作者:赖斯大学的杰德·博伊德 加州斯图尔特锂铁矿的石英伟晶岩中，黑色电气石变成了粉色电气石
学分:帕特里克·菲尔普斯/莱斯大学 根据莱斯大学的最新研究，罗马不是一天建成的，但地球上一些最好的宝石却是一天建成的
海蓝宝石、祖母绿、石榴石、锆石和黄玉只是少数主要在伟晶岩中发现的结晶矿物，伟晶岩是一种脉状结构，通常包含大晶体和难找元素，如钽和铌
另一个常见的发现是锂，一种电动汽车电池的重要成分
“这是理解地球如何在某些地方和矿物中浓缩锂的一步，”莱斯的研究生帕特里克·菲尔普斯说，他是《自然通讯》在线发表的一项研究的合著者
“如果我们能够理解伟晶岩生长速率的基本原理，这是朝着理解伟晶岩形成的方式和位置的方向迈出的一步
" 伟晶岩是在上升的岩浆在地球内部冷却时形成的，它们拥有一些地球上最大的晶体
例如，南达科他州的埃塔矿就有富含锂的锂辉石的原木大小的晶体，其中一个长42英尺，重约37吨
菲尔普斯、莱斯大学的CIN-蒂·李和南加州地质学家道格拉斯·莫顿的研究试图回答一个长期困扰矿物学家的问题:伟晶岩中怎么会有如此大的晶体？ “在岩浆矿物中，晶体大小传统上与冷却时间有关，”莱斯大学地球、环境和行星科学系主席、莱斯大学的哈里·卡罗塞斯·威斯地质学教授李说
“想法是大晶体需要时间来生长
" 例如，像喷发熔岩中的岩石一样，快速冷却的岩浆包含微观晶体
李说，但是同样的岩浆，如果冷却几万年，可能会有厘米大小的晶体
“伟晶岩冷却速度相对较快，有时只需几年时间，但它们拥有地球上一些最大的晶体，”他说
“最大的问题是，‘这怎么可能？’" 莱斯大学研究生帕特里克·菲尔普斯使用阴极发光显微镜来测量样品晶体的化学成分
学分:琳达·韦尔森巴赫/莱斯大学 当菲尔普斯开始这项研究时，他最直接的问题是如何制定一套测量方法，让他、李和莫顿来回答这个大问题
“这更像是一个问题，‘我们能算出它们实际生长的速度吗？’”菲尔普斯说
“我们可以用微量元素——不属于石英晶体的元素——来计算增长率吗？” 花了三年多的时间，从南加州的一个伟晶岩矿中收集样品晶体，进行了数百次实验室测量来精确绘制样品的化学成分，并深入研究了大约50年前的材料科学论文，以创建一个数学模型，将化学剖面转化为晶体生长速率
“我们检查了半英寸宽、一英寸多长的晶体，”菲尔普斯说
“我们发现这些晶体是在几个小时内生长的，没有任何迹象表明，在长度为一米或更长的较大晶体中，物理学会有所不同
根据我们的发现，像那样的大晶体可以在几天内生长出来
" 伟晶岩形成于地壳碎片被拉下并在地球熔化的地幔中再循环的地方
任何被困在地壳中的水都会成为熔体的一部分，随着熔体的上升和冷却，会产生多种矿物质
每一种都在特定的温度和压力下从熔体中形成并沉淀出来
但是水仍然存在，在冷却熔体中所占的比例越来越高
菲尔普斯说:“最终，剩下的水太多了，它变成了一种以水为主的流体，而不是以熔体为主的流体。”
“这种含水混合物中剩余的元素现在可以更快地移动
化学物质在流体中的扩散速度要快得多，流体往往流动得更快
因此，当晶体开始形成时，元素可以更快地到达它，这意味着它可以生长得更快
" 晶体是原子的有序排列
当原子根据它们的化学性质和能级自然地落入排列的模式时，它们就形成了
例如，在费尔普斯收集石英样品的矿井中，在伟晶岩还在形成的时候，许多晶体已经形成，看起来像是裂开的裂缝
石英伟晶岩基质中的巴西绿宝石
信用:图片由Madereugenandrew/维基共享空间提供 费尔普斯说:“你可以看到这些突起，穿过伟晶岩层，就像矿脉中的矿脉一样。”
“当裂缝打开时，压力迅速降低
所以流体冲进来，因为一切都在膨胀，压力急剧下降
突然之间，熔体中的所有元素现在都混淆了
他们不想再处于那种物理状态，他们迅速开始聚集在水晶中
" 为了破译样品晶体生长的速度，菲尔普斯使用阴极发光显微镜和激光烧蚀质谱来测量生长过程中几十个点上掺入晶体基质的微量元素的精确数量
从20世纪中期材料科学家所做的实验工作来看，菲尔普斯能够从这些剖面图中解读出增长率
“有三个变量，”他说
“事情有被带进来的可能
这是分配系数
这就是晶体生长的速度，生长速率
然后是扩散率，元素养分多快被带到晶体中
" 菲尔普斯说，快速的增长速度是相当令人惊讶的
“伟晶岩寿命很短，所以我们知道它们必须长得相对较快，”他说
“但我们发现它比任何人预测的都快几个数量级
“当我最终得到其中一个数字时，我记得我走进CIN-蒂的办公室，说，‘这可行吗？我认为这是不对的
”菲尔普斯回忆道
“因为在我的脑海中，我仍然在思考一千年的时间尺度
这些数字意味着几天或几小时
“CIN-蒂说，‘为什么不呢？“为什么不能是对的，””菲尔普斯说
“因为我们做过数学和物理
那部分很好
虽然我们没想到它会这么快，但我们想不出它不可信的原因
"
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