揭开矿物枝晶的隐藏生长

由维也纳大学、华沙大学物理系和爱丁堡大学的科学家组成的国际研究小组描述了三维锰枝晶的生长过程。研究人员发现它是通过氧化锰纳米粒子的积聚而发生的。了解三维矿物枝晶生长的动态对于物理、地质学、材料科学甚至外星环境的研究等各个科学领域都很重要。科学家不仅获得了对岩石和矿物历史的宝贵见解，这些知识还可以用于工业，例如生产具有新特性的合成材料。

当我们想到矿物时，我们经常想象形状完美、对称的结构。然而，在自然界中，有时它们会呈现出更复杂和意想不到的形状。最近的一项研究揭示了矿物枝晶的生长动态，为它们的形成及其编码的地质历史提供了开创性的见解。这一发现挑战了传统的结晶途径，并为了解矿物形成的复杂世界提供了令人着迷的一瞥。与过冷熔体形成的金属或结晶枝晶不同，矿物枝晶是由流体运动和化学浓度梯度驱动的不稳定水相生长过程的结果。特别是锰枝晶，已知在岩石表面形成二维结构。然而，直到现在，

来自维也纳大学、华沙大学物理系、爱丁堡大学等机构的研究团队踏上了探索三维锰枝晶奥秘的旅程。他们的研究重点是斜发沸石凝灰岩(沸石)中形成的天然枝晶，斜发沸石凝灰岩是一种致密的多孔火山凝灰岩。“通过将高分辨率 X 射线和基于电子的成像技术与数值建模相结合，我们能够解开隐藏在这些复杂矿物结构中的秘密”，华沙大学物理学院的学生和研究中使用的数值模型。

研究人员发现，枝晶的生长是通过氧化锰纳米颗粒向伸长结构的堆积而发生的。“当富含锰的流体与含氧孔隙水混合时，这些纳米颗粒就形成了，导致复杂的树枝状结构的发展。值得注意的是，这些枝晶的几何形状记录了岩石的水文地球化学历史，包括离子浓度、渗透流体的体积和流体脉冲的数量。从本质上讲，这些 3D 树突可以作为地质指纹，保存过去环境条件的记录。”该出版物的主要作者、维也纳大学地质系侯兆良博士解释道。

该研究还强调了一种非经典结晶途径，其中枝晶生长是通过氧化锰纳米粒子的形成、扩散和附着来进行的。该途径挑战了晶体生长的传统观点，并强调了自然界中颗粒附着过程的重要性。它进一步与人们日益认识到这种机制作为一种重要且广泛的晶体生长类型相一致。

了解 3D 矿物枝晶的生长动态对于各个领域都具有重要意义，包括物理学、地质学、材料科学，甚至外星环境的研究。特别是，后一个方面为探索微生物对 MnO 枝晶生长的影响提供了令人兴奋的机会。通过破译其形成背后的复杂过程，科学家们获得了对岩石和矿物历史的宝贵见解。此外，这项研究为进一步研究类似的树突状结构(例如金/金树突)铺平了道路。

“对 3-D 锰枝晶的研究揭示了一个迷人的世界，其中包括非经典结晶路径和地质结构中记录的隐藏故事。通过将先进的成像技术和数值建模相结合，科学家们在揭开这些复杂矿物构造的奥秘方面迈出了重要的一步。随着我们深入研究晶体生长的秘密，我们为更好地了解地球历史和自然世界中有趣的机制打开了大门”，华沙大学物理学院的 Piotr Szymczak 教授总结道。

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