معمای ۲۰۰ ساله حل شد

محققان یکی از اسرار قدیمی زمین‌شناسی موسوم به «مساله دلومیت» را رمزگشایی کرده و موفق به شبیه‌سازی موفق ساخت ماده معدنی دلومیت شدند.

به مدت ۲۰۰ سال دانشمندان تلاش می کردند که این ماده معدنی را در آزمایشگاه بسازند اما موفق نشدند؛ حال یک تیم از محققان دانشگاه «میشیگان» و دانشگاه «هوکایدو» در ژاپن به لطف یک تئوری جدید برگرفته از شبیه‌سازی‌های اتمی در نهایت موفق به این کار شدند.

موفقیت این محققان موجب حل یکی از اسرار قدیمی زمین‌شناسی موسوم به «مساله دلومیت» شده است.

«دلومیت» یک ماده معدنی مهم در کوه های دلومیت ایتالیا، آبشار نیاگارا و صخره‌های سفید «داور» (Dover)، در سنگ های قدیمی‌تر از ۱۰۰ میلیون سال به وفور یافت می شود اما در فرماسیون‌های جدیدتر تقریبا اثری از آن نیست.

«ونهائو سان» استاد مواد در دانشگاه میشیگان و از مولفان این گزارش تحقیقی انتشار یافته در نشریه «ساینس» گفت: اگر بفهمیم که دلومیت چگونه در طبیعت ایجاد می شود ممکن است استراتژی‌های جدیدی برای ارتقای رشد کریستالی مواد فناورانه مدرن یاد بگیریم.

کشف ساختارهای زیبای کریستالی

رمز و راز تولید دلومیت در آزمایشگاه پس از شکست‌های گذشته، برداشتن نقایص در ساختار معدنی همزمان با رشد آن است. وقتی مواد معدنی در آب شکل می گیرند، اتم‌ها معمولا در لبه‌های سطح کریستالی در حال رشد ذخیره می شوند اما لبه رشد دلومیت از ردیف‌های متغیر و جابجا شونده کلسیم و منیزیم تشکیل می شود.

در داخل آب، کلسیم و منیزیم بطور تصادفی به کریستال دلومیت در حال رشد متصل می شوند و اغلب در نقاط نامناسب و اشتباه متصل می شوند که این امر از ایجاد لایه‌های بیشتر دلومیت جلوگیری می کند. این بی‌نظمی و اختلال موجب می شود که رشد دلومت آهسته شود بطوری که ساخت تنها یک لایه از دلومیت منظم ۱۰ میلیون سال زمان می برد.

اما خوشبختانه این نقایص مداوم نیستند و از آنجا که اتم‌های بی‌نظم پایداری کمتری دارند وقتی که این ماده معدنی در آب شسته می شود آن اتم ها اول از همه حل می شوند. شستشوی مداوم و حذف این نقایص مثلا با باران یا جذر و مد موجب می شود که یک لایه دلومیت در ظرف چند سال شکل بگیرد.

این محققان برای شبیه‌سازی صحیح فرایند رشد و شکل گیری دلومیت، باید محاسبه می‌کردند که اتم‌ها با چه قدرت یا ضعفی به یک سطح دلومیت موجود متصل می شوند.

دقیق‌ترین شبیه‌سازی نیازمند انرژی یکایک تراکنش‌ها بین الکترون ها و اتم ها در کریستال در حال رشد است. چنین محاسبات دشواری معمولا نیازمند مقادیر زیادی نیرو است اما نرم‌افزار تولید شده در دانشگاه میشیگان یک راه میان‌بر برای این کار ارائه داد.

«برایان پوچالا» از تولیدکنندگان این نرم افزار می گوید: نرم افزار ما انرژی برخی از ترتیبات اتمی را محاسبه می‌کند و سپس از آن برای پیش بینی انرژی سایر ترتیبات بر اساس تقارن ساختار کریستالی استفاده می کند.

این راه میان‌بر امکان شبیه‌سازی شکل گیری و رشد دلومیت در مقیاس‌های زمانی زمین‌شناسی را فراهم کرد.

درس‌های آموخته شده از «مساله دلومیت» می تواند به مهندسان کمک کند تا مواد با کیفیت بالاتر برای نیمه‌رساناها، پنل‌های خورشیدی و سایر فناوری‌ها تولید کنند.

منبع: ایرنا