International undersøgelse identificerer processen med klippedannelse ved meteorangreb eller atomsprængninger

Coesite er en polymorf af silica, der kun dannes under ekstremt højt tryk - 10, 000 gange mere, gennemsnitlig, end normalt atmosfærisk tryk. Tilstedeværelsen af ​​coesit indikerer enten, at materiale har skubbet op gennem jordskorpen fra kappen, eller at en komet, meteor eller meteorit ramte stedet. Coesite kan også skabes i atomeksplosioner.

Mekanismen, hvormed silica (SiO2) omdannes til coesit, er dårligt forstået af det videnskabelige samfund. Det er nu blevet belyst ved atomistisk computersimulering i en undersøgelse foretaget af forskere tilknyttet University of São Paulo (USP) i Brasilien, det kinesiske videnskabsakademi i Hefei, Kina, og Abdus Salam International Center for Teoretisk Fysik i Trieste, Italien.

Artiklen, "Flere veje i trykinduceret faseovergang af coesit, "blev offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Sciences ( PNAS ).

"Coesit er siliciumdioxid. Dens kemiske sammensætning er den samme som kvarts. Forskellen er, at højt tryk ødelægger krystalgitteret, der er karakteristisk for kvarts og komprimerer silicium- og iltatomerne til et amorft system. Resultatet er glas med høj densitet. Når trykket har overskredet en bestemt tærskel, amorfiseringsprocessen bliver irreversibel, og materialet kan ikke længere vende tilbage til en krystallinsk konfiguration, "sagde Caetano Rodrigues Miranda, en professor ved University of São Paulo's Physics Institute (IF-USP) og hovedforfatter af artiklen.

Der er kommercielle anvendelser af resultaterne, men for nu, hovedinteressen er at bruge dem som markører for højtryksscenarier. "Coesite er den karakteristiske 'signatur' af disse scenarier, sagde Miranda.

I undersøgelsen, forskerne løste de forskelle, der eksisterede med hensyn til omdannelse af coesit til andre faser (en højtryks-oktaedrisk fase, coesite-II og coesite-III) og nåede frem til en model i overensstemmelse med observationsdataene. De beskrev også de molekylære mekanismer, der er forbundet med disse transformationer. "Det ville være meget vanskeligt i laboratoriet at gengive de højtryksforhold, der findes i Jordens kappe, "Miranda sagde." Vi brugte en computersimulering, beskriver interaktionerne mellem atomer så realistisk som muligt, og kortlægning, trin for trin, transformationer som følge af trykændringer. "

Den bedste måde at følge denne udvikling på er via Raman -effekten, observeret eksperimentelt i 1928 af den indiske fysiker Chandrasekhara Venkata Raman (1888-1970). Raman -effekten vedrører den uelastiske spredning af lys ved stof. Når en prøve exciteres af en laserpuls, de fleste fotoner er spredt elastisk, dvs. på samme frekvens som de indfaldende fotoner, af molekylerne eller atomerne i materialet. Imidlertid, en lille del af fotonerne spredes uelastisk, generelt ved en lavere frekvens. Analyse af denne uelastiske spredning ved hjælp af Raman -spektroskopi bestemmer materialets sammensætning og struktur. "Man kan sige, at det giver materialets fingeraftryk, "Sagde Miranda.

Forskerne udførte molekylære dynamiksimuleringer af Raman -spektret for de forskellige strukturer af coesit under forskellige pres. De opnåede sammenhænge mellem materialets struktur og det ydre tryk, kortlægning trin for trin de flere veje i transformationen af ​​coesite, indtil den blev fuldstændig amorfiseret, eller dem i de krystallinske faser af silica under højt tryk.

"Hver struktur viser et meget karakteristisk mønster i Raman -spektret, "Miranda sagde." Da strukturen ændres på grund af trykvariation, dette mønster ændrer sig også. Og dette gør os i stand til at vide, hvilke strukturer der er til stede, og hvordan de transformeres under pres. En sammenligning med eksperimentelle resultater validerer den anvendte model.

"Bond længder og vinkler, samt atomare vibrationstilstande, er variabler, der leveres af proceduren. Selvom det er en amorf struktur og har en meget mindre regelmæssig konfiguration end kvarts, for eksempel, som er krystallinsk, coesite har et karakteristisk fingeraftryk i Raman -spektroskopi.

"I en krystal, afstandene mellem gitteratomer og vinklerne, som segmenterne binder de forskellige atomer på, er altid de samme. Dette giver en klart defineret top i spektrogrammet. Efterhånden som materialet amorferer, toppen ændrer sig til et aflangt plateau. "

En interessant undersøgelse udført af Miranda parallelt bestod af "sonificering" af de indsamlede spektrale data. I dette tilfælde, "sonificering" indebar omdannelse af de høje frekvenser, der er karakteristiske for lys, til lave frekvenser, der er typiske for lyd. "Sonification giver dig mulighed for at bruge hørelse i stedet for syn til at analysere data. Fra det videnskabelige perspektiv, fordelen ved denne procedure er, at når du hører lyde, du kan identificere små variationer eller mere komplekse data mere præcist. De er lettere at høre end at se. Ud over, der er en fordel fra det kunstneriske synspunkt:musik kan komponeres ved hjælp af de opnåede lydfragmenter. Så en bro kan bygges mellem videnskab og kunst, "Sagde Miranda (klik for at høre lyd).

Opdagelsen af ​​coesite i Chicxulub -krateret under Yucatan -halvøen i Mexico var et væsentligt bevis på, at denne geologiske formation skyldes virkningen af ​​en komet eller stor asteroide. Det cirkulære krater har en diameter på mere end 180 km, og er begravet dybt under halvøens overflade. Det blev opdaget i slutningen af ​​1970'erne af Antonio Camargo (Mexico) og Glen Penfield (USA), geofysikere, der ledte efter olie. I 1990, Penfield opnåede prøver af sten dannet under højt tryk, der antydede, at det var en påvirkningstræk.

I 2016, forskere borede hundredvis af meter under havbunden i kraterets topring, at få prøver af coesit og andre sten, og alt andet end at lukke debatten ved at fremlægge robuste beviser for, at det faktisk var et nedslagskrater.

Den indvirkning, der producerede krateret, var to millioner gange kraftigere end den største nukleare enhed, der nogensinde er testet, en 58 megaton brintbombe kendt som Tsar Bomba, detoneret af Sovjetunionen i 1961.

Datoen for virkningen, anslået til lidt mindre end 66 millioner år siden, konvergerer med hypotesen om, at verdensomspændende klimaforstyrrelser i denne periode forårsagede en masseudryddelse, hvor 75 procent af plante- og dyrearter på jorden pludselig uddøde, herunder alle ikke-aviære dinosaurer. Virkningen ville have forårsaget en mega-tsunami og en kolossal chokbølge, efterfulgt af jordskælv, Vulkanudbrud, naturbrande og andre fænomener på global skala, herunder en støvsky og aerosoler, der dækker hele planeten i over et årti.