یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی شامل دانشمندانی از دانشگاه وین، دانشکده فیزیک دانشگاه ورشو و دانشگاه ادینبورگ، روند رشد دندریت‌های منگنز سه‌بعدی را تشریح کرده‌اند. محققان دریافتند که از طریق تجمع نانوذرات اکسید منگنز اتفاق می‌افتد. درک دینامیک رشد دندریت های معدنی سه بعدی برای رشته های مختلف علم – فیزیک، زمین شناسی، علوم مواد و حتی مطالعه محیط های فرازمینی مهم است. دانشمندان نه تنها بینش های ارزشمندی در مورد تاریخ سنگ ها و کانی ها به دست می آورند، بلکه می توان از این دانش در صنعت نیز استفاده کرد، به عنوان مثال در تولید مواد مصنوعی با خواص جدید.
وقتی به مواد معدنی فکر می کنیم، اغلب ساختارهای کاملاً شکل گرفته و متقارن را تصور می کنیم. با این حال، در طبیعت، مواردی وجود دارد که شکل‌های پیچیده‌تر و غیرمنتظره‌تری به خود می‌گیرند. مطالعه اخیر پویایی رشد دندریت های معدنی را روشن کرده است که بینش های پیشگامی را در مورد شکل گیری آنها و تاریخ زمین شناسی کدگذاری آنها ارائه می دهد. این کشف مسیرهای کریستالیزاسیون مرسوم را به چالش می کشد و نگاهی اجمالی به دنیای پیچیده تشکیل مواد معدنی ارائه می دهد. برخلاف دندریت‌های فلزی یا کریستالی که از مذاب‌های فوق سرد تشکیل می‌شوند، دندریت‌های معدنی نتیجه فرآیندهای رشد آبی ناپایدار هستند که توسط حرکت سیال و گرادیان‌های غلظت شیمیایی هدایت می‌شوند. دندریت های منگنز، به ویژه، به عنوان ساختارهای دو بعدی در سطوح سنگ شناخته می شوند. با این حال، تا کنون، فرآیندهای رشد دندریت های سه بعدی تا حد زیادی مبهم باقی مانده است.
تیمی از محققان دانشگاه وین، دانشکده فیزیک دانشگاه ورشو، دانشگاه ادینبورگ و سایر موسسات سفری را برای بررسی اسرار دندریت‌های سه بعدی منگنز آغاز کردند. مطالعه آنها بر روی دندریت های طبیعی تشکیل شده در توف های کلینوپتیلولیت (زئولیت ها)، نوعی توف آتشفشانی فشرده و متخلخل متمرکز بود. داوید ووس، دانشجوی دانشکده فیزیک دانشگاه ورشو و سازنده مدل عددی مورد استفاده در تحقیق
محققان دریافتند که رشد دندریت ها از طریق تجمع نانوذرات اکسید منگنز به ساختارهای دراز شده رخ می دهد. این نانوذرات زمانی تشکیل می‌شوند که سیالات غنی از منگنز با آب منفذی اکسیژنه مخلوط می‌شوند و منجر به ایجاد ساختارهای پیچیده دندریتی می‌شوند. به‌طور قابل‌توجهی، هندسه این دندریت‌ها تاریخچه هیدروژئوشیمیایی سنگ، از جمله غلظت یون‌ها، حجم را ثبت می‌کند. دکتر Zhaoliang Hou، از گروه زمین شناسی دانشگاه وین، نویسنده اصلی توضیح می دهد که در اصل، این دندریت های سه بعدی می توانند به عنوان اثر انگشت زمین شناسی عمل کنند و رکوردی از شرایط محیطی گذشته را حفظ کنند. از نشریه
این مطالعه همچنین یک مسیر کریستالیزاسیون غیرکلاسیک را برجسته کرد که در آن رشد دندریت از طریق تشکیل، انتشار و اتصال نانوذرات اکسید منگنز ادامه می‌یابد. این مسیر دیدگاه‌های سنتی رشد کریستال را به چالش می‌کشد و بر اهمیت فرآیندهای پیوست ذرات در دنیای طبیعی تأکید می‌کند. این بیشتر با شناخت رو به رشد این مکانیسم به عنوان یک نوع حیاتی و گسترده از رشد کریستال هماهنگ است.
درک دینامیک رشد دندریت های معدنی سه بعدی پیامدهای مهمی برای زمینه های مختلف از جمله فیزیک، زمین شناسی، علم مواد و حتی مطالعه محیط های فرازمینی دارد. به ویژه، جنبه دوم فرصتی هیجان انگیز برای کشف تأثیر میکروارگانیسم ها بر رشد دندریت های MnO ارائه می دهد. با رمزگشایی از فرآیندهای پیچیده پشت تشکیل آنها، دانشمندان بینش های ارزشمندی در مورد تاریخ سنگ ها و کانی ها به دست می آورند. علاوه بر این، این تحقیق راه را برای تحقیقات بیشتر در مورد تشکیلات دندریتی مشابه، مانند دندریت‌های طلا/الکتروم هموار می‌کند.
مطالعه دندریت‌های سه بعدی منگنز، دنیای فریبنده‌ای از مسیرهای تبلور غیرکلاسیک و داستان‌های پنهان ثبت‌شده در ساختارهای زمین‌شناسی را آشکار کرده است. با ترکیب تکنیک های تصویربرداری پیشرفته و مدل سازی عددی، دانشمندان گام مهمی در کشف اسرار این تشکیلات معدنی پیچیده برداشته اند. همانطور که عمیق‌تر در اسرار رشد کریستال کاوش می‌کنیم، درها را برای درک بهتر تاریخ زمین و مکانیسم‌های شگفت‌انگیز موجود در دنیای طبیعی باز می‌کنیم.”
پیوتر شیمچاک، استاد دانشکده فیزیک دانشگاه ورشو
منبع:
دانشگاه ورشو، دانشکده فیزیک