La coesita es un polimorfo de sílice que solo se forma bajo una presión extremadamente alta:10, 000 veces más, de media, que la presión atmosférica normal. La presencia de coesita indica que el material ha subido a través de la corteza terrestre desde el manto, o que un cometa, meteorito o meteorito golpeó el sitio. Coesite también se puede crear en explosiones nucleares.

El mecanismo por el cual la sílice (SiO2) se transforma en coesita es poco conocido por la comunidad científica. Ahora ha sido dilucidado mediante simulación atomística por computadora en un estudio realizado por investigadores afiliados a la Universidad de São Paulo (USP) en Brasil, la Academia de Ciencias de China en Hefei, Porcelana, y el Centro Internacional Abdus Salam de Física Teórica en Trieste, Italia.

El artículo, "Múltiples vías en la transición de fase inducida por presión de coesitio, "fue publicado en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ).

"La coesita es dióxido de silicio. Su composición química es la misma que la del cuarzo. La diferencia es que la alta presión destruye la red cristalina característica del cuarzo y comprime los átomos de silicio y oxígeno en un sistema amorfo. El resultado es un vidrio de alta densidad. Una vez que la presión ha superado un cierto umbral, el proceso de amorfización se vuelve irreversible y el material ya no puede volver a una configuración cristalina, "dijo Caetano Rodrigues Miranda, profesor del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (IF-USP) y autor principal del artículo.

Hay aplicaciones comerciales de los hallazgos, pero por ahora, el principal interés es utilizarlos como marcadores de escenarios de alta presión. "Coesite es la 'firma' característica de estos escenarios, "dijo Miranda.

En el estudio, Los investigadores resolvieron las divergencias que existían con respecto a la transformación de coesita en otras fases (una fase octaédrica de alta presión, coesite-II y coesite-III) y llegó a un modelo consistente con los datos de observación. También describieron los mecanismos moleculares asociados con estas transformaciones. "Sería muy difícil reproducir en el laboratorio las condiciones de alta presión que se encuentran en el manto de la Tierra, "Dijo Miranda." Usamos una simulación por computadora, describir las interacciones entre átomos de la forma más realista posible, y mapeo, paso a paso, las transformaciones resultantes de los cambios de presión ".

La mejor forma de seguir esta evolución es a través del efecto Raman, observado experimentalmente en 1928 por el físico indio Chandrasekhara Venkata Raman (1888-1970). El efecto Raman se relaciona con la dispersión inelástica de la luz por la materia. Cuando una muestra es excitada por un pulso láser, la mayoría de los fotones se dispersan elásticamente, es decir., a la misma frecuencia que los fotones incidentes, por las moléculas o átomos del material. Sin embargo, una pequeña porción de los fotones se dispersa de forma inelástica, generalmente a una frecuencia más baja. El análisis de esta dispersión inelástica mediante espectroscopía Raman determina la composición y estructura del material. "Se podría decir que proporciona la huella digital del material, "Dijo Miranda.

Los investigadores realizaron simulaciones de dinámica molecular del espectro Raman para las diferentes estructuras de coesita bajo diversas presiones. Obtuvieron correlaciones entre la estructura del material y la presión externa, mapeando paso a paso los múltiples caminos en la transformación de coesite hasta que fue completamente amorfizado, o aquellos en las fases cristalinas de sílice a alta presión.

"Cada estructura muestra un patrón muy característico en el espectro Raman, "Dijo Miranda." A medida que la estructura cambia debido a la variación de presión, este patrón también cambia. Y esto nos permite saber qué estructuras están presentes y cómo se transforman bajo presión. Una comparación con los resultados experimentales valida el modelo adoptado.

"Longitudes y ángulos de enlace, así como modos vibracionales atómicos, son variables proporcionadas por el procedimiento. Aunque es una estructura amorfa y tiene una configuración mucho menos regular que el cuarzo, por ejemplo, que es cristalino, coesite tiene una huella dactilar característica en espectroscopía Raman.

"En un cristal, las distancias entre los átomos de la red y los ángulos formados por los segmentos que unen los diferentes átomos son siempre los mismos. Esto produce un pico claramente definido en el espectrograma. A medida que el material se amorfiza, el pico se convierte en una meseta alargada ".

Un interesante estudio realizado por Miranda en paralelo consistió en la "sonificación" de los datos espectrales recogidos. En este caso, La "sonificación" implicaba convertir las altas frecuencias características de la luz en bajas frecuencias típicas del sonido. "La sonificación le permite utilizar la audición en lugar de la vista para analizar datos. Desde la perspectiva científica, La ventaja de este procedimiento es que cuando escuche sonidos, puede identificar pequeñas variaciones o datos más complejos con mayor precisión. Son más fáciles de oír que de ver. Además, hay una ventaja desde el punto de vista artístico:la música se puede componer a partir de los fragmentos sonoros obtenidos. Para que se pueda construir un puente entre la ciencia y el arte, "Dijo Miranda (haga clic para escuchar el audio).

El descubrimiento de coesita en el cráter Chicxulub bajo la península de Yucatán en México fue una evidencia significativa de que esta formación geológica resultó del impacto de un cometa o asteroide grande. El cráter circular tiene un diámetro de más de 180 km, y está enterrado muy por debajo de la superficie de la península. Fue descubierto a finales de la década de 1970 por Antonio Camargo (México) y Glen Penfield (Estados Unidos), geofísicos que buscaban petróleo. En 1990, Penfield obtuvo muestras de roca formadas bajo alta presión que sugirieron que se trataba de una característica de impacto.

En 2016, Los científicos perforaron cientos de metros por debajo del fondo del océano en el anillo de pico del cráter, obtención de muestras de coesita y otras rocas, y casi cerrando el debate al proporcionar pruebas sólidas de que de hecho se trataba de un cráter de impacto.

El impacto que produjo el cráter fue dos millones de veces más poderoso que el dispositivo nuclear más grande jamás probado, una bomba de hidrógeno de 58 megatones conocida como Tsar Bomba, detonado por la Unión Soviética en 1961.

La fecha del impacto, estimada en algo menos de 66 millones de años, converge con la hipótesis de que la alteración del clima mundial en este período provocó un evento de extinción masiva en el que el 75 por ciento de las especies de plantas y animales de la Tierra se extinguieron repentinamente, incluidos todos los dinosaurios no aviares. El impacto habría provocado un mega-tsunami y una colosal onda de choque, seguido de terremotos, erupciones volcánicas, incendios forestales y otros fenómenos a escala global, incluyendo una nube de polvo y aerosoles que cubrió todo el planeta durante más de una década.