Traducido por Julio Batista
originales de Universidad Friedrich Schiller de Jena
Por primera vez, los investigadores registrarán los detalles atómicos vivos o lo que sucede como materia durante el impacto de un asteroide. El equipo de Falko Langenhorst de la Universidad de Jena y Hanns-Peter Liermann de DESY simularon un impacto de asteroide con el mineral de cuarzo en un laboratorio y fueron acompañados en cámara lenta a una celda en el pico de diamante, mientras eran monitoreados por una radiografía DESY. fuente, PETRA III.
La observación revela un estado intermedio sin cuarzo que resuelve un misterio de décadas sobre la formación de láminas (capas delgadas de material que se mantienen adyacentes entre sí, en una estructura guerrera) características de los materiales golpeados por un asteroide. El cuarzo es omnipresente en la superficie de la Tierra y es, por ejemplo, el componente principal de la arena. El análisis ayuda a comprender mejor los restos de impactos pasados y también puede tener significado para materiales completamente diferentes. Los investigadores presentan sus hallazgos en Naturaleza Comunicación.
Los impactos de asteroides son eventos catastróficos que crean enormes cráteres y, a veces, derriten partes de la roca de la Tierra. «No, los cráteres son generalmente difíciles de detectar en la Tierra porque la erosión, la intemperie y las placas tectónicas hacen que desaparezcan durante miles de años», explicó Langenhorst.
Por lo tanto, los minerales que sufren alteraciones características debido a la fuerza del impacto sirven generalmente como evidencia de un impacto. Por ejemplo, aire de cuarzo (que es químicamente dióxido de silicio, SiO2) se transforma gradualmente en vidrio por este impacto, los granos de cuarzo son atravesados por laminillas microscópicas. Esta estructura solo se puede explorar en detalle con un microscopio electrónico. Esto es algo que se puede ver en documentos relativamente recientes del cráter Barringer en Arizona, EE. UU., por ejemplo.
«Durante más de 60 años, estas estructuras laminares sirvieron como indicador del impacto de un asteroide, pero nadie sabía cómo se formó esta estructura», dice Liermann. «Ahora resolvemos este misterio de décadas».
Por ello, los investigadores pasarán años modificando y avanzando en técnicas que permitan el estudio de materiales a alta presión en el laboratorio. En los experimentos, las muestras generalmente se comprimen entre dos pequeños cuernos de diamante en una celda de cuerno de diamante (DAC). Permite la generación controlada de presiones extremas, como las que prevalecen en el interior de la Tierra o el impacto de un asteroide.
laminillas características
Para sus experimentos, el equipo utilizó una celda dinámica de antagonista de diamante (dDAC), en la que se puede cambiar la presión muy rápidamente durante la medición. Con este dispositivo, los científicos comprimirán cristales de cuarzo individuales pequeños y cada vez más resistentes a medida que la luz intensa de rayos X de PETRA III pasa a través de ellos para estudiar los cambios en su estructura cristalina.
«El truco consiste en dejar que el impacto del asteroide simulado continúe desplazándose el tiempo suficiente para poder rastrearlo con luz de rayos X, pero sin desviarse demasiado, de modo que los efectos típicos del impacto de un asteroide aún puedan ocurrir», dice Liermann. . . Las experiencias a escala de segundos resultan ser de cierta duración.
«Observamos que a una presión de alrededor de 180.000 atmósferas, la estructura de cuarzo cambió repentinamente a una estructura de transición más compacta, que llamamos rosiaíta», dijo el autor principal, Christoph Otzen, quien escribe su tesis doctoral sobre estos estudios. “Tiene una estructura cristalina, donde el cuarzo cubre un tercio de su volumen. Las laminillas características se forman exactamente donde el cuarzo se transforma en su llamada fase metastásica, que nadie ha podido identificar sin el cuarzo antes que nosotros.
La rosiaita es un mineral de óxido y el homónimo de la estructura cristalina compuesta por varios materiales. No consiste en sílice, sino en un antimoniato de tuna (un compuesto de tuna, antimonio y oxígeno).
Colapso en el lío
“Cuanto mayor sea la presión, mayor será la proporción de sílice con una estructura similar a la rosiaita en la muestra”, explicó Otzen. «Pero cuando la presión cayó, las laminillas similares a la rosiaíta no volvieron a la estructura de cuarzo original, sino que colapsaron en laminillas de vidrio de estructura desordenada. También vemos estas laminillas en grandes depósitos de cuarzo de impactos de asteroides.
La cantidad y orientación de las lamas permite sacar conclusiones sobre el impacto. Por ejemplo, indican la altura de la presión de impacto. «Durante décadas, estas láminas se han utilizado para detectar y analizar impactos de asteroides», dijo Langenhorst, «pero solo ahora podemos explicar y comprender con precisión su formación».
Para el estudio, los investigadores no utilizarán las presiones más altas técnicamente viables. “A las presiones más altas, se genera tanto calor que el material se derrite o se vaporiza”, explicó Langenhorst. “El material fundido que solidifica en la roca no nos da mucha información útil para esta pregunta. Lo importante entonces es precisamente la línea de presión en la que los minerales sufren cambios de características en estado sólido, y eso es lo que estudiamos en este caso.
¿Modelo para la formación de vidrio?
Los resultados pueden tener un significado más allá del estudio de los impactos de asteroides. «Lo que estamos viendo podría ser un estudio modelo para la formación de vidrio en materiales completamente diferentes, como el hielo», dijo Langenhorst. “Puede ser el camino genérico en el que una estructura de cristal se transforma en una fase metastásica en una etapa intermedia tras una compresión rápida, que luego se transforma en una estructura de vidrio desordenada. Planeamos investigar esto más a fondo, ya que puede ser de gran importancia para la investigación de materiales.
Con la transformación planificada de PETRA III en DESY y el mejor microscopio de rayos X del mundo, o PETRA IV, estos estudios serán aún más realistas en el futuro. «Una intensidad de rayos X 200 veces mayor nos permitirá ejecutar estos experimentos 200 veces más rápido, por lo que podemos simular el impacto de un asteroide de manera aún más realista», dice Liermann.