Los impactos de meteoritos pueden crear una forma inesperada de sílice

Cuando un meteorito atraviesa la atmósfera y se estrella contra la Tierra, ¿cómo altera su impacto violento los minerales que se encuentran en el lugar de aterrizaje? ¿Qué pueden enseñar a los científicos las fases químicas de corta duración creadas por estos impactos extremos sobre los minerales que existen en las condiciones de alta temperatura y presión que se encuentran en las profundidades del planeta?

Un nuevo trabajo dirigido por Sally June Tracy de Carnegie examinó la estructura cristalina del cuarzo mineral de sílice bajo compresión de choque y desafía las suposiciones de larga data sobre cómo se comporta este material ubicuo en condiciones tan intensas. Los resultados se publican en Avances científicos.

“El cuarzo es uno de los minerales más abundantes en la corteza terrestre, que se encuentra en una multitud de diferentes tipos de rocas”, explicó Tracy. “En el laboratorio, podemos imitar el impacto de un meteorito y ver qué sucede”.

Tracy y sus colegas, Stefan Turneaure de la Universidad Estatal de Washington (WSU) y Thomas Duffy de la Universidad de Princeton, ex Becario de Carnegie, utilizaron una pistola de gas especializada en forma de cañón para acelerar proyectiles en muestras de cuarzo a velocidades extremadamente altas, varias veces más rápido que una bala disparada por un rifle. Se utilizaron instrumentos especiales de rayos X para discernir la estructura cristalina del material que se forma menos de una millonésima de segundo después del impacto. Los experimentos se llevaron a cabo en el Sector de Compresión Dinámica (DCS), operado por WSU y ubicado en la Fuente de Fotones Avanzada, Laboratorio Nacional Argonne.

El cuarzo está formado por un átomo de silicio y dos átomos de oxígeno dispuestos en una estructura de red tetraédrica. Debido a que estos elementos también son comunes en el manto rico en silicatos de la Tierra, descubrir los cambios que sufre el cuarzo en condiciones de alta presión y temperatura, como las que se encuentran en el interior de la Tierra, también podría revelar detalles sobre la historia geológica del planeta.

Cuando un material se somete a presiones y temperaturas extremas, su estructura atómica interna puede cambiar de forma, lo que hace que sus propiedades cambien. Por ejemplo, tanto el grafito como el diamante están hechos de carbono. Pero el grafito, que se forma a baja presión, es suave y opaco, y el diamante, que se forma a alta presión, es superduro y transparente. Los diferentes arreglos de los átomos de carbono determinan sus estructuras y propiedades, y eso a su vez afecta cómo nos relacionamos con ellos y los usamos.

A pesar de décadas de investigación, ha habido un debate de larga data en la comunidad científica sobre qué forma tomaría la sílice durante un evento de impacto o bajo condiciones de compresión dinámica como las implementadas por Tracy y sus colaboradores. Bajo cargas de choque, a menudo se supone que la sílice se transforma en una forma cristalina densa conocida como stishovita, una estructura que se cree que existe en las profundidades de la Tierra. Otros han argumentado que debido a la rápida escala de tiempo del impacto, el material adoptará una estructura densa y vítrea.

Tracy y su equipo pudieron demostrar que, contrariamente a las expectativas, cuando se somete a un choque dinámico de más de 300.000 veces la presión atmosférica normal, el cuarzo experimenta una transición a una nueva fase cristalina desordenada, cuya estructura es intermedia entre la estishovita completamente cristalina y una completamente cristalina. vidrio desordenado. Sin embargo, la nueva estructura no puede durar una vez que el estallido de intensa presión haya disminuido.

“Los experimentos de compresión dinámica nos permitieron poner fin a este debate de larga data”, concluyó Tracy. “Es más, los eventos de impacto son una parte importante de la comprensión de la formación y evolución planetaria y las investigaciones continuas pueden revelar nueva información sobre estos procesos”.

Esta investigación fue apoyada por la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa y la NSF. La Universidad Estatal de Washington (WSU) brindó apoyo experimental a través de premios del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) / Agencia Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA).

Este trabajo se basa en experimentos realizados en el Sector de Compresión Dinámica, operado por WSU bajo un premio DOE / NNSA. Esta investigación utilizó los recursos de Advanced Photon Source, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía operada para la Oficina de Ciencias del DOE por Argonne National.

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