A câmara experimental na estação Matter in Extreme Conditions da Linac Coherent Light Source do SLAC. Esta câmara foi usada para um experimento estudando a transformação de sílica fundida em estishovita, um mineral duro. Crédito:SLAC National Accelerator Laboratory
Os cientistas de Stanford estão aproveitando o poder dos feixes de raios-X focalizados para estudar as transformações sofridas pelas rochas sob intenso calor e pressão. A técnica pode fornecer novos insights sobre eventos antigos de impacto de asteróides, como aqueles que atingiram a Terra primitiva e desempenharam um papel crucial na formação de outros planetas rochosos.
"Pela primeira vez, podemos começar a desvendar a transformação ultrarrápida de uma amostra de rocha durante um processo dinâmico como a compressão de choque. Tirando uma série de instantâneos, podemos capturar o que está acontecendo durante processos muito rápidos, "diz Wendy Mao, professor associado de ciências geológicas e da ciência do fóton.
Usando o laser de raios-X Linac Coherent Light Source (LCLS) no SLAC National Accelerator Laboratory, Mao e Arianna Gleason, pesquisador de pós-doutorado no Laboratório Nacional de Los Alamos e pesquisador visitante no Laboratório de Ambientes Extremos de Mao, estão realizando experimentos que lhes permitem testemunhar as rápidas transformações das rochas chocadas.
Primeiro, eles usam lasers ópticos de alta potência para superaquecer uma pequena parte de uma amostra de rocha e criar um plasma. "A parte da rocha atingida pelo laser torna-se um plasma que explode, e ele sopra tão rápido que cria uma onda de choque viajando na outra direção, "Gleason explica.
O calor e a compressão gerados pela onda de choque em movimento mudam a estrutura cristalina da amostra de rocha restante, reorganizando seus átomos em um mineral diferente.
Criação de estishovita com luz laser:as bandas esbranquiçadas que aparecem nesta sequência compilada de imagens produzidas por raios X permitem que os cientistas identifiquem a emergência ultrarrápida do mineral estishovita após chocar amostras de sílica fundida com um laser de alta potência. O atraso nesta sequência é medido em nanossegundos. Crédito:Arianna Gleason / Laboratório Nacional de Los Alamos
A fim de iluminar e registrar as propriedades do mineral em mudança, os cientistas disparam uma rajada de feixes de raios-X focalizados de LCLS na amostra apenas nanossegundos após o primeiro pulso de laser. "Os raios X têm um comprimento de onda adequado para nos permitir medir as distâncias entre os átomos, "Gleason diz." Com base na posição dos átomos, podemos dizer exatamente que material é. "
Variando o tempo de chegada dos raios-X, os cientistas podem gerar uma série de instantâneos do mineral conforme ele muda com o tempo. A criação de uma série temporal que representa 50 nanossegundos de mudanças de rocha pode exigir de 6 a 12 horas no laboratório.
Usando sua técnica, Mao e Gleason mostraram recentemente que o mineral estishovita, um raro, forma extremamente dura e densa de sílica, pode se formar em apenas alguns nanossegundos, ou bilionésimos de segundo - dezenas ou até centenas de vezes mais rápido do que se pensava anteriormente.
"O comportamento de alta pressão da sílica foi estudado extensivamente por causa de sua aplicação não apenas à ciência planetária, mas à física fundamental, química e ciência dos materiais também, "Mao diz." Este estudo fornece uma visão crítica sobre o mecanismo por trás de como diferentes formas de sílica se transformam de uma estrutura para outra. "
Aglomerados naturais de cristal de quartzo como esses se formam quando as rochas estão sob intensa pressão. Cientistas do Laboratório de Ambientes Extremos estão usando pulsos de raios-X para criar instantâneos da transformação. Crédito:Stanford University
