Физики из Йенского университета и исследовательского центра DESY провели эксперимент, имитирующий изменения материалов на поверхности планеты при столкновении с крупным метеоритом. Ученые наблюдали изменения в минеральном кварце в атомарном разрешении в замедленной съемке. Эксперимент показал существование ранее неизвестной формы этого минерального вещества.
Для своего эксперимента исследователи поместили частицы кварца внутрь динамической ячейки с алмазной наковальней. Это экспериментальная конструкция, в которой исследуемый материал помещается между двумя алмазами конической формы. Конструкция устройства позволяет быстро изменять давление в процессе эксперимента и достигать экстремальных значений таких, как внутри Земного ядра или в точке столкновения астероида с поверхностью.
С помощью ячейки с алмазной наковальней исследователи сжимали маленькие монокристаллы кварца все сильнее и сильнее, пропуская через них интенсивный рентгеновский свет, чтобы исследовать изменения в их кристаллической структуре. При этом процесс осуществлялся достаточно медленно, чтобы отслеживать поэтапные изменения.
Исследователи установили, что при давлении около 180 000 атмосфер кварцевая структура внезапно трансформировалась в более плотно упакованную переходную структуру. В этой кристаллической структуре кварц сжимается на треть своего объема. Авторы работы отмечают, что эта переходная форма приводит к образованию внутри пород, подвергшихся воздействию удара астероида характерных линий, различимых под микроскопом.
Ламеллярная структура под микроскопом. Изображение: Falko Langenhorst, Christoph Otzen (Universität Jena)
Столкновения с астероидами — это катастрофические события, в результате которых образуются огромные кратеры, а иногда и плавятся части земной коры. Но такие следы недолговечны и разрушаются в процессе эрозии. Более надежный «свидетель» — материал. Например, кварцевый песок при столкновении превращается в стекло, при этом зерна кварца пересекаются микроскопическими линиями.
Хотя исследователи и раньше связывал эти следы для анализа столкновений до сих пор не было понятно, как они образуются. Результаты новой работы показывают, что количество и ориентация этих линий позволяют сделать выводы о характере воздействии. Например, они показывают, насколько высоким было ударное давление.
