[ad_1]
Когда космический камень переживает турбулентный проход через атмосферу Земли и ударяется о поверхность, он генерирует ударные волны, которые могут сжимать и преобразовывать минералы в земной коре. Поскольку эти изменения зависят от давления, создаваемого при ударе, эксперты могут использовать особенности земных минералов, чтобы узнать историю жизни метеорита, начиная с момента столкновения и заканчивая условиями, в которых возникли небесные тела.
«Если вы сравните обычный минерал с тем, который подвергся удару метеорита, вы обнаружите некоторые уникальные особенности в том, что подверглось удару», — говорит Арианна Глисон, ученый из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики. «Снаружи они сохраняют часть своей первоначальной кристаллической формы, но внутри они становятся беспорядочными и полны красивых взаимосвязанных линейных образований, называемых ламелями».
Плагиоклаз, самый распространенный минерал в земной коре, является одним из наиболее часто используемых минералов для создания более полной картины падения метеоритов. Однако давление, при котором этот минерал теряет свою кристаллическую форму и становится неупорядоченным, и то, как протекает этот процесс, называемый аморфизацией, является предметом постоянных дискуссий.
В новом эксперименте исследователи SLAC имитировали удары метеоритов в лаборатории, чтобы изучить, как трансформируется плагиоклаз во время ударного сжатия. Они обнаружили, что аморфизация начинается при давлениях намного ниже, чем предполагалось ранее. Они также обнаружили, что при высвобождении материал частично рекристаллизуется обратно в первоначальную форму, демонстрируя эффект памяти, который потенциально может быть использован для приложений в области материаловедения. Их результаты, опубликованные сегодня в Метеоритика и планетологияможет привести к более точным моделям для изучения метеоритных столкновений, включая скорость движения метеоров и давление, которое они производят при столкновении.
«Разработка новых инструментов и методов позволяет нам воссоздавать эти воздействия в лаборатории, чтобы получить новую информацию и увидеть, что происходит, еще более подробно», — говорит ученый SLAC Роберто Алонсо-Мори, один из руководителей исследования. «Это действительно делает астрономию и планетарную науку прямо у нас под рукой».
Минералы для снятия отпечатков пальцев
Используя прибор Matter in Extreme Conditions (MEC) в рентгеновском лазере Linac Coherent Light Source (LCLS) SLAC, исследователи ударили по образцу плагиоклаза мощным оптическим лазером, чтобы послать через него ударную волну. Когда ударная волна проходила через образец, исследователи ударяли по образцу сверхбыстрыми импульсами рентгеновского лазера от LCLS в разные моменты времени. Некоторые из этих рентгеновских лучей затем рассеивались в детекторе и образовывали дифракционные картины.
«Подобно тому, как у каждого человека есть свой набор отпечатков пальцев, атомная структура каждого минерала уникальна», — говорит Глисон. «Дифракционные картины показывают этот отпечаток, позволяя нам проследить, как атомы образца перестраиваются в ответ на давление, создаваемое ударной волной».
Исследователи также могли настроить оптический лазер на разные энергии, чтобы увидеть, как дифракционная картина менялась при разных давлениях.
«Наш эксперимент позволил нам наблюдать за аморфизацией так, как она происходила на самом деле», — говорит Алонсо-Мори. «Мы обнаружили, что на самом деле он начинается при более низком давлении, чем мы думали. Мы также обнаружили, что начальный и конечный «отпечатки пальцев» очень похожи, что свидетельствует об эффекте памяти в материале. Это меняет то, как мы думаем о различных стадиях потрясений этих процессов, и поможет нам усовершенствовать модели, которые мы используем для понимания этих воздействий».
Красота из разрушения
В последующих экспериментах исследователи планируют собрать и проанализировать информацию об обломках, поднятых во время удара. Это позволило бы им получить более полную картину столкновения и провести параллельное сравнение с тем, что эксперты могут найти в этой области, чтобы еще больше улучшить модели метеоритных столкновений. Они также планируют исследовать другие полезные ископаемые и использовать более мощные лазеры и большие объемы материала, что может дать представление о более масштабных процессах, таких как формирование планет.
Глисон добавляет, что она взволнована тем, что это исследование может пролить свет на минералы, обнаруженные не только на Земле, но и на других планетах и внеземных телах. Дальнейшее понимание того, как на эти минералы влияют экстремальные удары, может открыть новую информацию об астрофизических явлениях.
«Я помню, как изучал минералогию и петрологию в студенческие годы и смотрел на эти минералы через микроскоп. Когда мы изменили освещение, мы осветили все эти прекрасные детали», — говорит она. «И теперь мы можем понять на атомном уровне, как формируются некоторые из этих замысловатых, великолепных структур, и на самом деле это коррелирует с этим экстремальным, потрясающим процессом. Удивительно, что что-то настолько разрушительное могло породить что-то такое нежное и прекрасное».
LCLS — это средство пользователя Управления науки Министерства энергетики США. Это исследование было поддержано Управлением науки.
Цитата: А. Глисон и соавт. Метеоритика и планетология16 февраля 2022 г. (doi.org/10.1111/maps.13785)
С вопросами или комментариями обращайтесь в отдел коммуникаций SLAC по адресу Communications@slac.stanford.edu.
Связанный
[ad_2]
Source