Un equipo de investigación estadounidense-alemán ha simulado los impactos de meteoritos en el laboratorio y ha seguido 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 Argonne en los EE. UU. Muestran que los cambios estructurales pueden ocurrir a presiones muy diferentes. dependiendo de la tasa de compresión. Los resultados, publicado en el número del 1 de febrero de la revista científica Cartas de ciencia terrestre y planetaria (publicado en línea por adelantado), 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 de nuestro sistema solar. Pero las condiciones de impacto, incluido el tamaño del impactador, la velocidad y la presión y temperatura máximas, Por lo general, se determinan mucho después de que ocurrió el impacto mediante el estudio de los cambios permanentes en los minerales que forman las rocas en el cráter de impacto. Para reconstruir las condiciones de impacto a partir del registro de la roca en un cráter de impacto cientos o millones de años después del evento, los científicos deben conciliar las observaciones de campo con los resultados de los experimentos de laboratorio.

En décadas recientes, Los científicos han desarrollado un esquema de clasificación que relaciona las condiciones de impacto con los cambios inducidos por la presión y la temperatura en los minerales formadores de rocas que se pueden encontrar en las rocas típicas de los cráteres de impacto. Los minerales del grupo feldespato albita (NaAlSi ₃ O ₈ ), anortita (CaAl ₂ Si ₂ O ₈ ) y su mezcla plagioclasa (NaxCa _1-x Alabama _2-x Si _{2 + x} O ₈ ) son muy abundantes en las cortezas planetarias. Por lo tanto, Los cambios en estos minerales con respecto a la presión y la temperatura se utilizan ampliamente como indicadores de impactos muy grandes. Tales cambios incluyen transformaciones estructurales o amorfización, la pérdida de la estructura cristalina ordenada.

Sin embargo, para los minerales del grupo feldespato, los valores reportados 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 de Stony Brook y el Laboratorio Nacional de Brookhaven, el investigador principal del proyecto. Esto tiene implicaciones de gran alcance para la interpretación de eventos de impacto natural basados ​​en el registro de rocas con respecto a la velocidad, tamaño y otras propiedades del meteorito.

La estructura interna de minerales y otras muestras se puede investigar con rayos X que son difractados por la red cristalina de un material. A partir del patrón de difracción característico, se puede determinar la estructura interna de una muestra. Esta técnica se ha utilizado y perfeccionado durante más de un siglo. Ahora también se puede utilizar para rastrear procesos dinámicos.

"La aparición de fuentes de rayos X nuevas y muy potentes como PETRA III, Fuente de fotones avanzada, y el láser europeo de electrones libres de rayos X, en combinación con los recientes avances en la tecnología de detectores de rayos X, nos brindan ahora las herramientas 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 línea de haz de condiciones extremas P02.2 en la fuente de rayos X de DESY, PETRA III, donde se llevaron a cabo algunos de los experimentos.

"En nuestro experimento usamos celdas de yunque de diamante controladas por gas o por actuador para comprimir rápidamente nuestras muestras mientras recolectamos continuamente patrones de difracción de rayos X, "explica Melissa Sims, autor principal del estudio. "Esto nos permite monitorear los cambios en la estructura atómica durante el ciclo completo de compresión y descompresión, y no sólo al principio y al final del experimento como en los denominados experimentos de recuperación anteriores ".

El equipo de investigación pudo observar la amorfización de la albita y la anortita a diferentes velocidades de compresión en el experimento. Comprimieron los minerales a una presión de 80 gigapascales, correspondiente a 80, 000 veces la presión atmosférica. En los experimentos, Se utilizaron tasas de compresión de 0,1 gigapascales por segundo (GPa / s) a 81 GPa / s. "Los resultados muestran que, según la tasa de compresión, los minerales experimentan la transición de amorfización a presiones muy diferentes, "Dice Ehm." El aumento en la tasa de compresión conduce 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 a 16,5 gigapascales.

"Por estas razones, la amorfización en minerales de plagioclasa no es probable que sea un estándar inequívoco que sugiera presiones máximas específicas y condiciones de temperatura durante el impacto de un meteorito, ", dice Ehm. Se necesitan más investigaciones para comprender completamente el comportamiento de estos minerales y evaluar si las condiciones de impacto pueden compararse con la estructura de los minerales de roca.