Наука

Вчені змоделювали падіння метеорита, щоб створити мінерал незвичайної форми

Коли метеорит пролітає крізь атмосферу і падає на Землю, як його сильний вплив змінює мінерали, виявлені на місці посадки? Ці короткоживучі хімічні фази, які створюються такими екстремальними ударами, можуть багато чого розповісти вченим про мінерали, що існують в умовах високої температури і тиску, виявлених глибоко всередині планети. У новій роботі дослідники вивчали кристалічну структуру кварцового мінералу при ударному стисненні і ставили під сумнів давні припущення про те, як цей широко поширений матеріал поводиться в таких екстремальних умовах. Результати опубліковані в журналі Science Advances.

Кварц — один з найпоширеніших мінералів в земній корі, виявлений в безлічі різних типів гірських порід. У лабораторії команда під керівництвом Саллі Джун Трейсі з Карнегі вирішила зімітувати удар метеорита і «подивитися, що станеться».

Вчені використовували модифіковану газову гармату для прискорення снарядів в зразки кварцу на надзвичайно високих швидкостях — в кілька разів швидше, ніж куля, випущена з гвинтівки. Використовувалися спеціальні рентгенівські інструменти, щоб розрізнити кристалічну структуру матеріалу, яка утворюється менше ніж за одну мільйонну секунди після удару. Експерименти проводилися в секторі динамічного стиснення (DCS), який знаходиться у віданні Державного університету Вашингтона і розташований в удосконаленому джерелі фотонів — Аргонській національній лабораторії.

Кварц складається з одного атома кремнію і двох атомів кисню, що утворюють тетраедричну ґратчасту структуру. Оскільки ці елементи також поширені в багатій силікатами мантії Землі, виявлення змін, яких зазнає кварц в умовах високого тиску і температури, як і в надрах планети, може розкрити подробиці її геологічної історії.

Коли матеріал піддається екстремальним тискам і температурам, його внутрішня атомна структура може змінитися, що призведе до зміни його властивостей. Наприклад, і графіт, і алмаз зроблені з вуглецю. Але графіт, що утворюється при низькому тиску, м’який і непрозорий, а алмаз, що утворюється при високому тиску, надтвердий та прозорий. Різне розташування атомів вуглецю визначає їх структуру і властивості, а це, в свою чергу, впливає на те, як ми взаємодіємо з ними і використовуємо їх.

Незважаючи на десятиліття досліджень, в науковому співтоваристві ведуться давні дебати про те, яку форму прийме кремнезем під час удару або в умовах динамічного стиснення, таких як ті, які використовують Трейсі і її співробітники. При ударному навантаженні часто передбачається, що кремнезем перетворюється в щільну кристалічну форму, відому як стишовіт, — структуру, яка, як вважають, існує в глибинах Землі. Інші стверджували, що через швидку тимчасову шкалу удару матеріал замість цього прийме щільну склоподібну структуру.

Трейсі і її команда змогли продемонструвати, що, всупереч очікуванням, коли мінерал піддається динамічному удару, що перевищує нормальний атмосферний тиск більше ніж у 300000 разів, кварц зазнає перехід в нову неупорядковану кристалічну фазу, структура якої є проміжною між повністю кристалічним стишовітом і повністю кристалічним стишовітом. Виявилося, змодельовані удари метеорита можуть привести до появи мінералів незвичайної форми. Однак нова структура не може існувати після того, як вщухне сплеск сильного тиску.

«Експерименти по динамічному стисненню дозволили нам покласти край цим давнім дебатам», — завершила Трейсі. «Більш того, ударні процеси є важливою частиною розуміння формування та еволюції планет, і триваючі дослідження можуть дати нову інформацію».

Натхнення: hightech.fm

Кнопка «Наверх»
Закрыть