Korkeapaineiset kokeilut ratkaisevat meteoriitti-mysteeriä

Anonim

DESYn röntgenvalolähteen PETRA III: n ja muiden tilojen korkean paineen kokeilemisen myötä tutkijaryhmä Leonid Dubrovinskystä Bayreuthin yliopistosta on ratkaissut pitkäaikaisen arvoituksen Moonin ja Marsin meteoriitteiden analysoinnissa. Tutkimuksessa, joka julkaistiin Nature Communications -lehdessä, voi selittää, miksi erilaiset piidioksidiversiot voivat esiintyä meteoriitteissa, vaikka ne yleensä edellyttävät hyvin erilaisia ​​olosuhteita. Tulokset merkitsevät myös sitä, että aikaisempia arvioita tilanteista, joissa meteoriitit on muodostettu, on harkittava huolellisesti uudelleen.

Tutkijat tutkivat piidioksidin (SiO2) mineraalia, jota kutsutaan kristobaliteiksi. "Tämä mineraali on erityisen mielenkiintoinen tutkittaessa planeetanäytteitä, kuten meteoriitteja, koska tämä on vallitseva silika-mineraali maanpäällisissä materiaaleissa", kertoo Bayerisches Geoinstitutin (BGI) ensimmäinen kirjailija Ana Černok, joka on nyt perustettu Avoin yliopisto Yhdistyneessä kuningaskunnassa. "Cristobalilla on sama kemiallinen koostumus kuin kvartsilla, mutta rakenne on merkittävästi erilainen", lisää tekijä Razvan Caracas CNRS: stä ENS de Lyoniin.

Eri kuin läsnäoleva kvartsi, cristobalite on suhteellisen harvinaista maapallon pinnalla, koska se muodostaa vain hyvin korkeissa lämpötiloissa erityisissä olosuhteissa. Mutta se on melko yleinen meteoriitit Moon ja Mars. Tähtäävät asteroidien vaikutukset kuun tai Marsin pinnalta, nämä kivet lopulta putosivat maahan.

Yllättäen tutkijat ovat myös löytäneet silikaattismineraalisen seifertitin yhdessä cristobalitin kanssa marslessa ja kuun meteoriitit. Dubrovnika ja kollegat 20 vuotta sitten syntetisoivat seiferttiä ja tarvitsevat äärimmäisen suuria paineita. "Löydämme cristobalite ja seifertite samassa jakeessa meteoriitti materiaali on arvoituksellinen, koska ne muodostavat hyvin erilaisissa paineissa ja lämpötiloissa", korostaa Dubrovinsky. "Tämä utelias havainnointi herättää kristobaletin käyttäytymistä korkeissa paineissa useiden kokeellisten ja teoreettisten tutkimusten perusteella yli kahden vuosikymmenen ajan, mutta palapeliä ei voitu ratkaista."

Käyttämällä voimakkaita röntgensäteitä PETRA III: lla DESY: ssä ja ESRF: n eurooppalaisella synkronointitehtaalla Grenoble (Ranska), tutkijat saivat nyt ennennäkemättömät näkemykset cristobalitin rakenteessa korkeissa paineissa jopa 83 giga-pascals (GPa) mikä vastaa noin 820 000 kertaa ilmakehän paineen. "Kokeet osoittivat, että kun cristobalite puristuu tasaisesti tai lähes tasaisesti - tai kuten sanomme hydrostaattisten tai lähes hydrostaattisten olosuhteiden alla, se olettaa korkeapaineisen vaiheen leimatun cristobalite XI: n", kertoo DESY-kirjailija Elena Bykova, joka työskentelee Äärimmäiset olosuhteet Beamline P02.2 PETRA III: ssa, jossa kokeet tehtiin. "Tämä korkeapaineinen vaihe palaa takaisin normaaliksi cristobaliteksi, kun paine vapautetaan."

Mutta jos cristobalite kompressoidaan epätasaisesti sen mukaan, mitä tiedemiehet kutsuvat ei-hydrostaattisiksi olosuhteiksi, se muuttuu odottamattomasti seiferttiittiseksi rakenteeksi, kuten kokeilut ovat nyt osoittaneet. Tämä rakenne muodostaa huomattavasti vähemmän paineita kuin on tarpeen seifertin muodostamiseksi tavallisesta piidioksidista. "Ab initio-laskelmat vahvistavat uuden vaiheen dynaamisuuden vakauden korkeisiin paineisiin", Caracas sanoo. Lisäksi se pysyy vakaana paineen vapautuessa. "Tämä yllätti, " sanoo Černok. "Tutkimuksessamme selvennetään, miten puristettu cristobalite voi muuttua seifertiteiksi odotetulla huomattavasti alhaisemmalla paineella. Siksi meteoriitit, jotka sisältävät kalsiumpiteeseen liittyvää seiferttiä, eivät välttämättä ole kovin suuria vaikutuksia." Iskun aikana iskunvaimennuksen kallion läpi tapahtuva eteneminen voi aiheuttaa hyvin monimutkaisia ​​jännitystekniikoita myös hydrostatisesti ja ei-hydrostatisesti puristettujen materiaalien risteävien alueiden kanssa siten, että samassa meteoriitissa voi muodostua piin eri versioita.

"Näillä tuloksilla on välittömiä vaikutuksia aurinkokunnan vaikutusprosessien tutkimiseen", korostaa Dubrovinsky. "Ne tarjoavat selkeitä todisteita siitä, ettei kristobaliteja eikä seiferttiä pidä luotettavia merkkiaineita meteoriittien aiheuttamien huippukaasutilanteiden varalta." Mutta havainnot osoittavat myös yleisemmin, että sama materiaali voi reagoida hyvin erilaisesti hydrostaattiseen ja ei-hydrostaattiseen puristukseen, kuten Dubrovinsky selittää. "Materiaalitieteiden osalta tuloksemme viittaavat lisäominaisuuteen materiaalien ominaisuuksien manipuloinnille: Paineen ja lämpötilan lisäksi erilaiset stressin muodot voivat johtaa kiinteän aineen täysin erilaiseen käyttäytymiseen."

menu
menu