Con experimentos de alta presión en la fuente de luz de rayos X de DESY PETRA III y otras instalaciones, un equipo de investigación en torno a Leonid Dubrovinsky de la Universidad de Bayreuth ha resuelto un enigma de larga data en el análisis de meteoritos de la Luna y Marte. El estudio, publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza , puede explicar por qué pueden coexistir diferentes versiones de sílice en los meteoritos, aunque normalmente requieren condiciones muy diferentes para formarse. Los resultados también significan que las evaluaciones previas de las condiciones en las que se formaron los meteoritos deben reconsiderarse cuidadosamente.

Los científicos investigaron un mineral de dióxido de silicio (SiO2) que se llama cristobalita. "Este mineral es de particular interés cuando se estudian muestras planetarias, como meteoritos, porque este es el mineral de sílice predominante en materiales extraterrestres, "explica la primera autora Ana Černok de Bayerisches Geoinstitut (BGI) en la Universidad de Bayreuth, que ahora tiene su sede en la Open University en el Reino Unido. "La cristobalita tiene la misma composición química que el cuarzo, pero la estructura es significativamente diferente, "agrega el coautor Razvan Caracas de CNRS, ENS de Lyon.

A diferencia del cuarzo omnipresente, cristobalita es relativamente rara en la superficie de la Tierra, ya que solo se forma a temperaturas muy altas en condiciones especiales. Pero es bastante común en meteoritos de la Luna y Marte. Expulsado por impactos de asteroides de la superficie de la Luna o Marte, estas rocas finalmente cayeron a la Tierra.

Asombrosamente, Los investigadores también han encontrado el mineral de sílice seifertita junto con cristobalita en meteoritos marcianos y lunares. La seifertita fue sintetizada por primera vez por Dubrovinsky y sus colegas hace 20 años y necesita presiones extremadamente altas para formarse. "Encontrar cristobalita y seifertita en el mismo grano de material de meteorito es enigmático, ya que se forman bajo presiones y temperaturas muy diferentes, "subraya Dubrovinsky". Desencadenado por esta curiosa observación, El comportamiento de la cristobalita a altas presiones ha sido examinado por numerosos estudios experimentales y teóricos durante más de dos décadas. pero el rompecabezas no se pudo resolver ".

Usando los intensos rayos X de PETRA III en DESY y el European Synchrotron Radiation Facility ESRF en Grenoble (Francia), los científicos ahora podían obtener vistas sin precedentes de la estructura de cristobalita bajo altas presiones de hasta 83 giga-pascales (GPa), que corresponde a aproximadamente 820, 000 veces la presión atmosférica. "Los experimentos demostraron que cuando la cristobalita se comprime de manera uniforme o casi uniforme, o como decimos, en condiciones hidrostáticas o cuasi hidrostáticas:asume una fase de alta presión etiquetada como cristobalita X-I, "explica la coautora de DESY, Elena Bykova, que trabaja en la línea de luz de condiciones extremas P02.2 en PETRA III, donde se llevaron a cabo los experimentos. "Esta fase de alta presión vuelve a la cristobalita normal cuando se libera la presión".

Pero si la cristobalita se comprime de manera desigual en lo que los científicos llaman condiciones no hidrostáticas, inesperadamente se convierte en una estructura similar a la seifertita, como han demostrado ahora los experimentos. Esta estructura se forma bajo una presión significativamente menor de la necesaria para formar seifertita a partir de sílice ordinaria. "Los cálculos ab initio confirman la estabilidad dinámica de la nueva fase hasta altas presiones, ", dice Caracas. Además, también se mantiene estable cuando se libera la presión". Esto fue una sorpresa, ", dice Černok." Nuestro estudio aclara cómo la cristobalita exprimida puede transformarse en seifertita a una presión mucho menor de la esperada. Por lo tanto, Los meteoritos que contienen seifertita asociada con cristobalita no necesariamente han experimentado impactos masivos ". Durante un impacto, La propagación de la onda de choque a través de la roca puede crear patrones de tensión muy complejos incluso con áreas de intersección de materiales comprimidos hidrostáticamente y no hidrostáticamente. de modo que se puedan formar diferentes versiones de sílice en el mismo meteorito.

"Estos resultados tienen implicaciones inmediatas para el estudio de los procesos de impacto en el sistema solar, ", subraya Dubrovinsky." Proporcionan una clara evidencia de que ni la cristobalita ni la seifertita deben considerarse como trazadores fiables de las condiciones máximas de choque experimentadas por los meteoritos ". compresión hidrostática, como explica Dubrovinsky. "Para las ciencias de los materiales, nuestros resultados sugieren un mecanismo adicional para la manipulación de las propiedades de los materiales:además de la presión y la temperatura, diferentes formas de estrés pueden conducir a un comportamiento completamente diferente de la materia sólida ".