How Do Gemstones Form?

Verwerken...

There are five requirements for crystals to form: ingredients and temperature, pressure, time, and space. To better explain the basics of mineral crystallisation lets talk about rock candy for a second. Rock candy is simply crystallised sugar.

If you stir as much sugar as possible into a bottom of water you will see it begin to settle at the bottom of the pot. When no more sugar can dissolve, you have reached saturation point. The water can’t absorb any more sugar, this is known as super-saturated.

Now bring the pot to a boil- the saturation level changes at boiling point. You can add more sugar, you should do so until you reach super-saturation. At this stage, you should remove the pot from heat. As the water returns to room temperature the sugar it can hold returns to its previous level. The excess sugar comes out of its solution and crystallises as it does so.

Now, hang a string in the solution so the crystals have something to grow on. Ideally, weight the string to keep it straight. Once the water has totally cooled the string will be covered in crystals.

This is a great way to understand just how gemstones form.

Gemstone Formation Process

Generally speaking there are 4 ways gemstones can form. They are

Igneous- These minerals are created deep within the earth (Diamonds, Ruby, Sapphire, Peridot)
Hydrothermal- Similar to the rock candy example, gemstones are formed when bodies of mineral rich water cool
Metamorphic- As the name suggests, these are gems that are ‘morphed’ due to intense heat and pressure. (Sapphire, Ruby, Spinel, Garnet)
Sedimentary- Gems that form due to water depositing sediments (Malachite, Azurite, Opal)

Igneous Gemstones Formed in the Earth’s Mantle

While our knowledge of the earth’s mantle is limited, there is evidence that some gemstones form in the mantle. This requires extremely high temperatures.

Perhaps the most notable examples of gemstones forming in the earth’s mantle are peridot and diamond. Geologists studied Arizonan peridot deposits and believe that they were created on rocks that were floating in the earth’s mantle, up to 55 miles beneath the surface. They were brought closer to the surface by an explosive eruption, with erosion and weathering pushing them close enough to the surface to be discovered.

However, there is a better understanding of diamonds. Diamonds crystallise in the magma just below the crust. However, these formations have a different chemical composition. Geologists believe it comes from 110 miles to 150 miles beneath the earth’s surface. The magma is incredibly fluid at this depth, and the temperatures very high.

This magma can force its way through the crust far faster and much more violently than other volcanic eruptions. During the process of eruption, the magma breaks up and dissolves rocks and then carries them to the surface.

If the magma was to rise slowly the diamonds likely would not survive. The pressure and changing temperatures would result in the diamonds vaporising, or possibly re-crystallising as graphite. However, because of the speed with which the magma rises the diamonds don’t have time to transform or vaporise, thus remaining as diamonds.

When there are dramatic and rough changes in the crust crystals are often broken. When growth conditions are present material seeps into the fractures and crystallises. This heals the fractures by sealing them together. They don’t heal completely, though, the fine cavities remain and they are seen as fingerprints.

How do they rise to the surface once gemstones form? Because they form so far under the surface, it’s a wonder they can be mined. They’re brought to the surface during volcanic eruptions, but most of them reach the surface through erosion and mountain building.

Hydrothermal Gemstone Creation

This process is the most similar to the rock candy given above. Super saturated water with many different minerals is pushed up into cavities and cracks in the earth. as this solution begins to cool the different minerals begin to crystallise.

The most important hydrothermal finds are in Columbia. Specifically the Muzo Emerald mine. These hydrothermal deposits are rich with Chromium with gives the Emeralds from region their incredible color.

The image below shows a hydrothermal mineral vein. This vein is created when the water solution cools inside the crack of the surrounding rock.

Metamorphic Gemstone Creation

The majority of gemstones are formed by metamorphism. This is when minerals are forced together under great pressure and heat usually by tectonic plates moving underneath each other. The minerals are forced together and they metamorphose into different minerals, sometimes without melting.

Sedimentary Gemstone Creation

Sedimentary gemstone creation occurs when water mixes with mineral on the earth surface. The mineral rich water the seeps down between the cracks and cavities in the earth and deposits layers of minerals. This is how minerals like Opal, Malachite and Azurite are formed. Opal is formed when the water mixes with silica. As the silica solution settles, microscopic spheres of silica stack on top of each other forming Opal.

Mineral Crystallisation

The earth’s crust can be anywhere from three miles thick to 25 miles thick. Beneath the crust is the earth’s mantle. The mantle is approximately 1,860 miles thick and makes up 83% of the earth’s volume. It is composed of magma, which is molten rock. When it reaches the surface, it is called lava. It is at its hottest nearer the centre of the earth you get- and the currents of heat keep it in constant motion.

The zone where the crust and mantle meet is tumultuous, with high temperatures and high pressures. Several plates make up the earth’s crust and float on the liquid mantle. As they run into each other some are raised into mountains, while others are pushed down.

Magma is also in continual motion. Its pressure and movement are continuously creating wear and fractures to the bottom of the crust. Rocks then break free from the earth’s crust, being carried away by the fluid magma. The rocks melt, altering the magma’s chemistry. While the smaller particles are fated to become inclusions in gemstones yet to form.

Gemstones form deep in the earth, with the lower surface of its crust containing numerous cavities due to heavy fractures. Fluids escape through the cavities and fractures. This is the ideal condition for crystal growth. It is essentially a soup rich in chemicals, supplying all of the necessary ingredients. The cavities provide the perfect space to grow, and the pressure and temperature is high. The fluid moving through the crust causes it to cool enough for the crystallisation to ensue- all that’s needed now is time.

Geologically speaking- the time it has should be sufficient. However, because this environment is highly tumultuous and the passages continuously open and collapse. The crystals will often start to form, but when the passage collapses the fluid stream is closed off. It’s at this point that growth stops.

If and when the passage reopens the growth resumes. This on/off growth is generally undetectable in crystals, though in other cases the successive layers of development have a different chemical composition. This results in colour zoning.

Mineral Crystallisation Order

Topaz crystals form before quartz in the cooling process, because one principle of crystallization is that as the temperature drops the solid ingredients it can hold drops. Though, the ingredients in the earth’s crust are a tad more complex than the sugar solution described above. Different minerals crystallize from the same solution, but at different temperatures. You may see corundum first, followed by topaz and quartz as the solution continues the cooling process.

While pressure has no effect on rock candy- the correct combination of temperature and pressure is needed for minerals to crystallize.

Additionally, there are two other conditions required for crystallization - space and time. Essentially, the correct ingredient combination, pressure, and heat must last long enough for minerals to crystallize. Additionally, they require room to grow.

Shop For Gemstones

Diamond

Ruby

Sapphire

Spinel

Er zijn vijf vereisten voor de vorming van kristallen: ingrediënten en temperatuur, druk, tijd en ruimte. Om de basisprincipes van minerale kristallisatie beter uit te leggen, laten we het even hebben over kandijsuiker. Rock candy is gewoon gekristalliseerde suiker.

Als je zoveel mogelijk suiker in een bodem van water roert, zul je zien dat het op de bodem van de pot begint te bezinken. Wanneer er geen suiker meer kan oplossen, heb je het verzadigingspunt bereikt. Het water kan geen suiker meer opnemen, dit staat bekend als oververzadigd.

Breng nu de pot aan de kook - het verzadigingsniveau verandert bij het kookpunt. Je kunt meer suiker toevoegen, dit moet je doen tot je oververzadiging hebt bereikt. In dit stadium moet u de pot van het vuur halen. Als het water weer op kamertemperatuur komt, keert de suiker die het kan vasthouden terug naar het vorige niveau. De overtollige suiker komt uit de oplossing en kristalliseert terwijl het dat doet.

Hang nu een touwtje in de oplossing zodat de kristallen iets hebben om op te groeien. In het ideale geval weegt u het touwtje om het recht te houden. Zodra het water volledig is afgekoeld, is de snaar bedekt met kristallen.

Dit is een geweldige manier om te begrijpen hoe edelstenen ontstaan.

Edelsteenvormingsproces

Over het algemeen zijn er 4 manieren waarop edelstenen kunnen worden gevormd. Zij zijn

Igneous - Deze mineralen worden diep in de aarde gecreëerd (diamanten , robijn , saffier , peridoot)
Hydrothermisch - Net als bij het voorbeeld van kandijsuiker, worden edelstenen gevormd wanneer lichamen van mineraalrijk water afkoelen
Metamorf - Zoals de naam al doet vermoeden, zijn dit edelstenen die 'vervormd' zijn door intense hitte en druk. (Saffier , Robijn , Spinel , Granaat)
Sedimentair - Edelstenen die worden gevormd door sedimenten die water afzetten (Malachiet, Azuriet , Opaal)

Stollende edelstenen gevormd in de aardmantel

Hoewel onze kennis van de aardmantel beperkt is, zijn er aanwijzingen dat sommige edelstenen zich in de aardmantel vormen. Hiervoor zijn extreem hoge temperaturen nodig.

Misschien wel de meest opvallende voorbeelden van edelstenen die zich in de aardmantel vormen, zijn peridoot en diamant. Geologen bestudeerden peridootafzettingen uit Arizona en geloven dat ze zijn gemaakt op rotsen die in de aardmantel dreven, tot 55 mijl onder het oppervlak. Ze werden dichter bij de oppervlakte gebracht door een explosieve uitbarsting, waarbij erosie en verwering ze dicht genoeg naar de oppervlakte duwden om ontdekt te worden.

Er is echter een beter begrip van diamanten . Diamanten kristalliseren in het magma net onder de korst. Deze formaties hebben echter een andere chemische samenstelling. Geologen geloven dat het van 110 mijl tot 240 mijl onder het aardoppervlak komt. Het magma is ongelooflijk vloeibaar op deze diepte en de temperaturen zijn erg hoog.

Dit magma kan zich veel sneller en veel gewelddadiger een weg door de korst banen dan andere vulkaanuitbarstingen. Tijdens het uitbarstingsproces breekt het magma uit en lost het gesteente op en brengt het vervolgens naar de oppervlakte.

Als het magma langzaam zou stijgen, zouden de diamanten waarschijnlijk niet overleven. De druk en veranderende temperaturen zouden ertoe leiden dat de diamanten verdampen, of mogelijk herkristalliseren als grafiet. Door de snelheid waarmee het magma opstijgt, hebben de diamanten echter geen tijd om te transformeren of te verdampen, waardoor ze als diamanten blijven.

Bij dramatische en ruwe veranderingen in de korst worden vaak kristallen gebroken. Wanneer groeicondities aanwezig zijn, sijpelt materiaal in de breuken en kristalliseert. Dit geneest de breuken door ze samen af te dichten. Ze genezen echter niet volledig, de fijne gaatjes blijven en ze worden gezien als vingerafdrukken.

Hoe komen ze naar de oppervlakte zodra edelstenen zijn gevormd? Omdat ze zich zo ver onder het oppervlak vormen, is het een wonder dat ze kunnen worden gedolven. Ze worden tijdens vulkaanuitbarstingen naar de oppervlakte gebracht, maar de meeste bereiken de oppervlakte door erosie en het opbouwen van bergen.

Creatie van hydrothermische edelstenen

Dit proces lijkt het meest op de hierboven gegeven rock candy. Superverzadigd water met veel verschillende mineralen wordt omhoog geduwd in holtes en scheuren in de aarde. als deze oplossing begint af te koelen, beginnen de verschillende mineralen te kristalliseren.

De belangrijkste hydrothermale vondsten zijn in Columbia. Met name de Muzo Emerald-mijn. Deze hydrothermale afzettingen zijn rijk aan chroom en geven de smaragden uit de regio hun ongelooflijke kleur.

De afbeelding hieronder toont een hydrothermale minerale ader. Deze ader ontstaat wanneer de wateroplossing in de spleet van de omringende rots afkoelt.

Creatie van metamorfe edelstenen

De meeste edelstenen worden gevormd door metamorfose. Dit is wanneer mineralen onder grote druk en hitte worden samengeperst, meestal door tektonische platen die onder elkaar bewegen. De mineralen worden samengeperst en metamorfoseren tot verschillende mineralen, soms zonder te smelten.

Sedimentaire edelsteen maken

Het ontstaan van sedimentaire edelstenen vindt plaats wanneer water zich vermengt met mineraal op het aardoppervlak. Het mineraalrijke water sijpelt naar beneden tussen de scheuren en holtes in de aarde en zet mineralenlagen neer. Dit is hoe mineralen zoals opaal, malachiet en Azuriet worden gevormd. Opaal wordt gevormd wanneer het water zich vermengt met silica. Terwijl de silica-oplossing bezinkt, stapelen microscopisch kleine bolletjes silica zich op elkaar en vormen zo Opal.

Minerale kristallisatie

De aardkorst kan overal van drie mijl dik tot 25 mijl dik zijn. Onder de korst bevindt zich de aardmantel. De mantel is ongeveer 1.860 mijl dik en vormt 83% van het volume van de aarde. Het is samengesteld uit magma, dat is gesmolten gesteente. Wanneer het de oppervlakte bereikt, wordt het lava genoemd. Het is het heetst dichter bij het middelpunt van de aarde dat je krijgt - en de warmtestromen houden het constant in beweging.

De zone waar de korst en de mantel elkaar ontmoeten is tumultueus, met hoge temperaturen en hoge drukken. Verschillende platen vormen de aardkorst en drijven op de vloeistofmantel. Terwijl ze elkaar tegenkomen, worden sommigen in de bergen verheven, terwijl anderen naar beneden worden geduwd.

Magma is ook continu in beweging. De druk en beweging veroorzaken voortdurend slijtage en breuken op de bodem van de korst. Rotsen breken dan los van de aardkorst en worden meegesleurd door het vloeibare magma. De rotsen smelten, waardoor de chemie van het magma verandert. Terwijl de kleinere deeltjes gedoemd zijn om insluitsels te worden in nog te vormen edelstenen.

Edelstenen vormen zich diep in de aarde, waarbij het onderste oppervlak van de korst talrijke holtes bevat als gevolg van zware breuken. Vloeistoffen ontsnappen door de holtes en breuken. Dit is de ideale conditie voor kristalgroei. Het is in wezen een soep die rijk is aan chemicaliën en die alle benodigde ingrediënten levert. De holtes bieden de perfecte ruimte om te groeien, en de druk en temperatuur is hoog. De vloeistof die door de korst beweegt, zorgt ervoor dat deze voldoende afkoelt om de kristallisatie te laten plaatsvinden - het enige dat nu nodig is, is tijd.

Geologisch gezien zou de tijd die het heeft voldoende moeten zijn. Echter, omdat deze omgeving zeer tumultueus is en de doorgangen continu opengaan en instorten. Vaak zullen de kristallen zich gaan vormen, maar wanneer de doorgang instort wordt de vloeistofstroom afgesloten. Het is op dit punt dat de groei stopt.

Als en wanneer de doorgang weer opengaat, hervat de groei. Deze aan/uit-groei is over het algemeen niet waarneembaar in kristallen, hoewel in andere gevallen de opeenvolgende lagen van ontwikkeling een andere chemische samenstelling hebben. Dit resulteert in kleurzonering.

Bestelling minerale kristallisatie

Topaaskristallen vormen zich vóór kwarts in het koelproces, omdat een principe van kristallisatie is dat als de temperatuur daalt de vaste ingrediënten die druppels kunnen vasthouden. De ingrediënten in de aardkorst zijn echter iets complexer dan de hierboven beschreven suikeroplossing. Verschillende mineralen kristalliseren uit dezelfde oplossing, maar bij verschillende temperaturen. Mogelijk ziet u eerst korund, gevolgd door topaas en kwarts terwijl de oplossing het koelproces voortzet.

Hoewel druk geen effect heeft op kandijsuiker, is de juiste combinatie van temperatuur en druk nodig om mineralen te laten kristalliseren.

Bovendien zijn er twee andere voorwaarden vereist voor kristallisatie - ruimte en tijd. In wezen moeten de juiste ingrediëntencombinatie, druk en hitte lang genoeg meegaan om mineralen te laten kristalliseren. Bovendien hebben ze ruimte nodig om te groeien.