La cámara experimental en la estación Materia en Condiciones Extremas en la Fuente de Luz Coherente Linac de SLAC. Esta cámara se utilizó para un experimento que estudia la transformación de sílice fundida en stishovita, un mineral duro. Crédito:Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC
Los científicos de Stanford están aprovechando el poder de los rayos X enfocados para estudiar las transformaciones que sufren las rocas bajo una intensa presión y calor. La técnica podría proporcionar nuevos conocimientos sobre los eventos de impacto de asteroides antiguos como los que azotaron la Tierra primitiva y jugaron un papel crucial en la formación de otros planetas rocosos.
"Por primera vez, podemos comenzar a desentrañar la transformación ultrarrápida de una muestra de roca durante un proceso dinámico como la compresión por impacto. Al tomar una serie de instantáneas, podemos capturar lo que está sucediendo durante procesos muy rápidos, "dice Wendy Mao, profesor asociado de ciencias geológicas y de ciencia fotónica.
Usando el láser de rayos X de la fuente de luz coherente Linac (LCLS) en el Laboratorio Nacional del Acelerador de SLAC, Mao y Arianna Gleason, investigador postdoctoral en el Laboratorio Nacional de Los Alamos e investigador visitante en el Laboratorio de Ambientes Extremos de Mao, están realizando experimentos que les permiten presenciar las rápidas transformaciones de las rocas impactadas.
Primero, utilizan láseres ópticos de alta potencia para sobrecalentar una pequeña parte de una muestra de roca y crear un plasma. "La parte de la roca golpeada por el láser se convierte en un plasma que se desprende, y sale tan rápido que crea una onda de choque que viaja en la otra dirección, "Explica Gleason.
El calor y la compresión generados por la onda de choque en movimiento cambian la estructura cristalina de la muestra de roca restante, reorganizando sus átomos en un mineral diferente.
Creación de stishovita con luz láser:las bandas blanquecinas que aparecen en esta secuencia compilada de imágenes producidas por rayos X permiten a los científicos identificar la emergencia ultrarrápida del mineral stishovita después de impactar muestras de sílice fundida con un láser de alta potencia. El retardo de tiempo en esta secuencia se mide en nanosegundos. Crédito:Arianna Gleason / Laboratorio Nacional de Los Alamos
Para iluminar y registrar las propiedades del mineral cambiante, los científicos disparan una ráfaga de rayos X enfocados desde LCLS a la muestra apenas nanosegundos después del primer pulso láser. "Los rayos X tienen una longitud de onda que es la adecuada para permitirnos medir las distancias entre los átomos, "Dice Gleason." Basado en la posición de los átomos, podemos decir exactamente de qué material es ".
Variando la hora de llegada de las radiografías, los científicos pueden generar una serie de instantáneas del mineral a medida que cambia con el tiempo. La creación de una serie de tiempo que represente 50 nanosegundos de cambios de roca puede requerir de 6 a 12 horas en el laboratorio.
Usando su técnica, Mao y Gleason demostraron recientemente que el mineral stishovita, Un raro, forma de sílice extremadamente dura y densa, puede formarse en unos pocos nanosegundos, o mil millonésimas de segundo, decenas o incluso cientos de veces más rápido de lo que se pensaba anteriormente.
"El comportamiento de la sílice a alta presión se ha estudiado ampliamente debido a su aplicación no solo a la ciencia planetaria sino a la física fundamental, química y ciencia de los materiales, "Dice Mao." Este estudio proporciona una visión crítica del mecanismo detrás de cómo las diferentes formas de sílice se transforman de una estructura a otra ".
Los racimos naturales de cristal de cuarzo como estos se forman cuando las rocas están bajo una presión intensa. Los científicos del Laboratorio de Ambientes Extremos están utilizando pulsos de rayos X para crear instantáneas de la transformación. Crédito:Universidad de Stanford
