Синхротрон объяснил сосуществование «родственников» кварца в метеоритах

Кристобалит

RRUFF Project / University of Arizona

Физики из Франции, Германии и Австрии под руководством Леонида Дубровинского (Университет Байройта) объяснили сосуществование в марсианских и лунных метеоритах двух кристаллических форм оксида кремния — кристобалита и сейфертита. Эти минералы возникают в принципиально разных условиях: кристобалит требует сравнительно небольших давлений, а сейфертит устойчив при давлениях свыше 0,75 миллиона атмосфер. Оказалось, что в условиях неравномерного сжатия даже при сравнительно небольших давлениях возникает похожая на сейфертит фаза. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications, кратко о нем сообщает пресс-релиз синхротронного центра DESY.

Оксид кремния (SiO2) обладает богатым набором разнообразных кристаллических форм — они обладают одинаковым составом, но совершенно разным расположением атомов в кристаллической решетке, а значит и свойствами. Наиболее известная и распространенная из них — α-кварц. При высоких температурах он переходит в тридимит и кристобалит — их плотность меньше, чем у кварца. Высокие давления способствуют переходу кварца в более плотные коэситстишовит и сейфертит. Всего известно более 50 кристаллических форм оксида кремния.

Высокотемпературный и образующихся при небольших давлениях кристобалит — довольно редкий минерал на Земле. Однако он часто встречается в метеоритах и лунных породах. Известны случаи, когда кристобалит в образцах соседствовал с сейфертитом, образующимся лишь при огромных давлениях. Объяснить такое соседство можно лишь специфическим механизмом превращения кристобалита в условиях повышенного давления. Такие попытки ранее неоднократно предпринимались, но на механизм превращения влияет много параметров: состояние исследуемого образца (порошок или монокристалл), однородность (гидростатичность) прилагаемого в эксперименте давления и другие. Полностью отследить механизм превращения кристобалита удалось лишь на порошках. 

В новой работе физики воспроизвели превращение кристобалита в сейфертит в монокристалле материала. Для этого исследователи поместили искусственные и природные монокристаллы сейфертита в алмазную наковальню. Для создания давления в ячейку наковальни накачали неон — он служил средой, равномерно сдавливавшей образцы. Содержимое наковальни изучали одновременно с помощью рамановских спектров и рентгеновского излучения синхротрона. Такой подход позволил авторам наблюдать за изменениями в кристаллической структуре вплоть до давлений в 0,82 миллиона атмосфер.

При равномерном сжатии кристобалит превращался в новую модификацию, кристобалит X-I. После снятия давления происходил обратный переход и сейфертит не образовывался. Когда исследователи сдавливали сейфертит в в условиях неравномерного давления, физики заметили более сложную цепочку фазовых переходов. Кристобалит X-I при давлениях свыше 0,3-0,4 миллиона атмосфер и комнатной температуре превращался в новую кристаллическую фазу, напоминающую сейфертит. Если учесть более высокие температуры, развивающиеся при столкновении метеоритов, то сейфертит может возникать уже при давлениях в 0,1 миллиона атмосфер.

Авторы отмечают, что такое поведение оксида кремния не позволяет использовать сейфертит и кристобалит в роли маркеров столкновений, в которых участвовал метеорит. Кроме того, это может указать материаловедам на новые способы создания материалов: не только температура и давление, как традиционно считается, определяют кристаллическую структуру будущего материала. Важную роль играет и характер воздействий.

 

Ранее ровер Curiosity обнаружил на Марсе следы высокотемпературного тридимита. Эта находка удивила ученых — в земных условиях тридимит ассоциируется с вулканической активностью. 

Владимир Королёв

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.