Više od dva veka naučnici su bezuspešno pokušavali da u laboratoriji stvore dolomit u uslovima za koje se verovalo da odgovaraju njegovom prirodnom nastanku.
Nova studija je konačno donela proboj.
Istraživači sa Univerziteta u Mičigenu i Univerziteta Hokaido u Japanu uspeli su u tome zahvaljujući novoj teoriji zasnovanoj na detaljnim simulacijama na atomskom nivou.
Njihovo otkriće rešava dugogodišnju geološku misteriju poznatu kao "problem dolomita".
Ovaj mineral je rasprostranjen širom sveta i nalazi se na poznatim lokacijama poput Dolomita u Italiji, Nijagarinih vodopada i stenovitih formacija u Juti. Iako ga ima u izobilju u stenama starijim od 100 miliona godina, u mlađim geološkim slojevima gotovo se i ne formira.
Kako objašnjava profesor Venhao Sun, razumevanje načina na koji dolomit raste u prirodi može otvoriti nove mogućnosti za kontrolu rasta kristala u savremenim tehnološkim materijalima.
Zašto dolomit raste tako sporo
Ključni napredak postignut je razumevanjem procesa koji ometaju njegov rast.
Za razliku od većine minerala koji u vodi rastu urednim vezivanjem atoma na površinu kristala, dolomit ima složeniju strukturu, sastavljen je od naizmeničnih slojeva kalcijuma i magnezijuma.
Tokom formiranja, ovi elementi se često vezuju nasumično umesto pravilno, što stvara strukturne greške i blokira dalji rast.
Zbog toga je proces izuzetno spor, a formiranje jednog pravilnog sloja može trajati i do 10 miliona godina.
Prirodni "reset" mehanizam
Istraživači su otkrili da ove greške nisu trajne. Atomi koji su pogrešno raspoređeni nestabilniji su i lakše se rastvaraju u kontaktu s vodom. U prirodi, ciklusi poput kiše ili plime i oseke stalno uklanjaju te nepravilnosti.
Na taj način se površina kristala "čisti", što omogućava formiranje novih, pravilno raspoređenih slojeva. Umesto da jedan sloj nastaje milionima godina, dolomit se može postepeno graditi u kraćim intervalima, što tokom dugih geoloških perioda dovodi do velikih naslaga.
Simulacije na atomskom nivou
Da bi proverili svoju teoriju, naučnici su morali da modeluju interakcije između atoma tokom formiranja dolomita, što je inače izuzetno zahtevno za računare.
Tim iz Mičigena razvio je softver koji pojednostavljuje ovaj proces tako što računa energiju za određene rasporede atoma, a zatim predviđa ostale na osnovu simetrije kristalne strukture.
Zahvaljujući tome, simulacije koje su ranije zahtevale hiljade sati rada superkompjutera sada mogu da se izvedu za svega nekoliko milisekundi na običnom računaru.
Eksperiment potvrdio teoriju
Da bi potvrdili svoje zaključke, naučnici su sproveli i laboratorijski eksperiment.
Iskoristili su elektronski mikroskop, koji osim snimanja može i da izazove hemijske reakcije, u ovom slučaju, razlaganje vode i stvaranje kiseline koja rastvara kristal.
Kontrolisanim uključivanjem elektronskog snopa više hiljada puta, istraživači su uspevali da uklone greške tokom rasta kristala. Kao rezultat, dobili su kristal sa oko 300 slojeva dolomita, što je znatno više u odnosu na ranije eksperimente koji su uspevali da stvore najviše pet slojeva.
Značaj za tehnologiju
Ovo otkriće ne rešava samo geološku zagonetku, već ima i praktičnu primenu. Pokazuje da je moguće brzo proizvoditi kvalitetne kristale bez grešaka, ukoliko se tokom rasta povremeno uklanjaju nepravilnosti.
Takav pristup mogao bi da unapredi proizvodnju poluprovodnika, solarnih panela, baterija i drugih naprednih tehnoloških materijala.
Istraživanje su finansirali Američko hemijsko društvo, Ministarstvo energetike SAD i Japansko društvo za promociju nauke.
(M.A./EUpravo zato/rts.rs)
