Cratera do meteoro no Arizona, formado por um impacto de meteoro 50, 000 anos atrás, contém pedaços de um disco, forma comprimida de sílica chamada estishovita. Crédito:Nikolas_jkd / iStock
Estudos do Laboratório Nacional do Acelerador SLAC do Departamento de Energia fizeram as primeiras observações em tempo real de como a sílica - um material abundante na crosta terrestre - facilmente se transforma em um vidro denso quando atingida por uma onda de choque massiva como a gerada pelo impacto de um meteoro .
Os resultados implicam que os meteoros que atingem a Terra e outros objetos celestes são menores do que se pensava originalmente. Essas novas informações serão importantes para modelar a formação do corpo planetário e interpretar as evidências dos impactos no solo.
Os experimentos aconteceram no laser de raios-X Linac Coherent Light Source (LCLS) da SLAC, um DOE Office of Science User Facility cujos pulsos ultrarrápidos podem revelar processos que ocorrem em milionésimos de um bilionésimo de segundo com resolução atômica.
"Pudemos, pela primeira vez, visualizar realmente do início ao fim o que acontece em um material que constitui a maior parte da crosta terrestre, "disse Arianna Gleason do Laboratório Nacional de Los Alamos do DOE (LANL), o investigador principal do estudo, que foi publicado em 14 de novembro em Nature Communications .
Como o vidro chocado fica assim?
Os cientistas sabem há muito tempo que os impactos de meteoros convertem os silicatos em um material denso, fase amorfa conhecida como vidro chocado. A questão é como esse vidro chocado se forma.
No passado, cientistas tentaram estimar a quantidade de pressão necessária para causar essa transformação, examinando detritos de impactos de meteoros e comprimindo amostras de minerais em células de pressão no laboratório, mas eles foram incapazes de observar o processo à medida que se desenrolava.
Este desenho descreve o processo que transforma a sílica em vidro chocado após ser atingida por uma onda de choque como a do impacto de um meteoro. À direita, a compressão transformou a sílica em cristais de estishovita. À esquerda, a compressão foi liberada e os cristais de estishovita se transformaram em vidro chocado. O feixe de laser de raios-X LCLS registrou este processo, que acontece em 30 nanossegundos. Crédito:A.E. Gleason et al., Nature Communications
Na LCLS, os pesquisadores podem usar um feixe de laser intenso para criar uma onda de choque que comprime uma amostra de sílica, e, em seguida, usar o laser de raios-X para examinar sua resposta em uma escala de tempo de nanossegundos, ou bilionésimos de segundo.
Um estudo anterior do SLAC, publicado em 2015, demonstrou que a sílica forma estishovita, uma fase cristalina, dentro de 10 nanossegundos após ser atingido pelo pulso de laser inicial. Essa pesquisa mostrou que a transformação ocorreu muito mais rapidamente do que se acreditava anteriormente. Mas a existência de detritos de impactos de meteoros que são compostos inteiramente de vidro chocado sugere que a estishovita pode ser uma fase de curta duração que pode se converter permanentemente em vidro chocado após o impacto.
Revertendo suposições
No último estudo, os cientistas aproveitaram o instrumento Matter in Extreme Conditions no LCLS para gerar ondas de choque que induziram vários picos de pressão em amostras de sílica. Depois de enviar o pulso de laser, "Nós apenas observamos o que a sílica faz naturalmente, "disse Gleason, quem é o LANL Fredrick Reines Postdoctoral Fellow.
A análise dos dados de difração de raios-X obtidos em vários intervalos após o pico de pressão ter sido atingido mostrou que, quando a pressão é alta o suficiente, formas de estisovita, mas então ele reverte para vidro chocado. Os dados de difração das amostras LCLS corresponderam aos dados de detritos de impacto coletados no campo.
Os cientistas já haviam assumido que as pressões de pico de cerca de 40 gigapascais - equivalente a 400, 000 vezes a pressão atmosférica à nossa volta - são necessários para criar vidro chocado de sílica. Mas os resultados deste estudo sugerem que o limite é cerca de 25 por cento menor do que isso, e essa estishovita então reverte para o estado de vidro chocado devido à instabilidade térmica em vez de pressão mais alta.
"Um evento de impacto tem um cronograma curto, "disse Gleason, "tornando o LCLS um instrumento ideal para a compreensão da termodinâmica fundamental dos vidros formados por impactos." Gleason prevê usar o MEC no LCLS para investigar outros minerais abundantes na Terra, como feldspato, e para entender melhor o "livro de regras" para processos de transformação.
A pesquisa de Gleason é mais amplamente aplicável a detritos de outros planetas, como meteoritos de Marte que também contêm vidro chocado. Os meteoritos marcianos geralmente contêm compostos voláteis presos, como vapor de água e metano. Ninguém entende como esses compostos ficam presos dentro de meteoritos ou por que não escapam, mas o trabalho contínuo no LCLS pode fornecer respostas.
