Cráter de meteorito en Arizona, formado por el impacto de un meteorito 50, 000 años atrás, contiene trozos de un duro, forma comprimida de sílice llamada stishovita. Crédito:Nikolas_jkd / iStock
Los estudios del Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC del Departamento de Energía han realizado las primeras observaciones en tiempo real de cómo la sílice, un material abundante en la corteza terrestre, se transforma fácilmente en un vidrio denso cuando es golpeado por una onda de choque masiva como la generada por el impacto de un meteorito. .
Los resultados implican que los meteoros que chocan contra la Tierra y otros objetos celestes son más pequeños de lo que se pensaba originalmente. Esta nueva información será importante para modelar la formación de cuerpos planetarios e interpretar la evidencia de impactos en el suelo.
Los experimentos se llevaron a cabo en el láser de rayos X Linac Coherent Light Source (LCLS) de SLAC, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE cuyos pulsos ultrarrápidos pueden revelar procesos que tienen lugar en millonésimas de mil millonésimas de segundo con resolución atómica.
"Pudimos por primera vez visualizar realmente de principio a fin lo que sucede en un material que constituye una parte importante de la corteza terrestre, "dijo Arianna Gleason del Laboratorio Nacional de Los Alamos (LANL) del DOE, el investigador principal del estudio, que fue publicado el 14 de noviembre en Comunicaciones de la naturaleza .
¿Cómo se consigue el vidrio impactado de esa manera?
Los científicos saben desde hace mucho tiempo que los impactos de los meteoros convierten los silicatos en un denso, fase amorfa conocida como vidrio chocado. La pregunta es cómo se forma este vidrio impactado.
En el pasado, Los científicos han tratado de estimar la cantidad de presión necesaria para causar esta transformación examinando los escombros de los impactos de meteoritos y exprimiendo muestras de minerales en celdas de presión en el laboratorio. pero no pudieron observar el proceso a medida que se desarrollaba.
Este dibujo muestra el proceso que convierte la sílice en vidrio impactado después de recibir una onda de choque como la del impacto de un meteorito. A la derecha, la compresión ha transformado la sílice en cristales de stishovita. A la izquierda, la compresión se ha liberado y los cristales de stishovita se han transformado en vidrio chocado. El rayo láser de rayos X LCLS registró este proceso, lo que ocurre en 30 nanosegundos. Crédito:A.E. Gleason et al., Comunicaciones de la naturaleza
En LCLS, los investigadores pueden utilizar un rayo láser intenso para crear una onda de choque que comprima una muestra de sílice, y luego use el láser de rayos X para examinar su respuesta en una escala de tiempo de nanosegundos, o mil millonésimas de segundo.
Un estudio anterior de SLAC, publicado en 2015, demostró que la sílice forma estishovita, una fase cristalina, dentro de los 10 nanosegundos de haber sido alcanzado por el pulso láser inicial. Esa investigación mostró que la transformación ocurrió mucho más rápidamente de lo que se creía anteriormente. Pero la existencia de escombros de impactos de meteoritos que se componen completamente de vidrio chocado sugiere que la stishovita puede ser una fase de corta duración que puede convertirse permanentemente en vidrio chocado después del impacto.
Supuestos invalidantes
En el último estudio, Los científicos aprovecharon el instrumento Materia en condiciones extremas en LCLS para generar ondas de choque que indujeron varios picos de presión en muestras de sílice. Después de enviar el pulso láser, "Solo observamos lo que hace la sílice de forma natural, "dijo Gleason, quien es el becario postdoctoral LANL Fredrick Reines.
El análisis de los datos de difracción de rayos X tomados en varios intervalos después de que se alcanzó la presión máxima mostró que cuando la presión es lo suficientemente alta, formas de stishovite, pero luego vuelve a ser vidrio impactado. Los datos de difracción de las muestras de LCLS coincidieron con los datos de los escombros de impacto recolectados en el campo.
Los científicos habían asumido previamente que las presiones máximas de aproximadamente 40 gigapascales, equivalente a 400, Se requieren 000 veces la presión atmosférica que nos rodea, para crear vidrio impactado a partir de sílice. Pero los resultados de este estudio sugieren que el umbral es aproximadamente un 25 por ciento más bajo que eso, y esa stishovita luego vuelve al estado de vidrio sacudido debido a la inestabilidad térmica en lugar de a una presión más alta.
"Un evento de impacto tiene un cronograma corto, "dijo Gleason, "haciendo de LCLS un instrumento ideal para comprender la termodinámica fundamental de los vidrios formados por impactos". Gleason prevé usar el MEC en LCLS para investigar otros minerales abundantes en la Tierra, como el feldespato, y comprender mejor el "libro de reglas" para los procesos de transformación.
La investigación de Gleason es más ampliamente aplicable a los escombros de otros planetas, como los meteoritos de Marte que también contienen vidrio impactado. Los meteoritos marcianos a menudo contienen compuestos volátiles atrapados, como vapor de agua y metano. Nadie entiende cómo estos compuestos quedan atrapados dentro de los meteoritos o por qué no escapan. pero el trabajo continuo en LCLS podría proporcionar respuestas.
