Quando um meteorito atravessa a atmosfera e cai na Terra, como seu impacto violento altera os minerais encontrados no local de pouso? O que as fases químicas de curta duração criadas por esses impactos extremos podem ensinar aos cientistas sobre os minerais existentes nas condições de alta temperatura e pressão encontradas nas profundezas do planeta?

Um novo trabalho liderado por Sally June Tracy da Carnegie examinou a estrutura cristalina do quartzo mineral de sílica sob compressão de choque e está desafiando as suposições de longa data sobre como este material onipresente se comporta sob condições tão intensas. Os resultados são publicados em Avanços da Ciência .

"O quartzo é um dos minerais mais abundantes na crosta terrestre, encontrados em uma infinidade de diferentes tipos de rochas, "Tracy explicou." No laboratório, podemos imitar o impacto de um meteorito e ver o que acontece. "

Tracy e seus colegas - Stefan Turneaure da Universidade Estadual de Washington (WSU) e Thomas Duffy da Universidade de Princeton, um ex-Carnegie Fellow - usou uma arma de gás semelhante a um canhão para acelerar projéteis em amostras de quartzo em velocidades extremamente altas - várias vezes mais rápido do que uma bala disparada de um rifle. Instrumentos especiais de raios-X foram usados ​​para discernir a estrutura cristalina do material que se forma menos de um milionésimo de segundo após o impacto. Os experimentos foram realizados no Setor de Compressão Dinâmica (DCS), que é operado pela WSU e localizado na Advanced Photon Source, Laboratório Nacional de Argonne.

O quartzo é composto por um átomo de silício e dois átomos de oxigênio dispostos em uma estrutura de rede tetraédrica. Como esses elementos também são comuns no manto da Terra rico em silicatos, descobrir as mudanças que o quartzo sofre em condições de alta pressão e temperatura, como aqueles encontrados no interior da Terra, também poderia revelar detalhes sobre a história geológica do planeta.

Quando um material é submetido a pressões e temperaturas extremas, sua estrutura atômica interna pode ser remodelada, fazendo com que suas propriedades mudem. Por exemplo, tanto o grafite quanto o diamante são feitos de carbono. Mas grafite, que se forma a baixa pressão, é macio e opaco, e diamante, que se forma em alta pressão, é superduro e transparente. Os diferentes arranjos de átomos de carbono determinam suas estruturas e propriedades, e isso, por sua vez, afeta a forma como os envolvemos e os usamos.

Apesar de décadas de pesquisa, tem havido um debate de longa data na comunidade científica sobre a forma que a sílica assumiria durante um evento de impacto, ou sob condições de compressão dinâmica, como as implantadas por Tracy e seus colaboradores. Sob carga de choque, A sílica costuma se transformar em uma forma cristalina densa conhecida como estishovita - uma estrutura que se acredita existir nas profundezas da Terra. Outros argumentaram que, devido à rápida escala de tempo do choque, o material, em vez disso, adotará um denso, estrutura vítrea.

Tracy e sua equipe foram capazes de demonstrar que ia contra as expectativas, quando submetido a um choque dinâmico superior a 300, 000 vezes a pressão atmosférica normal, quartzo passa por uma transição para uma nova fase cristalina desordenada, cuja estrutura é intermediária entre a estishovita totalmente cristalina e um vidro totalmente desordenado. Contudo, a nova estrutura não pode durar uma vez que a explosão de intensa pressão tenha diminuído.

"Os experimentos de compressão dinâmica nos permitiram colocar esse debate de longa data para a cama, "Tracy concluiu." Além do mais, eventos de impacto são uma parte importante da compreensão da formação e evolução planetária e investigações contínuas podem revelar novas informações sobre esses processos. "