ยังนำเสนอวิธีการที่เป็นนวัตกรรมใหม่สำหรับวิศวกรรมและการผลิตสารที่เป็นผลึก สารเหล่านี้มีประโยชน์อย่างมากในสาขาร่วมสมัย เช่น เซมิคอนดักเตอร์ แผงโซลาร์เซลล์ แบตเตอรี่ และขอบเขตทางเทคโนโลยีอื่นๆ

ฉันหวังว่าด้วยข้อมูลนี้ คุณจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการสร้างโดโลไมต์และคุณลักษณะของมัน