Synchrotron røntgeneksperiment afslører et lille skub med store konsekvenser

I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nature Research Kommunikationsmaterialer , QUT-forskere Dr. Christoph Schrank, Dr. Oliver Gaede, fra School of Earth and Atmospheric Sciences, og Master of Science-kandidat Katherine Gioseffi gik sammen med den australske Synchrotron og kolleger fra University of New South Wales og University of Warszawa for at studere, hvordan gips dehydrerer meget hurtigere under pres.

"Dehydrering er en proces, hvor mineraler udskiller vandet bundet i deres krystalgitter på grund af opvarmning, " sagde Dr. Schrank.

"Den stenede skal på vores planet, litosfæren, indeholder mange sten rige på vandholdige mineraler. Vandet, der produceres ved dehydrering af litosfæren, har en enorm indvirkning på geologiske processer såsom dannelsen af ​​vulkaner, malmforekomster, og jordskælv."

I undersøgelsen, forskerne brugte en unik højtrykscelle med synkrotrontransmissionsrøntgenspredning, som anvender ekstremt skarpe røntgenstråler til at afsløre, hvordan stenprøver transformerer sig under høje temperaturer og tryk på skalaen af ​​nanometer (en milliardtedel af en meter).

ANSTO australske synkrotron, i Melbourne, er placeret i en bygning på størrelse med et fodboldstadion og er i stand til at bruge elektroner til at producere intense lysstråler mere end en million gange stærkere end solen.

I forskningscentret, elektronstrålerne bevæger sig gennem tunneler med lige under lysets hastighed i en cirkulær bane, der er "synkroniseret" ved anvendelse af stærke magnetfelter.

Mineral dehydrering, også kaldet kalcinering, er vigtig i industrielle processer. I århundreder har mennesker dehydreret gips (CaSO ₄ ·2H ₂ O) for at skabe hemihydrat (CaSO ₄ ·0,5H ₂ O), bedre kendt som gips af Paris.

Byggeindustrien producerer omkring 100 milliarder kg gips hvert år til produkter, herunder cement og mørtler, og det bruges i medicinske scenarier til afstøbninger til immobilisering af brækkede knogler.

Der er også løbende videnskabelig debat om oprindelsen af ​​store forekomster af gips og hemihydrat på Mars.

I dette studie, forskerne testede, om hastigheden, hvormed gipssten dehydrerer, er påvirket af små ændringer i stress, såsom trykændringerne i pladetektonikkens drift.

"Til vores store overraskelse, vi fandt ud af, at hvis vi spændte vores prøver fast med en let strammet skruestik, klipperne mistede deres vand dobbelt så hurtigt end uden at klemme, " sagde Dr. Gaede.

"Dette fund har vigtige konsekvenser for geologiske processer. Når tektoniske plader kolliderer langs deres grænser, tektoniske spændinger i pladerne opbygges langsomt over tid."

Dr. Schrank sagde, at den nye forskning tyder på, at en lille vækst i tektonisk stress kan fremskynde frigivelsen af ​​vand i pladerne og derfor fremme jordskælv og dannelsen af ​​nye mineraler.

Forskningsresultaterne kan hjælpe ingeniører med at designe mere energieffektive kalcineringsprocesser.