קריסטובליט

מקור השם

הקריסטובליט תואר לראשונה ב-1887 מדגימות שנאספות ברכס סרו סן קריסטובל (Cerro San Cristóbal) במדינת אידלגו שבמקסיקו. המינרל קרוי על שם המקום בו תואר לראשונה. משערים כי המינרל לוסטיט (Lussatite) הקרוי על שם המקום בו נתגלה, הכפר לוסט (Lussat) במחוז פוי-דה-דום (Puy-de-Dôme ) בצרפת, אותו תיאר המינרלוג הצרפתי פרנסואה ארנסט מאלאר ב-1890, הוא סוג של קריסטובליט.

תכונות

הקריסטובליט יציב רק בטמפרטורות שמעל ל-1470ºC, כאשר נוכחות אדי מים והלחץ הפנימי יכולים לשנות את הטמפרטורה של הגבול התחתון של ההתגבשות, אבל הוא יכול להתגבש ולהשאיר יציב באופן מטאסטבילי בטמפרטורות נמוכות יותר. היציבות של הקריסטובליט מחוץ לתחום היציבות התרמודינמי שלו מתרחשת משום שהמעבר מקריסטובליט לקוורץ או טרידימיט הוא סוג של "שיחזור", הדורש שבירה וסידור מחדש של המבנה המרחבי של הסיליקה. מבנים אלו מורכבים מארבעונים של SiO₄ בהם כל אטום חמצן משותף לשני ארבעונים סמוכים, כך שנוסחת המבנה הכימי של הסיליקה היא SiO₂. נוסחה זו זהה לכל המינרלים החברים בקבוצת הקוורץ, הכוללת גם את הטרידימיט, הקואסיט והסטיסהוביט. ההבדל בין המינרלים נובע, בין השאר, מהתגבשותם בטמפרטורות שונות. שבירת הקשרים הנדרשת להמיר קריסטובליט לקוורץ או לטרידימיט דורשת אנרגיית שפעול ניכרת ויכולה לארוך אלפי שנים. אטומים של אלומיניום או נתרן בגביש עשויים להגדיל יציבות זו. הסיליקטים בעלי מבנה מרחבי ידועים בשם מינרלים טקטוסיליקטיים.
קשיותו של הקריסטובליט היא בין 6 ל-7 בסולם מוס ומשקלו הסגולי הוא 2.33 גרם לסמ"ק. מבחינת תכונותיו האופטיות הקריסטובליט הוא חד-צירי חיובי, בעל מקדם שבירה של 1.48, ולגבישים יש שבירה כפולה בולטת. גבישים תאומים נפוצים למדי.
קיימת יותר מצורה אחת של המבנה של קריסטובליט. בטמפרטורות גבוהות המבנה הוא קובייתי, צורה המכונה קריסטובליט-β. מבנה טטרגונלי של הקריסטובליט נוצר כאשר המינרל מתקרר מתחת ל-268ºC בלחץ אחיד מכל הכיוונים, צורה המכונה קריסטובליט-α או רק קריסטובליט. מבנה זה נוצר מהמבנה הקובייתי על ידי הטיה סטטית של הארבעונים של הסיליקה במבנה. המרה זו מכונה המרת גבוה-נמוך או המרת . בדרך כלל לא ניתן למנוע את המרת תצורת ה- הקובייתית לתצורה הטטרגונלית על ידי קירור מהיר במיוחד. במקרים נדירים יכולה הצורה הקובייתית להישמר אם הגרעין הגבישי נעוץ בתוך מסת אם שאינה מאפשרת את העיוות הספונטני המתרחש בהמרה, הגורם לשינוי בצורת הגביש. המרה זו מתבצעת בצורה מקוטעת. הטמפרטורה המדויקת הנדרשת להמרה תלויה בגבישיות של דוגמת הקריסטובליט וזו תלויה בגורמים כמו כמה זמן שהתה הדוגמית בטמפרטורה מסוימת.
מצב β הקובייתי מורכב מארבעוני סיליקה שהתפזרו בצורה דינמית. צורת הארבעונים נותרת סדירה יחסית והם הוזזו ממיקומם הסטטי האידיאלי בשל פעולה של מחלקה של פונונים של תדירות נמוכה המכונים "rigid unit modes". "קפיאה" של אחד מ-rigid unit modes אלו היא המצב המאפשר את המרת α–β.
בשלב ההמרה ממצב β ל-α רק אחד משלושת הצירים הקריסטלוגרפיים בקובייה שומר על ציר הסיבוב, שאורכו פי ארבעה בצורה הטטרגונלית. בחירת הציר היא אקראית, ולכן יכולים לצמוח גבישים תאומים מתוך אותו גרעין. שונות מרחבית זו של הגבישים התאומים בשילוב עם טבעה המקוטע של ההמרה עלולים לגרום לנזק מכני ניכר לחומרים בהם יש קריסטובליט והעוברים באופן תכוף דרך טמפרטורות של התמרה, כדוגמת לבנים חסינות אש.
כאשר מתרחש תהליך של Devitrification (בתהליך חימום זכוכית נוצרת על פניה משטח או קמטים לבנים לא רצויים בשל התגבשות) הגבישים הראשונים שנוצרים הם של קריסטובליט, אפילו כאשר הטמפרטורה היא מחוץ לתחום היציבות התרמודינמי שלו. הטבע הבלתי מסודר הדינמי של מצב ה-β אחראי חלקית לאנתלפיה הנמוכה בהיתוך של סיליקה.
בחימום של קריסטובליט עד לטמפרטורה של 180ºC נהפך הקריסטובליט לצלול ושקוף, אבל כשהוא מתקרר הוא הופך לבנבן ושקוף למחצה בחזרה.

שימושים

הכדוריות הזעירות שקוטרן נע בין 150 עד 300 ננומטר הבונות את האופאל היקר, והאחראיות למשחק הצבעים המרהיב שהפך אותו לאבן חן מבוקשת, בנויות מקריסטובליט שהתגבש באופן מטאסטבילי בטמפרטורות נמוכות. גם "פתיתי השלג" המופיעים על פניו של הסלע המוכר בכינוי "אובסידיאן פתיתי שלג" (Snowflake Obsidian) הנמכר בחנויות לאספני מינרלים הם בעצם מקבצים זעירים של גבישי קריסטובליט קטנים.
מעבר לשימוש העקיף באופאל וב"אובסידיאן פתיתי שלג", חשיבותו העיקרית של הקריסטובליט היא בתחום הפטרולוגיה, בציינו את הטמפרטורה בה התגבש הסלע המכיל אותו. מתחת ל-1,470ºC מתגבש הטרידימיט ומתחת ל-870ºC מתגבש קוורץ הסלע. סלע מותך יכול לעבור כמה שלבים בעת ההתגבשות ולכן לעיתים מוצאים את כל שלושת הסוגים באותו סלע, דבר המקשה על הבנת סביבת ההיווצרות.

סביבת ההיווצרות ותפוצה

הקריסטובליט הוא מינרל נפוץ, אם כי בדרך כלל כגבישים מיקרוסקופיים. גבישים מקרוסקופיים ניתן למצוא בעיקר בחללים בסלעים געשיים בזלתיים עד ריוליטים, דוגמת אובסידיאן מסוג "פתיתי שלג"; באבני חול שעברו התמרת מגע בזמן הדיאגנזה של הסלע, תופעה שגרמה להתגבשות מחדש של סלעי המשקע הצורניים; במרבצי דיאטומיט (סוג של סלע המורכב ממאובני צורניות) שעברו התמרה, בתצורת מונטריי בקליפורניה ובמקומות דומים.
מקומות בהם ניתן למצוא קריסטובליט כוללים את סרו סן קריסטובל (Cerro San Cristóbal) במדינת אידלגו שבמקסיקו (שם נתגלה המינרל לראשונה); במחוז טוקאטוקה (Tokatoka) בניו זילנד; במאיאן (Mayen) ובמנדיג (Mendig) במחוז אייפל בגרמניה; בהרי סאן חואן (San Juan) בקולורדו, צוק אובסידיאן בפארק הלאומי ילוסטון בויומינג ועל הר לאסן בפארק הלאומי הגעשי לאסן בקליפורניה ובפארק הלאומי קרייטר לייק שבאורגון שבארצות הברית.