Risolto l'enigma geologico noto come "problema della dolomite

La dolomia, composta da strati ordinati di carbonato di calcio e magnesio, è il minerale responsabile di formazioni geologiche iconiche come le montagne dolomitiche in Italia, la scarpata del Niagara in Nord America e le bianche scogliere di Dover nel Regno Unito. La sua abbondante presenza in così tanti luoghi è ciò che ha lasciato perplessi gli scienziati per due secoli, poiché è quasi inesistente nelle formazioni recenti e non è stato possibile riprodurlo in laboratorio. Tuttavia, la situazione sta per cambiare.

Inizialmente si riteneva che la dolomite si formasse dall'evaporazione dell'acqua salata, generando una soluzione concentrata di carbonato di calcio e magnesio. Tuttavia, questa teoria è fallita quando si è cercato di replicare questo processo in laboratorio.

Nuova teoria

Ora, gli scienziati dell'Università del Michigan e dell'Università di Hokkaido hanno elaborato una nuova teoria che potrebbe risolvere il mistero: per costruire montagne di dolomite, questa deve essere dissolta periodicamente.

Quando i minerali si formano in acqua, gli atomi si depositano generalmente in modo ordinato sul bordo di crescita del cristallo. Nel caso della dolomite, questo bordo è costituito da file alternate di calcio e magnesio. Tuttavia, queste file non aderiscono sempre in modo ordinato, il che porta a difetti nella struttura del cristallo. Questi difetti ostacolano la formazione di ulteriori strati di dolomite, rallentandone la crescita.

Tuttavia, se l'ambiente in cui si forma il minerale subisce fluttuazioni di temperatura o salinità, come può accadere su una spiaggia o in una laguna, il processo di selezione viene notevolmente accelerato. Queste variazioni possono contribuire ad allineare le file di calcio e magnesio sul bordo del cristallo di dolomite. Infatti, queste fluttuazioni alterano la solubilità degli ioni calcio e magnesio nell'acqua. Quando la solubilità di uno ione aumenta, si scioglie più facilmente in acqua, mentre quando diminuisce, si deposita più facilmente nel cristallo.

Il lavaggio ripetuto di questi difetti consente la formazione di uno strato di dolomite in pochi anni e nel corso del tempo geologico si possono accumulare montagne. Le poche aree in cui oggi si forma la dolomia sono inondate a intermittenza e poi si asciugano. Ciò è coerente con la teoria secondo cui le fluttuazioni di temperatura o salinità sono necessarie per la formazione della dolomite.

Test di laboratorio

Per confermare la teoria, i ricercatori hanno dimostrato che è possibile ottenere la crescita della dolomite in laboratorio. Dopo aver posto un piccolo cristallo di dolomite, che funge da seme per un'ulteriore crescita del cristallo, in una soluzione di calcio e magnesio, hanno ricreato condizioni cicliche utilizzando un fascio di elettroni che ha colpito il cristallo circa 4.000 volte in due ore.

Questo fascio divide la soluzione, generando un acido che rimuove i punti instabili e preserva quelli stabili. I vuoti nella struttura cristallina vengono rapidamente riempiti con atomi di magnesio e calcio che precipitano dalla soluzione, formando le file di atomi necessarie per la dolomite.

Nel cristallo di dolomite è stata osservata una crescita di circa 100 nanometri, circa 250.000 volte più piccola del diametro di una moneta. Sebbene siano stati ottenuti solo circa 300 strati di dolomite, questo supera di gran lunga il limite di cinque strati precedentemente raggiunto in laboratorio.

Questa possibile soluzione all'enigma della dolomite offre non solo una nuova prospettiva, ma anche un approccio innovativo alla progettazione e alla produzione di materiali cristallini. Questi materiali trovano ampia applicazione nelle moderne tecnologie come i semiconduttori, i pannelli solari, le batterie e altre aree tecnologiche.

Riferimento della notizia:

Joonsoo Kim, Yuki Kimura, et. al.“La disolución permite el crecimiento de cristales de dolomita cerca de las condiciones ambientales", Science (2023).