Com experimentos de alta pressão na fonte de luz de raios-X PETRA III e outras instalações do DESY, uma equipe de pesquisa em torno de Leonid Dubrovinsky, da Universidade de Bayreuth, resolveu um antigo enigma na análise de meteoritos da Lua e de Marte. O estudo, publicado no jornal Nature Communications , pode explicar por que diferentes versões de sílica podem coexistir em meteoritos, embora normalmente exijam condições muito diferentes para se formar. Os resultados também significam que as avaliações anteriores das condições nas quais os meteoritos foram formados devem ser cuidadosamente reconsideradas.

Os cientistas investigaram um mineral de dióxido de silício (SiO2) chamado cristobalita. "Este mineral é de particular interesse no estudo de amostras planetárias, como meteoritos, porque este é o mineral de sílica predominante em materiais extraterrestres, "explica a primeira autora Ana Černok de Bayerisches Geoinstitut (BGI) na University Bayreuth, que agora está baseado na Open University no Reino Unido. “A cristobalita tem a mesma composição química do quartzo, mas a estrutura é significativamente diferente, "acrescenta o co-autor Razvan Caracas do CNRS, ENS de Lyon.

Diferente do quartzo onipresente, a cristobalita é relativamente rara na superfície da Terra, visto que só se forma a temperaturas muito elevadas e em condições especiais. Mas é bastante comum em meteoritos da Lua e de Marte. Ejetado por impactos de asteróides da superfície da Lua ou Marte, essas rochas finalmente caíram na Terra.

Surpreendentemente, os pesquisadores também encontraram a seifertita mineral de sílica junto com a cristobalita em meteoritos marcianos e lunares. A seifertita foi sintetizada pela primeira vez por Dubrovinsky e colegas há 20 anos e precisa de pressões extremamente altas para se formar. "Encontrar cristobalita e seifertita no mesmo grão de material de meteorito é enigmático, à medida que se formam sob pressões e temperaturas muito diferentes, "sublinha Dubrovinsky." Provocado por esta observação curiosa, o comportamento da cristobalita em altas pressões foi examinado por numerosos estudos experimentais e teóricos por mais de duas décadas, mas o quebra-cabeça não pôde ser resolvido. "

Usando os intensos raios-X de PETRA III em DESY e da European Synchrotron Radiation Facility ESRF em Grenoble (França), os cientistas agora podiam obter visões sem precedentes da estrutura da cristobalita sob altas pressões de até 83 giga-pascals (GPa), o que corresponde a cerca de 820, 000 vezes a pressão atmosférica. "Os experimentos mostraram que quando a cristobalita é comprimida de maneira uniforme ou quase uniforme - ou, como dizemos, sob condições hidrostáticas ou quase hidrostáticas - assume uma fase de alta pressão marcada cristobalita X-I, "explica a co-autora do DESY, Elena Bykova, que trabalha na Extreme Conditions Beamline P02.2 no PETRA III, onde os experimentos aconteceram. "Esta fase de alta pressão volta à cristobalita normal quando a pressão é liberada."

Mas se a cristobalita for comprimida de forma desigual sob o que os cientistas chamam de condições não hidrostáticas, inesperadamente se converte em uma estrutura semelhante a seifertita, como os experimentos agora mostraram. Esta estrutura se forma sob pressão significativamente menor do que a necessária para formar seifertita a partir da sílica comum. “Os cálculos ab initio confirmam a estabilidade dinâmica da nova fase até altas pressões, "diz Caracas. Além disso, também permanece estável quando a pressão é liberada." Isso foi uma surpresa, "diz Černok." Nosso estudo esclarece como a cristobalita comprimida pode se transformar em seifertita a uma pressão muito mais baixa do que o esperado. Portanto, meteoritos que contêm seifertita associada a cristobalita não sofreram necessariamente impactos massivos. "Durante um impacto, a propagação da onda de choque através da rocha pode criar padrões de tensão muito complexos, mesmo com áreas de interseção de materiais comprimidos hidrostaticamente e não hidrostaticamente, para que diferentes versões de sílica possam se formar no mesmo meteorito.

"Esses resultados têm implicações imediatas para o estudo de processos de impacto no sistema solar, "sublinha Dubrovinsky." Eles fornecem evidências claras de que nem a cristobalita nem a seifertita devem ser considerados traçadores confiáveis ​​das condições de pico de choque experimentadas pelos meteoritos. compressão hidrostática, como explica Dubrovinsky. "Para as ciências dos materiais, nossos resultados sugerem um mecanismo adicional para a manipulação das propriedades dos materiais:além da pressão e da temperatura, diferentes formas de estresse podem levar a comportamentos completamente diferentes da matéria sólida. "