Imagem de microscopia eletrônica de varredura da microestrutura da albita antes dos experimentos de compressão rápida. A imagem mede cerca de 0,036 milímetros. Crédito:Stony Brook University, Lars Ehm
Uma equipe de pesquisa alemã-americana simulou impactos de meteoritos em laboratório e acompanhou as mudanças estruturais resultantes em dois minerais de feldspato com raios-X conforme aconteciam. Os resultados dos experimentos no DESY e no Argonne National Laboratory nos EUA mostram que mudanças estruturais podem ocorrer em pressões muito diferentes, dependendo da taxa de compressão. As evidências, publicado na edição de 1 de fevereiro da revista científica Cartas da Terra e da Ciência Planetária (publicado online com antecedência), ajudará outro cientista a reconstruir as condições que levaram a crateras de impacto na Terra e em outros planetas terrestres.
Os impactos de meteoritos desempenham um papel importante na formação e evolução da Terra e de outros corpos planetários em nosso sistema solar. Mas as condições de impacto, incluindo o tamanho do impactador, velocidade e o pico de pressão e temperatura, são geralmente determinados muito depois de o impacto ter ocorrido, por meio do estudo de mudanças permanentes nos minerais formadores de rocha na cratera de impacto. Para reconstruir as condições de impacto do registro de rocha em uma cratera de impacto centenas a milhões de anos após o evento, é necessário que os cientistas reconciliem as observações de campo com os resultados de experimentos de laboratório.
Nas décadas recentes, os cientistas desenvolveram um esquema de classificação que liga as condições de impacto às mudanças induzidas por pressão e temperatura nos minerais formadores de rocha que podem ser encontrados em rochas típicas em crateras de impacto. Os minerais do grupo feldspato albita (NaAlSi 3 O 8 ), anortita (CaAl 2 Si 2 O 8 ) e sua mistura de plagioclase (NaxCa 1-x Al 2-x Si 2 + x O 8 ) são altamente abundantes nas crostas planetárias. Portanto, mudanças nesses minerais com relação à pressão e temperatura são amplamente utilizadas como indicadores de impactos muito grandes. Essas mudanças incluem transformações estruturais ou amorfização, a perda da estrutura cristalina ordenada.
Microestrutura de uma amostra de albita recuperada após compressão para 44 gigapascais (GPa) a uma taxa de 0,1 GPa por segundo. A imagem mede cerca de 0,007 milímetros. Crédito:Stony Brook University, Lars Ehm
Contudo, para os minerais do grupo feldspato, os valores relatados para as condições de pressão da transição de amorfização diferem enormemente se forem utilizadas técnicas de compressão estática ou dinâmica. "Essas diferenças apontam para grandes lacunas em nossa compreensão dos processos induzidos pela taxa de compressão em minerais, "diz Lars Ehm da Stony Brook University e do Brookhaven National Laboratory, o investigador principal do projeto. Isso tem implicações de longo alcance para a interpretação de eventos de impacto natural com base no registro de rocha em relação à velocidade, tamanho e outras propriedades do meteorito.
A estrutura interna de minerais e outras amostras pode ser investigada com raios X que são difratados pela estrutura cristalina de um material. Do padrão de difração característico, a estrutura interna de uma amostra pode ser determinada. Essa técnica foi usada e aprimorada por mais de um século. Agora também pode ser usado para rastrear processos dinâmicos.
“O surgimento de novas e muito poderosas fontes de raios-X, como PETRA III, Fonte avançada de fótons, e o laser de elétrons livres de raios-X europeu em combinação com os recentes saltos quânticos na tecnologia do detector de raios-X nos fornecem agora as ferramentas experimentais para investigar a resposta dos materiais para medir a estrutura atômica em condições de compressão rápida, "diz Hanns-Peter Liermann, chefe da linha de luz de condições extremas P02.2 na fonte de raios-X da DESY PETRA III, onde alguns dos experimentos foram realizados.
Microestrutura da albita após compressão para 46 gigapascais (GPa) a uma taxa de 35 GPa por segundo. A imagem mede cerca de 0,007 milímetros. Crédito:Stony Brook University, Lars Ehm
"Em nosso experimento, usamos células de bigorna de diamante controladas por gás ou atuador para comprimir rapidamente nossas amostras enquanto coletamos continuamente padrões de difração de raios-X, "explica Melissa Sims, autor principal do estudo. "Isso nos permite monitorar as mudanças na estrutura atômica durante o ciclo completo de compressão e descompressão, e não apenas no início e no final do experimento como nos chamados experimentos de recuperação anteriores. "
A equipe de pesquisa foi capaz de observar a amorfização da albita e da anortita em diferentes taxas de compressão no experimento. Eles comprimiram os minerais a uma pressão de 80 gigapascais, correspondendo a 80, 000 vezes a pressão atmosférica. Nos experimentos, taxas de compressão de 0,1 gigapascals por segundo (GPa / s) a 81 GPa / s foram usadas. "Os resultados mostram que dependendo da taxa de compressão, os minerais sofrem a transição de amorfização em pressões muito diferentes, "Ehm diz." O aumento na taxa de compressão leva a uma redução da pressão de amorfização observada. "Por exemplo, na taxa de compressão mais baixa de 0,1 GPa / s, albita tornou-se completamente amorfa a uma pressão de 31,5 gigapascais, enquanto na taxa mais alta de 81 GPa / s, isso já ocorria em 16,5 gigapascais.
"Por estas razões, a amorfização em minerais de plagioclásio não é provavelmente um padrão inequívoco para sugerir picos de pressão e condições de temperatura específicos durante o impacto de meteorito, "diz Ehm. Mais investigações são necessárias para entender completamente o comportamento desses minerais e para avaliar se as condições de impacto podem ser comparadas com a estrutura dos minerais de rocha.
