‘Toma de huellas dactilares’ de minerales para comprender mejor cómo se ven afectados por las colisiones de meteoritos


Cuando una roca espacial sobrevive al paso turbulento a través de la atmósfera de la Tierra y golpea la superficie, genera ondas de choque que pueden comprimir y transformar los minerales en la corteza del planeta. Dado que estos cambios dependen de la presión producida por el impacto, los expertos pueden usar las características de los minerales de la Tierra para aprender sobre la historia de vida del meteorito, desde el momento de la colisión hasta las condiciones en las que se originan los cuerpos celestes.

«Si compara un mineral promedio con uno que ha estado involucrado en un impacto de meteorito, encontrará algunas características únicas en el impactado», dice Arianna Gleason, científica del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía. «Por fuera, conservan parte de su forma cristalina original, pero por dentro se desordenan y se llenan de hermosas formaciones lineales entrelazadas llamadas laminillas».

La plagioclasa, el mineral más abundante en la corteza terrestre, es uno de los minerales más utilizados para pintar una imagen más completa de los impactos de meteoritos. Sin embargo, la presión a la que este mineral pierde su forma cristalina y se desordena, y cómo se desarrolla este proceso, llamado amorfización, es tema de debate en curso.

En un nuevo experimento, los investigadores de SLAC imitaron los impactos de meteoritos en el laboratorio para explorar cómo se transforma la plagioclasa durante la compresión de choque. Descubrieron que la amorfización comienza a presiones mucho más bajas de lo que se suponía anteriormente. También descubrieron que, al liberarse, el material se recristaliza parcialmente en su forma original, lo que demuestra un efecto de memoria que podría aprovecharse potencialmente para aplicaciones de ciencia de materiales. Sus resultados, publicados hoy en Meteoritics and Planetary Science, podrían conducir a modelos más precisos para aprender sobre los impactos de meteoritos, incluida la velocidad a la que viajaban los meteoros y la presión que producían al colisionar.

«El desarrollo de nuevas herramientas y técnicas nos permite recrear estos impactos en el laboratorio para obtener nueva información y ver lo que sucede con mayor detalle», dice el científico de SLAC Roberto Alonso-Mori, quien codirigió la investigación. «Realmente pone la astronomía y la ciencia planetaria al alcance de la mano».

Minerales de huellas dactilares

Usando el instrumento Matter in Extreme Conditions (MEC) en el láser de rayos X Linac Coherent Light Source (LCLS) de SLAC, los investigadores golpearon una muestra de plagioclasa con un láser óptico de alta potencia para enviar una onda de choque a través de ella. A medida que la onda de choque viajó a través de la muestra, los investigadores golpearon la muestra con pulsos de láser de rayos X ultrarrápidos de LCLS en diferentes puntos en el tiempo. Algunos de estos rayos X luego se dispersaron en un detector y formaron patrones de difracción.

«Al igual que cada persona tiene su propio conjunto de huellas dactilares, la estructura atómica de cada mineral es única», dice Gleason. «Los patrones de difracción revelan esa huella digital, lo que nos permite seguir cómo los átomos de la muestra se reorganizaron en respuesta a la presión creada por la onda de choque».

Los investigadores también pudieron ajustar el láser óptico a diferentes energías para ver cómo cambiaba el patrón de difracción a diferentes presiones.

«Nuestro experimento nos permitió observar la amorfización como realmente sucedió», dice Alonso-Mori. «Descubrimos que en realidad comienza a una presión más baja de lo que pensábamos. También descubrimos que las ‘huellas digitales’ iniciales y finales eran muy similares, lo que nos da evidencia de un efecto de memoria en el material. Cambia la forma en que pensamos sobre los diferentes impactos. etapas de estos procesos y nos ayudará a refinar los modelos que usamos para comprender estos impactos».

Belleza de la destrucción

En experimentos de seguimiento, los investigadores planean capturar y analizar información sobre los escombros levantados durante el impacto. Esto les permitiría obtener una imagen más completa del impacto y hacer comparaciones en paralelo con lo que los expertos podrían encontrar en el campo para mejorar aún más los modelos de colisiones de meteoritos. También planean explorar otros minerales y utilizar láseres más potentes y mayores volúmenes de material, lo que podría proporcionar información sobre procesos a mayor escala, como la formación de planetas.

Gleason agrega que está entusiasmada con la luz que esta investigación podría arrojar sobre los minerales que se encuentran no solo en la Tierra sino también en otros planetas y cuerpos extraterrestres. Más información sobre cómo estos minerales se ven afectados por impactos extremos podría desbloquear nueva información sobre fenómenos astrofísicos.

«Recuerdo haber estudiado mineralogía y petrología como estudiante universitario y mirar estos minerales a través de un microscopio. A medida que cambiamos la iluminación, iluminamos todos estos hermosos detalles», dice. «Y ahora podemos entender, a nivel atómico, cómo se forman algunas de estas estructuras intrincadas y hermosas y, de hecho, se correlaciona con este proceso extremo y trascendental. Es fascinante que algo tan destructivo pueda generar algo tan delicado». y hermoso.»

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