Доломіт, карбонат кальцію і магнію, є одним з найпоширеніших мінералів на Землі, але вперто відмовляється рости в лабораторії, навіть за наявності всіх необхідних умов. Понад 200 років вчені намагалися вирішити "проблему доломіту", і, як пише indiandefencereview.com, нарешті їхні експерименти увінчалися успіхом.
"Проблема доломіту" – у чому складність
Більша частина доломіту походить із стародавніх морських відкладень: коли вмирали істоти, що мешкали в первісних морях, їхні скелетні останки опускалися на дно океану і протягом тисячоліть стискалися під екстремальним тиском, зрештою утворюючи вапняк. Коли багата магнієм вода протікала через цей вапняк, він перекристалізовувався в доломіт. За межами цих древніх утворень нові кристали зустрічаються вкрай рідко.
Корінь проблеми криється в хімії. Кристали доломіту ростуть, коли атоми приєднуються до поверхні існуючого кристала в точно визначеному порядку. Без втручання припливів і відпливів або опадів, які розчиняють і змивають зміщені атоми, для утворення одного шару доломіту знадобилося б приблизно 10 мільйонів років.
Два століття невдалих експериментів
Кожна лабораторна спроба виростити доломіт за останні 200 років закінчувалася невдачею. Для утворення кристалів необхідні перенасичені розчини, рідини, що містять високі концентрації необхідних елементів. Однак доломіт постійно відмовлявся осідати навіть у сильно перенасичених лабораторних розчинах при кімнатній температурі. Один особливо невдалий експеримент було проведено з метою виростити доломіт із розчину, перенасиченого в тисячу разів. Цей експеримент тривав 32 роки, перш ніж дослідники здалися.
Як стався прорив
Прорив стався завдяки поєднанню обчислювального моделювання з несподіваною експериментальною методикою. Вчені змоделювали природні умови прибережних районів, де зазвичай розташовані родовища доломіту, де періодично випадають опади, що розбавляють розчин, а випаровування дозволяє відновити ріст.
Паралельно інша команда вчених з Університету Хоккайдо виявила, що електронні пучки, які використовуються в просвічувальних електронних мікроскопах для отримання зображень, можуть розщеплювати воду, утворюючи кислоту, достатньо їдку для розчинення дефектів кристалів.
Це виявилося саме тим, що потрібно для росту доломіту. Дві команди використовували цю властивість, багаторазово направляючи електронний пучок на розчин протягом двох годин, знищуючи зміщені атоми в міру їх появи.
У результаті вдалося успішно виростити 300 шарів доломіту, які все ще невидимі неозброєним оком на глибині приблизно 100 нанометрів, але є вражаючим стрибком у порівнянні з усіма попередніми експериментами, жоден з яких ніколи не перевищував п'яти шарів.
Раніше вчені навчилися використовувати кератин – природний структурний білок, що отримується з вовни, для регенерації кісткової тканини у живих тварин.
