CRECIMIENTO DE CRISTALES EN LA NATURALEZA: MORFOLOGIAS DE CRECIMIENTO E IMPLICACIONES

GENETICAS 

Cristóbal Viedma 

Superposición de morfologías de crecimiento en cuarzo  

¿Por qué interesa el crecimiento cristalino a un estudiante de mineralogía?

 Este documento constituye el núcleo teórico de una lección del programa de Mineralogía y pretende aportar  una visión de conjunto de la relación entre los procesos  cinéticos del Crecimiento Cristalino y la morfología cristalina como indicador genético. Que la morfología expresa la simetría de la estructura es algo que el alumno tiene asumido. Pero el Cristal es un ser histórico y esta historia no es siempre la misma para individuos de la misma especie mineral, por lo que la morfología de diferentes individuos puede presentar características singulares que son una rica fuente de información genética. 

El conocimiento de los Mecanismos de Crecimiento y el relativamente moderno concepto de Rugosidad Superficial son imprescindibles para descifrar esta información codificada en la morfología. Los Cristales reales, los Minerales, presentan  características propias que responden a la cuantificación de la rugosidad, la sobresaturación o al mecanismo de crecimiento. La relación entre estos parámetros son la base para la comprensión de lo que mas tarde en el desarrollo del programa, se llamará "Conducta Mineral". En esta lección se esbozan los fundamentos teóricos que se ampliaran en sucesivas clases, para  dar una visión global de los procesos que enmarcan la relación morfología-condiciones de crecimiento. Comenzamos describiendo los diferentes sistemas a partir de los cuales un Cristal puede crecer y establecemos cuál es el más corriente en la Naturaleza. De este modo nos centramos en un modelo de crecimiento concreto cuya extrapolación a medios naturales es inmediata. Seguidamente recordamos los mecanismos de crecimiento, ya estudiados, para relacionarlos con la rugosidad de superficie y su repercusión en la  morfología cristalina. Por ultimo establecemos que la  "historia cristalina" no es siempre lineal sino que puede ser fluctuante y  cada episodio histórico tiene su reflejo morfológico que se expresa  en una superposición de morfologías , "morfologías internas", cuya lectura es el relato pormenorizado de las vicisitudes soportadas por el cristal que están íntimamente imbricadas en la historia geológica regional.  

Introducción Tradicionalmente los manuales de Mineralogía tratan el origen de los minerales con una descripción de los eventos geológicos que intervienen en la formación de los yacimientos y con la caracterización termodinámica y la físico-química de los sistemas naturales para los cuales los minerales son fases de este sistema.Pero cualquier individuo mineral no solo tienen  las características propias de su especie, sino que como individuos presentan singularidades (defectos, impurezas, morfologías…) que les confieren una identidad exclusiva como tales individuos. Por eso la Mineralogénesis podemos clasificarla en : 

                                                                                                                 FILOGENIA MINERALMINERALOGENESIS                                                                         ONTOGENIA MINERAL   La Filogenia Mineral estudia las especies Minerales y su paragénesis, mientras la Ontogenia Mineral estudia el proceso de formación de los individuos de la especie. El estudio de la Ontogenia Mineral implica, entre otros temas, el estudio de la Morfología y sus implicaciones genéticas. En efecto, la gran variedad morfológica que un Cristal puede presentar no puede ser justificada atendiendo únicamente a su estructura. Un Cristal-Mineral crece a partir de un núcleo microscópico hasta alcanzar la morfología que macroscopicamente presenta. El proceso de crecimiento se realiza en las  caras del Cristal, es decir en la frontera o interfase entre el cristal que crece y el medio que le rodea y a partir del cual se “nutre”. Las características de esta frontera y las condiciones de crecimiento (sobresaturación, temperatura, composición del medio etc.) influyen poderosamente en la morfología que el Cristal adquiere y son factores a tener en cuenta, junto a la estructura, para explicar las diferentes morfologías que una misma especie mineral puede presentar. Es decir, que podemos hacer una primera aproximación teórica y prever la morfología de un Cristal en base solamente a criterios estructurales: seria la morfología de equilibrio que en realidad solo se puede observar en experimentos muy precisos que anulen la influencia de otros muchos factores. Si junto a los criterios estructurales se tienen en cuenta la influencia de las condiciones de crecimiento, la morfología resultante seria la morfología de crecimiento. Por último, si el Cristal a lo largo de su historia sufre un proceso de disolución parcial, generalmente selectiva, este evento quedará reflejado en lo que se llama  morfología de disolución. 

Por tanto, las morfologías de crecimiento y de disolución encierran una valiosa información genética que cuenta la historia y vicisitudes por las que el cristal ha pasado, siendo posible dilucidar, a partir de ellas, parámetros tan interesantes como el mecanismo de crecimiento o las condiciones físico-químicas presentes en el proceso de su formación. La Cristalografía mediante la Teoría del Crecimiento Cristalino nos da las claves que permiten relacionar la presencia de defectos y morfologías en los Minerales con las causas termodinámicas y cinéticas que los generan.Para ello se hacen experimentos de cristalización bajo condiciones de crecimiento controladas, en los que se generan variaciones morfológicas, defectos cristalinos etc. que son fácilmente extrapolables a sistemas semejantes que se producen en procesos naturales.   

¿Cómo crecen los cristales en la naturaleza? El proceso de cristalización puede presentarse a partir de sistemas diferentes que comportan mecanismos distintos y que están perfectamente modelizados. Veamos cuales son estos modelos y cuál de ellos se ajusta mejor a los procesos que ocurren en la naturaleza, o dicho de otro modo, cómo crecen los cristales en la naturaleza. El crecimiento cristalino podemos dividirlo en los siguientes modelos: Crecimiento sólido-sólido o recristalización, el sólido inicial y final tienen la misma estructura cristalina y la misma composición química. Solo se produce un incremento de tamaño de grano a través de movimientos de borde de grano. Esto ocurre cuando se activa la energía que encierra todo borde de grano mediante estimulación térmica. No hay líquido alguno en el borde de grano sino reajustes de dislocaciones. Se produce una distribución equidimensional de los granos. Ejemplos en la naturaleza lo serian el Mármol creciendo a partir de la Caliza, o la Cuarcita a partir de las Areniscas. Pero salvo estos casos, su uso es muy restringido en la naturaleza. Los cristales que crecen en medios metamórficos o metasomáticos no pueden ser tratados como un caso de cristalización sólido-sólido ya que los materiales iniciales y finales son diferentes. En estos procesos los componentes solventes, como elementos volátiles, pueden jugar un papel importante en el crecimiento

cristalino y los procesos son similares a los tipificados en el crecimiento en solución. Cristalización líquido-sólido: en este tipo de cristalización existe una reorganización de las estructuras, una abrupta transición de fase, de una fase desordenada o con orden a corta distancia, propia de un líquido, pasamos a otra ordenada, a un Cristal. El tipo de proceso y la fuerza impulsora que genera la cristalización dependerá del todo de la fase liquida. De este modo podemos tener: a) Crecimiento a partir de solución La fase fluida es diluida  y los átomos que van a formar el Cristal están dispersos en el liquido, es fundamental, por tanto, el transporte de masa para que nuclee y crezca el Cristal. El crecimiento de Cristales en medio hidrotermal y en solución acuosa a baja temperatura, en medio superficial o sedimentario, son ejemplos de crecimiento cristalino a partir de solución en que el agua es el componente solvente mayoritario. b) Crecimiento a partir de un fundido La fase liquida está muy condensada lo que impide un transporte eficiente de la materia en su seno. Por otra parte, en este caso, el fundido y el Cristal que crece tienen casi la misma densidad y similar distancia interatómica con lo que tampoco es necesario un gran transporte de materia. En estas condiciones es la transferencia de calor quien juega un papel importante en el proceso de cristalización. Este tipo de crecimiento está ausente en cualquier proceso geológico. El crecimiento de Minerales en magmas, no es un crecimiento a partir de fase fundida ya que los magmas son sistemas multicomponentes y se requiere la transferencia de masa lo que le sitúa en un contexto de crecimiento de cristales a partir de solución de alta temperatura. Aunque el transporte de masa y calor se combina en cualquier tipo de crecimiento cristalino, podemos decir que la transferencia de calor es esencial en el crecimiento en fundido, mientras que la transferencia de masa es esencial en solución. c) Crecimiento a partir de vapor

 Tiene lugar en al naturaleza: pensemos en la formación de Minerales pegmatíticos, fumarolas o drusas. Pero al cristalizar a temperaturas supercríticas siempre hay una interacción sólido-liquido, mas débil que en agua y que en soluciones a alta temperatura pero suficiente como para contemplar este crecimiento como un intermedio entre el crecimiento en solución acuosa y el crecimiento puro a partir de vapor. Resumiendo: En la cristalización natural el proceso más extendido e importante es el crecimiento cristalino en solución. El crecimiento por un fundido no existe y el crecimiento sólido-sólido está muy restringido. El crecimiento a partir de vapor tiene un carácter cercano al crecimiento en solución. Por todo esto el modelo experimental y teórico idóneo para la interpretación genética de los Minerales es el proporcionado por el crecimiento cristalino a partir de solución y a él nos remitimos.  

Nucleación y crecimiento Si la Morfología de Crecimiento o Disolución que presenta un Cristal es el resultado de la historia del mismo, su comprensión tiene también que venir ligada a la comprensión de esa historia. Es decir debemos recomponer cómo se produjeron los procesos de nucleación  y crecimiento cristalino. Un cristal se genera a partir de una solución que está sobresaturada. Sobresaturada significa que la solución contiene en su seno una concentración de soluto (sustancia a cristalizar) C mayor que las concentración Co  que seria la concentración de equilibrio para la misma temperatura. Es decir:

                                                           En esta ecuación   expresa la sobresaturación o diferencia de concentración entre las dos soluciones (solución  sobresaturada y solución en equilibrio). Para que la nucleación del Cristal tenga lugar se debe vencer una barrera energética, por lo que    debe tener un cierto valor determinado a partir del cual la nucleación puede producirse. El valor   necesario para que la nucleación ocurra va a depender del tipo de nucleación que se genere y que podemos resumir en: 

A)    Nucleación homogénea : se produce en el seno de la solución y se genera por la interacción entre las moléculas, átomos o iones que formaran el Cristal. Normalmente se necesita un valor   muy alto. Este tipo de nucleación es característico de muchas venas y yacimientos minerales como Calcita, Pirita etc.

 B)     Nucleación heterogénea: la nucleación de la fase sólida se produce sobre

un sustrato presente en el medio de cristalización, lo que reduce la sobresaturación crítica   necesaria para la nucleación. Se producirá una nucleación bidimensional o heterogénea. Es el tipo de nucleación mas frecuente en la naturaleza. En un caso extremo si hay algún tipo de similitud entre la estructura de la superficie y la del cristal que nuclea,   será todavía menor y se produce una epitaxia.

   

Crecimiento cristalino La superficie de un cristal presenta un paisaje atómico que podemos modelizar (figura 1) con las posiciones atómicas 1, 2, 3, 4 y 5 que presenta la cara (100) de una red cúbica primitiva. 

 Fig. 1: Paisaje atómico de una cara cristalina de una cara cristalina con posiciones atómicas más o menos favorables en el crecimiento. En una solución sobresaturada la incorporación de una unidad de crecimiento cristalina (átomo o molécula) a cualquier posición de la superficie implica una transición energética que depende del balance entre el número de enlaces que se establecen en la unión y  los que quedan sin saturar. De este modo, en nuestro

modelo, las posiciones mas rentables energéticamente serán la 5 y 4 ya que saturan mas enlaces de los que crean (5 y 4 frente a 1 y 2 respectivamente). Sin embargo estas posiciones carecen de importancia en el crecimiento cristalino al agotarse en sí mismas. Las posiciones 1 y 2 son muy inestables y energéticamente no viables al saturar menos enlaces de los que generan. La posición 3, llamada de rincón, es la de mayor importancia para el crecimiento puesto que al tiempo que  energéticamente es viable al no crear mas enlaces de los que satura, tiene la particularidad de repetir la configuración preexistente. Esto permite que continúe el proceso de crecimiento hasta completar la capa de esta cara cristalina. Pero… ¿Qué sucederá cuando se complete la capa y por tanto se agoten los rincones? Es necesario que sobre la superficie del cristal, ahora lisa, se generen  nuevos rincones o escalones para que continúe el crecimiento. Esto se consigue mediante una nueva nucleación bidimensional o heterogenea sobre la superficie de la cara cristalina para volver a repetirse el proceso de incorporación de átomos o moléculas  descrito. Este modelo de crecimiento cristalino fue propuesto por Volmer, Kossel y Stranski y se denomina como mecanismo V.K.S. Pero para que se genere la nucleación bidimensional heterogénea sobre la cara del cristal que crece, es necesario, un cierto valor de sobresaturación   ¿Qué sucederá si la solución, aun estando sobresaturada, no alcanza ese nivel de sobresaturación? El crecimiento del cristal, según el modelo V.K.S., debe detenerse. Sin embargo es un hecho experimental que los Cristales crecen aún a niveles de sobresaturación muy bajos que no permiten la nucleación bidimensional. Ante esta contradicción, Burton, Cabrera y Frank establecieron un nuevo modelo de crecimiento que genera rincones o escalones de una forma continua aun a muy bajas sobresaturaciones: propusieron la existencia de dislocaciones helicoidales sobre las caras del cristal que son una fuente permanente de rincones  puesto que  estos no desaparecen en el curso del crecimiento (figura 2). Es el mecanismo de crecimiento cristalino B.C.F. 

Fig. 2: Dislocación helicoidal. 

El tratamiento que hemos hecho de la interfase Cristal-Solución, es decir la cara cristalina, puede resumirse diciendo que esta se transforma de lisa a rugosa al aumentar la sobresaturación y que el tipo de crecimiento dependerá de la rugosidad que presente la cara. En caras relativamente lisas el crecimiento se producirá o bien mediante el consecutivo crecimiento de capas cuyos escalones o rincones se renuevan mediante nucleación bidimensional (V.K.S), o bien mediante el crecimiento en espiral (B.K.F.) que genera escalones en el propio

proceso de crecimiento. A un determinado nivel de sobresaturación   la rugosidad de la cara es tal que se producirá un crecimiento rápido y aleatorio en cualquier lugar de la cara cristalina: es el crecimiento adhesivo o rugoso (figura 3). 

Fig. 3: Cara cristalina totalmente rugosa. El crecimiento se produce en toda ella al mismo tiempo. Por tanto es una tarea importante cuantificar la rugosidad de la superficie de un cristal  para prever los mecanismos de crecimiento que van a actuar y predecir, a partir de estos datos, las  morfologías cristalinas  que pueden generarse.  

Evaluación de la rugosidad superficial 

Para evaluar la rugosidad superficial, se aplica el concepto de factor    postulado por Jackson en 1958 y que expresó así: 

                                                            

Donde  L es el calor latente de evaporación, K la constante de Boltzmann,   la temperatura de fusión y    un factor que depende de la orientación. 

Esta ecuación generalizada para sistemas reales de crecimiento en solución se expresa:

                                        

Donde   es la temperatura de crecimiento real en solución,   ,   y   son las energías de interacción sólido-liquido, liquido-liquido y sólido-sólido respectivamente. Jackson demostró que sustancias con   < 2 crecen con superficies rugosas y con

  > 3 crecen con superficies lisas. Este factor  de Jackson es una propiedad característica de cada compuesto y predice si esa sustancia tendrá una superficie rugosa o lisa. El término   en la ecuación indica que la rugosidad de superficie de un cristal es diferente para diferentes direcciones cristalográficas. Es decir que las caras de un Cristal que crece presentan diferentes grados de rugosidad y por tanto diferentes

sobresaturaciones criticas  y para cada dirección cristalográfica. De este modo en un momento dado unas caras del Cristal pueden estar creciendo por

debajo de  , otras entre  y   e incluso otras caras estar creciendo por

encima de  (figura 4). 

Fig. 4: Un mismo cristal creciendo con diferentes sobresaturaciones distribuidas en diferentes caras cristalográficas. Esto quiere decir que todos los tipos de crecimiento que hemos descrito pueden estar operando, a un mismo tiempo, sobre un mismo Cristal y bajo las mismas condiciones. Una primera consecuencia de este fenómeno es que el desarrollo de las caras del mismo cristal se produce a diferente velocidad de crecimiento,

entendiendo por velocidad de crecimiento el espesor adquirido por las caras en unidad de tiempo. Esta diferencia en el crecimiento de las caras hace que las más lentas se mantengan e incluso se hagan más grandes frente a las caras de  desarrollo mas rápido que se hacen más pequeñas y pueden desaparecer (figura 5). 

Fig. 5: Cambio morfológico en un cristal debido a la desaparición de caras. A su vez, dicha desaparición de caras es provocada por la diferente velocidad de crecimiento de cada una de ellas. De este modo se pueden generar morfologías diferentes en el proceso de crecimiento por la aparicion y desaparición de caras cristalograficamente diferentes, o bien por el desarrollo desigual de las mismas caras cristalográficas (figura 6). 

Fig. 6: Cambio morfológico debido al desarrollo anisótropo de caras equivalentes. Vemos pues que la anisótropa distribución de la rugosidad en las caras cristalinas conlleva a morfologías que pueden cambiar cuando el cristal sufre una modificación en sus variables ambientales que provocan una nueva distribución de la anisotropía rugosa y las sobresaturaciones críticas y por tanto a una

variación en al relativa velocidad de las caras. Esta es una de las causas de que un mismo mineral presente morfologías diferentes en medios distintos. Otro fenómeno típico de esta anisótropa distribución de la rugosidad y sobresaturación entre caras cristalograficamente diferentes, en caso mas extremos, es la aparición de Estructuras Sectoriales. Las Estructuras Sectoriales aparecen por la anisótropa distribución de las impurezas que el Cristal atrapa en el curso del crecimiento. El atrapamiento de las impurezas  tiene compromisos termodinámicos y cinéticos. Desde el punto de vista cinético las impurezas tienen más posibilidades de quedar atrapadas en caras con mayor rugosidad donde encuentran más “rincones” o “huecos” para ser englobadas. La anisótropa distribución de la rugosidad en las caras de un Cristal quedará reflejada en al distribución de las impurezas, presentando aspectos como el de la figura 7. 

 Fig. 7: Modelo de estructura sectorial. Este tipo de morfologías aparece frecuentemente en el Yeso al incluir arcilla en el proceso de su crecimiento o en al Quiastolita al englobar impurezas como el Grafito. El anómalo pleocroismo del cuarzo ahumado es visto como un reflejo de la anisótropa distribución de las impurezas en caras con velocidad de crecimiento diferente, es decir con rugosidad distinta.  

El efecto Berg: anisotropía de la sobresaturación en una cara cristalina

 

El efecto Berg hace referencia a la observación experimental realizada por metodos interferometricos por varios autores, en que se pone de manifiesto que la sobresaturación que existe  sobre una misma cara cristalina es irregular: los bordes de la cara presentan una sobresaturación mas alta que el centro de la misma, y entre ambos puntos existe un gradiente de sobresaturación. Del mismo modo que la anisótropa distribución de la rugosidad entre las diferentes caras del mismo cristal genera cambios morfológicos importantes, la anisótropa distribución de la sobresaturación sobre una misma cara cristalina produce efectos morfológicos también  relevantes. En estas condiciones cabe preguntarse cómo un Cristal poliédrico puede crecer de un modo estable y uniforme si sobre la cara no existe una distribución uniforme de la sobresaturación, y hay lugares, los bordes, que con una sobresaturación mas alta favorecen el crecimiento. Chernov sugiere que la densidad de los escalones de crecimiento es tambien irregular, siendo más numerosos en el centro que en los bordes de la cara. De este modo se compensa la diferencia de sobresaturación sobre la cara: a mas sobresaturación menos escalones con lo que el grado de crecimiento (o coeficiente cinético) R para toda la cara se mantiene uniforme. Chernov define el coeficiente cinético como:                                                          Donde   es la sobresaturación y   representa la actividad local de la superficie para incorporar unidades de crecimiento. Al aumentar la densidad de escalones, aumenta el coeficiente cinético, de modo que el gradiente de sobresaturación que existe sobre la cara del cristal es anulado a efectos de crecimiento por el coeficiente cinético local.Existe, sin embargo, un valor crítico para el coeficiente cinético a partir del cual se pierde su capacidad reguladora y se produce una perdida catastrófica de la estabilidad en el crecimiento de cara del cristal.  

Rugosidad de superficie y morfología cristalina La figura 8 refleja la relación que existe entre los niveles críticos de sobresaturación, la rugosidad superficial, el mecanismo de crecimiento y algunas morfologías tipo. 

Fig. 8: Relaciones entre sobresaturación, rugosidad superficial, mecanismo de crecimiento, y morfologías tipo. Cuando un Cristal crece por debajo de  el mecanismo de crecimiento predominante es  B.C.F. El crecimiento estará controlado por dislocaciones espirales  que se originan en el centro de la cara  y se extienden por toda la cara del cristal. Los escalones generados por la dislocación helicoidal dominan a los posibles escalones que aparezcan por nucleación bidimensional en los bordes de la cara.  En este caso la mayor sobresaturación de los bordes, debida al efecto Berg, es controlada por el menor coeficiente cinético que poseen con respecto al centro y la estabilidad del Cristal se mantiene. La superficie crece como un todo y aunque microscópicamente presenta el aspecto de un cerro escalonado con la cima en el centro, a nivel macroscópico la cara aparece lisa. En esta región, por tanto, tendremos morfologías poliédricas con caras planas. 

En la región comprendida entre y   la sobresaturación es lo suficientemente alta como para que los escalones de crecimiento generados por nucleación bidimensional en los bordes de la cara debido al efecto Berg  dominen a los que puedan generarse en el centro, con menos sobresaturación, por dislocación helicoidal. El mecanismo de crecimiento dominante es por tanto V.K.S.  y el crecimiento se produce fundamentalmente mediante nucleación bidimensional.  En estas condiciones el centro de la cara será debilmente concava aunque macroscópicamente los cristales sigan siendo de caras lisas. Cerca de la

región de   el aumento de la sobresaturación hace que el efecto Berg se manifieste macroscópicamente y aparezcan cristales con morfologías en tolva que reflejan la distribución de la sobresaturación sobre la cara cristalina.

Por encima de   la interfase sólido-liquido es  ya muy rugosa y el mecanismo de crecimiento es de tipo adhesivo o rugoso  controlado fundamentalmente por difusión de volumen. El Cristal que crece en estas condiciones presentará una morfología redondeada donde las caras son difícilmente reconocibles.Un nuevo aumento de la sobresaturación, hace que el coeficiente cinético R sobrepase su valor máximo y pierde el carácter regulador que ejerce sobre la diferencia de sobresaturación entre extremos y centro de la cara del cristal y no es posible ya el crecimiento de la cara como un todo. Las morfologías que obtendremos son características de muy altas sobresaturaciones. Aparecen cristales radiales que se generan a partir de un centro que sirve como punto de nucleación formándose un agregado de cristalitos en forma de aguja: morfología esferulitica. Otras morfologías caracteristicas de alta sobresaturación son las Dendritas, máximo exponente del efecto Berg, y el crecimiento cuarteado o "Split Growth". El "Split Growth" hace referencia al desarrollo de los bloques que constituyen al Cristal mosaico como individuos cristalinos. Este fenómeno normalmente se inicia en los extremos del Cristal formándose inicialmente un agregado que va tomando forma de gavilla o haz para terminar como un esferulito (figura 9). 

 Fig. 9: Formación de esferulitos a partir de la nucleación sobre un centro (a,b) y a partir del proceso de “split growth” (c). Es muy común en los Minerales formados en rocas volcánicas de rápido enfriamiento. El "Split Growth" es el mecanismo principal por el cual algunos

Minerales forman agregados reniformes como la Malaquita, la Gohetita o la Calcedonia. Resumiendo y tal como refleja la figura 8, al crecer el valor de   la morfología de los cristales varia desde poliédrica , en forma de tolva, dendrítica a esferulitica.  Fluctuaciones de las condiciones de crecimiento y superposición

morfológica Cuando un cristal crece en un sistema abierto sometido a cambios continuos en sus condiciones, estos cambios vendrán reflejados en las morfologías internas. En la naturaleza se producen frecuentemente drásticos cambios en las condiciones de crecimiento a través de procesos como la emersión de magmas, la descarga de componentes volátiles de un magma por erupciones fumarolicas, mezclas de un magma con otro o contaminaciones con fragmentos de roca del entorno. Otros sistemas también abiertos como las soluciones salinas, presentan grandes variaciones físico-químicas con la alternancia día-noche o cambios estacionales. Estas fluctuaciones dejan huella en la morfología interna de los cristales que crecen constituyendo un autentico registro de la evolución ambiental durante el proceso de crecimiento. En un sistema cerrado el crecimiento de los cristales provoca la descarga de la solución y por tanto la sobresaturación disminuye. Durante el proceso de crecimiento un cristal pasa por diferentes niveles de sobresaturación lo que implica diferentes mecanismos de crecimiento y por tanto una variación morfológica (Fig. 10). 

Fig. 10: Fluctuaciones ambientales y repercusión morfológica.

Un Cristal que nuclea por encima de presenta una morfología dendrítica o esferulítica, para pasar, al disminuir la sobresaturación, a otra en tolva y finalmente a una morfología poliédrica, rodeada de caras planas.Un Cristal que crece en condiciones por debajo de ,si se produce un cambio en

el medio, puede pasar a crecer por encima de , el resultado será un crecimiento dendrítico, sobre la superficie de un Cristal poliédrico de caras planas, ofreciendo el aspecto de un caparazón de textura fibrosa, rodeando un nucleo despejado. Si las condiciones del sistema vuelven a cambiar, y este mismo cristal que crece con gran rugosidad, es vuelto a poner en condiciones por debajo de  , se producirá un cambio de tipo de crecimiento de una cara rugosa a otra lisa, lo que crea una gran inestabilidad morfológica que posibilita la incorporación de inclusiones en la cara que crece. Si el cambio de rugosidad afecta a unas caras más que a otras habrá un cambio en la velocidad de crecimiento de las mismas y por tanto en la morfologia. Las Estructuras Sectoriales ya descritas pueden darnos información sobre esta relativa variación de velocidad de unas caras con respecto a otras tal como se esquematiza en la figura 11.

 

 Fig. 11: Estructuras sectoriales que indican una variación en la velocidad relativa de crecimiento de las caras. Fluctuaciones de este tipo, y en ambos sentidos, del sistema, producen cristales con morfologías bandeadas y con inclusiones en los planos que separan las bandas de diferentes condiciones de crecimiento. Las Estructuras Bandeadas o "Zonado" se produce en los cristales por varios mecanismos. O bien por una variación química del centro al perímetro del Cristal, que es el típico Zonado en terminologia Petrológica, y que indica cambios en la temperatura y las condiciones de presión así como una evolución química del Liquido Madre. O bien por cambios en la densidad de defectos, densidad de inclusiones, propiedades ópticas, color etc. que pueden o no estar asociados a cambios químicos. Todo esto está asociado a cambios alternativos en el grado de crecimiento y representan la forma externa de los Cristales en estadios sucesivos durante su historia que está por tanto influenciada por la cinética de crecimiento. Típicas Estructuras Zonadas la presentan muchos Minerales, siendo muy común y llamativas en las Turmalinas o en el Apatito. Cuando el Cristal pasa por un estadio de subsaturación, se disuelve parcialmente y adopta una morfología redondeada. Otras veces esa disolución es muy débil y ataca solo la emergencia de dislocaciones en las caras del Cristal presentándose figuras de "corrosión" que refleja a menudo la simetría cristalina. Un ejemplo típico son los triángulos de disolución que suelen presentar algunos Diamantes al sufrir un débil proceso de disolución en la emersión de su roca encajante. Ante un nuevo crecimiento, las caras redondeadas se vuelven a transformar en superficies planas y lisas, quedando una cicatriz, testigo del proceso que a menudo contiene inclusiones.  

Referencias 

CHERNOV, A. A.; (1984). "Modern Crystallography III. Cristal Growth". Springer-Verlag.. Berlin.GRIGORIEV, D. P. (1965). "Ontogeny of minerals". Israel Program for Scientific traslations. Jerusalen.SUNAGAWA, I. (edit). (1984). "Materials Science of the Earth's". Terra Scientific Publishing Company. Tokyo.SUNAGAWA, I. (edit). (1987). "Morfology of Crystals". Terra Scientific Publishing Company. Tokyo.VIEDMA MOLERO C. (1989). "Transferencia de masa y criterios onto-morfogenéticos en sistemas difusivos finitos. Aplicación a la síntesis de yeso en gel de sílice y agar-agar". Tesis Doctoral Universidad Complutense. Madrid.