Kristallen

Een van de dingen die mineralen zo aantrekkelijk maken is dat zij kunnen voorkomen als perfecte kristallen. Dit zijn de geometrische vormen van mineralen die begrenst worden door platte vlakken en scherpe ribben, waardoor het lijkt alsof ze geslepen zijn.

Kristallen kunnen allerlei verschillende vormen hebben. Van het mineraal calciet zijn er bijvoorbeeld honderden bekend. Kristallen zijn de bijzondere vormen die mineralen hebben wanneer zij vrijuit hebben kunnen groeien. Het is de uiterlijke expressie van de geordende interne structuur. Kristallen ontstaan overal in de aardkorst. Het komt echter maar zelden voor dat een kristal ook de perfecte vorm houd tijdens zijn ontstaan. Bijna alle kristallen in de aardkorst groeien naadloos tegen elkaar aan waardoor er een massief geheel ontstaat wat we kennen als steen.

 

Mensen die niet bekend zijn met kristallen kunnen ook nauwelijks geloven dat een prachtige kwarts kristalgroep zoals hierboven geheel natuurlijk is en niet door mensen bewerkt. Inmiddels begrijpen we de aarde veel beter en is ook het proces van kristalgroei eenvoudig te verklaren. Daarmee is de magie van kristallen niet verdwenen. Van oudsher is men gefascineerd geweest door deze bijzondere objecten. Grafgiften in de vorm van kristallen en zeer oude sieraden die met kristallen versierd waren. De eigenschap om het licht te breken, absorberen en te reflecteren maakt ze bij alle beschavingen geliefd. Vooral bij de  edelsteen worden  deze eigenschappen maximaal uitgebuit. Onze voorouders waren ervan overtuigd dat deze stenen door de goden of de natuur geslepen moesten zijn. Hoe kun je anders een glad hebben, zonder het te slijpen? Het blijkt dat de anorganische natuur een voorliefde heeft voor gladde vlakken. Als de natuur het toelaat wordt elk kristal voorzien van zijn eigen vlakkenpatroon.

 

De vlakken ontstaan doordat de bouwstenen de neiging hebben om zich op een bepaalde manier te rangschikken. De bouwstenen van kristallen liggen in een vast driedimensionaal patroon dat we het kristalrooster noemen. De structuur van dit kristalrooster en de specifieke elementen die dit patroon vormen bepalen de mineraalsoort.

 

De structuur van een kristalrooster wordt bepaald door de mate van symmetrie. Een kristalrooster is in feite een herhalend patroon van kleinere elementen. De hoeken waaronder deze elementen ten opzichte van elkaar herhalen en het aantal herhalende patroontjes per 360 graden rotatie bepalen de symmetrieklasse.

Er zijn 36 symmetrieklassen onderverdeeld in 7 symmetriegroepen die we kristalstelsels noemen. Deze zijn kubisch, trigonaal, tetragonaal, hexagonaal, orthorhombisch, monoklien en triklien. Deze zijn aflopend in symmetrie waarbij kubisch de hoogste symmetriegraad bezit en triklien geen symmetrie heeft.

Kubisch

Tetragonaal

orthorombisch

Monoklien

Triklien

Hexagonaal

Trigonaal

De 7 verschillende kristalstelsels. Sommigen gaan uit van 6 stelsels waarbij hexagonaal en trigonaal to 1 groep worden gerekend.

De combinatie van een specifieke chemische samenstelling en de bijbehorende symmetrie maakt een mineraal uniek. De huidige indeling van het mineralenrijk is hierop gebaseerd. Deze combinatie is belangrijk omdat er mineralen bestaan die allemaal dezelfde samenstelling hebben maar steeds tot een ander kristalstelsel behoren. Maar omgekeerd zijn er ook mineralen die allemaal tot hetzelfde kristalstelsel behoren maar chemisch verschillend zijn. Enkele mineralen hebben geen kristalrooster en gedragen zich als glas, een hard materiaal zonder kristalrooster.

Elke steen, zandkorrel of kleideeltje heeft zo'n kristalrooster. Alle bouwstenen liggen perfect geordend in het materiaal. Ondanks het feit dat kristallen overal in de natuur voorkomen, zijn perfecte kristallen zeldzaam. De omstandigheden die nodig zijn om een mineraal zijn unieke vorm te laten behouden, komen maar zelden voor. De eerste vereiste is ruimte. Holle ruimtes zijn schaars in een materiaal dat onder hoge druk gevormd wordt.

De beroemde "Cave of crystal giants " in Naica, Mexico. Hier zijn de ontstane grotten gevuld met gigantische gipskristallen tot 12 meter lang. Foto: National Geographic.

Wanneer een bros materiaal als steen vervormd wordt zal het barsten en breken. Tijdens geologische processen kunnen op deze wijze holle ruimtes in het gesteente ontstaan die de vorming van vrijuit gegroeide kristallen mogelijk maken.

Dit is slechts 1 manier waarop de vorming van kristallen mogelijk wordt gemaakt.

Kristallen kunnen ook gevormd worden wanneer zij omringd zijn door vloeibaar materiaal zonder holtes. Of door het oplossen van bestaande mineralen waarbij het volume van het materiaal afneemt en hierdoor holtes ontstaan die ook weer door kristallen opgevuld kunnen worden. Feitelijk kan elke holte die wordt blootgesteld aan mineraal houdend water gevuld worden met kristallen. Dit kan een spleet diep in het gesteente zijn maar ook een oude afvoerbuis in de stad.

Deze holte in het ertsgesteente is eerst gevuld met sulfiden als pyriet, sfaleriet en galeniet waarna sideriet en fluoriet eroverheen groeide. Vpl. Julcani, Peru

Opvallend blijft dat mooie grote kristallen zo zeldzaam zijn in verhouding tot de enorme steenmassa waar de aardkorst uit bestaat. De processen die het mogelijk maken, zijn zeldzaam en voltrekken zich diep onder de grond. Deze processen kunnen duizenden soms miljoenen jaren duren. Erosie en gebergtevorming die kristallen naar de oppervlakte brengen gaan naar menselijke maatstaven uiterst langzaam.  Het duurt dus even voordat een mooi kristal in bereik van mensenhanden komt. In die tijd kan er een hoop misgaan waardoor de perfecte vorm verloren gaat (na die tijd overigens ook!).

 

 

Elk kristal heeft zijn eigen ontstaansgeschiedenis. Of het nu een ijskristal betreft dat ontstond uit waterdamp op de voorruit van een auto of een diamant die groeide op 20 km diepte. In beide gevallen is er spraken van een oplossing die zo verzadigd raakte dat het materiaal ging uitkristalliseren en er een kristal ontstond.
De omstandigheden waaronder dit gebeurd bepalen welke mineralen er gevormd worden.

Een algemene factor bij het ontstaan van kristallen is het dalen van de temperatuur en/of druk en de aanwezigheid van water. Hierdoor wordt het oplossend vermogen van de oplossingen waaruit kristallen ontstaan bepaald.

 

Ander belangrijke factoren zijn:

- Ruimte, om het kristal vrij te laten groeien.

- Tijd, om zo groot te worden dat het met het blote oog zichtbaar is.

- Aanvoer van bouwstoffen (elementen en moleculen)

 

Deze drie dingen hebben gemeen dat ze onderdeel zijn van de geologische omstandigheden en dus variabel zijn. De aarde is een zeer complex geheel, en de wetenschap die zich bezighoudt met de aardkorst noemt men Geologie. Doordat de aarde zo’n complex geheel is, zijn niet alle kristallen op de zelfde manier ontstaan. De omstandigheden aan de oppervlakte van de aardkorst zijn totaal anders dan die op 5 km diepte. In beide gevallen kunnen kristallen groeien. En aan een los kristal is niet te zien op welke diepte het is ontstaan. Sommige mineralen ontstaan alleen onder bepaalde temperatuur/druk combinaties. Hierdoor is hun aanwezigheid het bewijs dat het gesteente waarin zij voorkomen onder specifieke omstandigheden ontstaan is. Dit soort indicatie mineralen zijn belangrijk bij de bestudering van gesteenten.

 

Diamanten zijn een goed voorbeeld. Zij kunnen niet aan de oppervlakte ontstaan, maar worden er toch gevonden. Dit komt doordat geologische processen, in de vorm van een enorme vulkaanuitbarsting, deze stenen uit de diepte omhoog heeft gebracht. Diamanten ontstaan zeer diep in de aardkorst en zo’n vulkaan is de enige manier om ze aan de oppervlakte te krijgen. Hier liggen ze ingebed in het gesteente dat uit de vulkaan kwam. Als dat gesteente erodeert blijven er alleen losse diamanten over omdat ze zo hard zijn. Het is nu moeilijk te bepalen onder welke omstandigheden deze kristallen zijn ontstaan. De diamanten zelf groeien als perfecte kristallen in een bijna vloeibaar gesteente. De zeer hoge druk en temperatuur in de diepte zorgt ervoor dat de ideale situatie ontstaat waarbij koolstof een nieuwe kristalstructuur vormt, diamant. Doordat het materiaal om de diamant vloeibaar is, kan het ongestoord groter worden (ruimte) zolang er maar genoeg koolstof opgelost in het omringende materiaal zit (aanvoer). Als dit proces lang genoeg doorgaat wordt de steen vanzelf groter (tijd). Uiteindelijk kan er een groot perfect diamant kristal diep in de aardkorst ontstaan. Maar zonder vulkaan zal deze nooit de oppervlakte bereiken.

Bruin diamant kristal in vulkanisch gesteente. Het kristal is niet in dit gesteente ontstaan maar vanuit de diepte meegevoerd.

Een afgeronde kiezelsteen heeft ook een kristalrooster, maar omdat de vlakken ontbreken noemen we dit geen kristal maar kristallijn materiaal. Al het gesteente op aarde, zeg maar de gehele aardkorst, is opgebouwd uit kristallijn materiaal. Hier zijn mineralen samen geklonterd tot een massief materiaal (gesteente). Wanneer je een dun plakje van gesteente onder een microscoop zou bekijken zal je zien dat dit opgebouwd is uit afzonderlijke korrels en kristallen die zo klein zijn dat ze met het blote ook niet waarneembaar zijn. We zijn dagelijks omringd door kristallen. Door het kleine formaat zijn we hier ons nauwelijks van bewust. Pas wanneer kristallen groot genoeg worden om met het blote oog te zien kan de schoonheid ervaren worden.

Suiker is een mooi voorbeeld van kristallen die we elke dag gebruiken. Onder de microscoop is de hoekige vorm goed zichtbaar.

All rights reserved. Dafina.nl 2018.