Un equipo de investigación alemán-estadounidense simuló impactos de meteoritos en el laboratorio y siguió los cambios estructurales resultantes en dos minerales de feldespato con rayos X a medida que ocurrían. Los resultados de los experimentos en DESY y en el Laboratorio Nacional de Argonne en los EE. UU. Muestran queLos cambios estructurales pueden ocurrir a presiones muy diferentes, dependiendo de la tasa de compresión. Los resultados, publicados en la edición del 1 de febrero de la revista científica Letras de la Tierra y de la Ciencia Planetaria publicado en línea de antemano, ayudará a otros científicos a reconstruir las condiciones que conducen a los cráteres de impacto en la Tierra y otros planetas terrestres.
Los impactos de meteoritos juegan un papel importante en la formación y evolución de la Tierra y otros cuerpos planetarios en nuestro sistema solar. Pero las condiciones del impacto, es decir, el tamaño del impactador, la velocidad y la presión y temperatura máximas, generalmente se determinan mucho después de que ocurrió el impactode cambios permanentes en la roca formando minerales en el cráter de impacto. Para resolver el enigma de un impacto de meteorito, que es reconstruir las condiciones de impacto del registro de roca en un cráter de impacto cientos a millones de años después del evento, requiere que el científico concilie las observacionesdel campo con los resultados de experimentos de laboratorio.
En las últimas décadas se ha desarrollado un esquema de clasificación que vincula las condiciones de impacto a los cambios inducidos por la presión y la temperatura en los minerales formadores de rocas que se pueden encontrar en rocas típicas en los cráteres de impacto. La albita de minerales de grupo feldespato NaAlSi 3 O 8 , anortita CaAl 2 Si 2 O 8 y su mezcla plagioclasa Na x Ca 1-x Al 2-x Si 2 + x O 8 son muy abundantes en las costras planetarias.Por lo tanto, los cambios en estos minerales con respecto a la presión y la temperatura, como las transformaciones estructurales o la amorfización, es decir, la pérdida de la estructura cristalina ordenada, actualmente se usan ampliamente como indicadores de impactos muy grandes.
Sin embargo, para los minerales del grupo de feldespato, los valores informados para las condiciones de presión de la transición de amorfización difieren enormemente si se utilizan técnicas de compresión estática o dinámica. "Estas diferencias apuntan a grandes lagunas en nuestra comprensión de los procesos inducidos por la tasa de compresión en minerales".dice Lars Ehm de la Universidad Stony Brook y el Laboratorio Nacional Brookhaven, el investigador principal del proyecto. Esto tiene implicaciones de largo alcance para la interpretación de los eventos de impacto natural basados en el registro de rocas con respecto a la velocidad, el tamaño y otras propiedades del meteorito..
La estructura interna de minerales y otras muestras puede investigarse con rayos X que son difractados por la red cristalina de un material. Forma el patrón de difracción característico que puede determinarse la estructura interna de una muestra. Esta técnica ha sido utilizada y refinadadesde hace más de un siglo. Ahora también se puede utilizar para rastrear procesos dinámicos.
"La aparición de nuevas y muy potentes fuentes de rayos X como PETRA III, Advanced Photon Source y el European X-ray Free Electron Laser en combinación con los recientes saltos cuánticos en la tecnología del detector de rayos X nos proporcionan ahora elherramientas experimentales para investigar la respuesta de los materiales para medir la estructura atómica en condiciones de compresión rápida ", dice Hanns-Peter Liermann, jefe de la Extreme Beamline P02.2 en la fuente de rayos X de DESY, PETRA III, donde se realizaron algunos de los experimentos.
"En nuestro experimento, utilizamos células Diamond Anvil controladas por gas o por actuador para comprimir rápidamente nuestras muestras, mientras recolectamos continuamente patrones de difracción de rayos X", explica Melissa Sims, autora principal del estudio. "Esto nos permite monitorearlos cambios en la estructura atómica durante el ciclo completo de compresión y descompresión, y no solo al comienzo y al final del experimento como en los llamados experimentos de recuperación anteriores ".
El equipo de investigación pudo observar la amorfización de albita y anortita a diferentes tasas de compresión en el experimento. Comprimieron los minerales a una presión de 80 gigapascales, que corresponde a 80,000 veces la presión atmosférica. En los experimentos, diferentes tasas de compresión de 0.1 gigapascalespor segundo GPa / s a 81 GPa / s ". Los resultados muestran que, dependiendo de la tasa de compresión, los minerales experimentan la transición de amorfización a presiones muy diferentes", señala Ehm. "El aumento en la tasa de compresiónconducen a una disminución de la presión de amorfización observada ". Por ejemplo, a la tasa de compresión más baja de 0.1 GPa / s, la albita se volvió completamente amorfa a una presión de 31.5 gigapascales, mientras que a la tasa más alta de 81 GPa / s esto ya ocurrió a16.5 gigapascales.
"Por estas razones, la amorfización en minerales de plagioclasa no es probable que sea un estándar inequívoco para sugerir condiciones de temperaturas y presiones máximas específicas durante el impacto del meteorito", resume Ehm. Se necesitan más investigaciones para comprender completamente el comportamiento de estos minerales y evaluarsi las condiciones de impacto pueden medirse contra la estructura de los minerales de roca.
Investigadores de la Universidad Stony Brook, incluidos miembros del equipo remoto, in situ y de estudios de sincrotrón para ciencia y exploración RIS4E, parte del Instituto Virtual de Investigación de Exploración del Sistema Solar de la NASA SSERVI, DESY, XFEL europeo, Laboratorio Nacional Argonne, Goethe-La Universidad de Frankfurt, la Universidad Albert-Ludwigs-Universidad de Friburgo, la Universidad Friedrich-Schiller Jena y el Laboratorio Nacional Brookhaven contribuyeron a este estudio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DISEÑO Deutsches Elektronen-Synchrotron . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :