Метеорит сохранил модификацию углерода
Австралийские ученые исследовали образцы урейлитовых метеоритов, которые были найдены на северо-западе Африки, и в некоторых из них обнаружили крупные включения лонсдейлита — гексагонального алмаза, который ранее не встречался в природе на Земле в большом объеме. В своей работе, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи отмечают, что найденные образцы, вероятнее всего, раньше были частью мантии древней карликовой планеты.
Урейлит — редкий тип каменного метеорита, который имеет уникальный минералогический состав. По сравнению с большинством других метеоритов, урейлиты, как правило, содержат высокий процент углерода (в среднем три процента) в виде графита и наноалмазов. Ранее сообщалось о том, что в некоторых образцах урейлита может встречаться лонсдейлит, который представляет собой полиморфную модификацию углерода с гексагональной решеткой. Впервые о лонсдйлите заговорили в 1967 году после исследования метеоритов из каньона Дьябло и Гоалпара, в которых были обнаружены признаки нового полиморфа углерода. Впоследствии исследователи обнаружили доказательства существования этой структуры в продуктах опытов, в ходе которых графит подвергался статическому или ударному сжатию.
Однако существование лонсдейлита в Земных условиях неоднократно подвергалось сомнению, поскольку ученые не могли найти образцы с достаточно крупными зернами, которые можно было бы однозначно идентифицировать. В некоторых исследованиях выдвигались предположения, что лонсдейлит не существует в природе и, вероятнее всего, представляет собой кубический алмаз, в котором преобладают дефекты двойникования и упаковки, которые и дают дифракционные признаки лонсдейлита. Также ученые не могли точно понять, каким образом в урейлитах образовались и сохранились различные фазы углерода.
Группа австралийских ученых под руководством Эндрю Томкинса (Andrew G. Tomkins) из Университет Монаша исследовала 18 образцов урейлитовых метеоритов, которые были найдены на северо-западе Африки, при помощи электронно-зондового микроанализа (РСМА) в сочетании с просвечивающей электронной микроскопией (ПЭМ) и синхротронной рентгеновской дифракцией. Они обнаружили крупные включения гексагонального алмаза в четырех метеоритах, причем некоторые включения имеют размер до микрометра, что примерно в 1000 раз больше, чем в предыдущих открытиях. Исследователи предполагают, что кристаллы полиморфа алмаза образовались внутри карликовой планеты в результате реакции между графитом, который состоит из атомов углерода, расположенных слоями, и сверхкритической жидкостью из водорода, метана, кислорода и серы, которая, вероятно, образовалась после разрушения планеты из-за столкновения с крупным небесным телом.
Процесс образования кристаллов в метеорите похож на промышленное химическое осаждение из газовой фазы (CVD) при умеренных и низких давлениях, такой вывод может открыть путь к производству формованного лонсдейлита для промышленного применения в будущем.
От редактора
В изначальном тексте заметки мы указали, что лонсдейлит может быть тверже обычного алмаза приблизительно на 60 процентов. Однако статья, в которой содержалась эта информация, была отозвана. Теории о сверхтвердости лонсдейлита так и не нашли подтверждения. Редакция приносит извинения за допущенную неточность.
Метеориты нередко становятся предметом пристального исследования ученых, поскольку они могут многое сказать не только о происхождении планет и других объектов космоса, но и о Земле. Недавно ученые выяснили, что углистые хондриты могли доставить на Землю до трети общего количества цинка. Они так же могли быть источником других элементов помимо цинка — ртути, селена, благородных газов.
Для этого понадобилось пять разных сыпучих материалов
Американские и канадские физики экспериментально исследовали влияние формы гранул на скорость их перемещения по дну желоба. Они построили феноменологическую модель, учитывающую сопротивление и трение, и проверили ее на пяти различных сыпучих материалах из диоксида кремния. Проделанная работа позволит лучше прогнозировать изменение рельефа и изучать другие планеты. Исследование опубликовано в Nature. Наносами или седиментами называют твердый сыпучий материал, например, песок или землю, частицы которого перемещаются под водой или на воздухе под действием соответствующих потоков. Движение гранул — это физический процесс, который играет важную роль в образовании и изменении различных форм рельефа: холмов, русел рек, побережий и многого другого. Понимание того, как это происходит на Земле, способно улучшить наше представление о климате прошлого и настоящего на других планетах, а также помочь с поиском пригодных для жизни условий. Отсутствие хороших физических моделей движения наносов вызвано сложностью процесса переноса частиц в условиях турбулентности. Гранулы могут перекатываться, подпрыгивать или скользить по поверхности почвы, а также подхватываться толкающими их потоками. И если влияние размера и плотности седиментов изучено относительно хорошо, то влияние их формы редко поддается количественной оценке, несмотря на общее понимание важности этого фактора. Так, физики знают, что чем менее сферичны частицы, тем чаще они скользят, нежели катятся, увеличивая таким образом трение. С другой стороны, гранулы неправильной формы в потоке обычно стремятся переориентироваться так, чтобы их наибольшая площадь поперечного сечения оставалась перпендикулярной потоку. Это, в свою очередь, увеличивает парусность и ускоряет перемещение. Разобраться с конкуренцией этих двух факторов и количественно описать влияние формы на движение наносов решила группа исследователей из Канады и США во главе с Эриком Дилом (Eric Deal) из Массачусетского технологического института. Общепринятая модель перемещения наносов опирается на соотношение между безразмерным объемным потоком и числом (или параметром) Шилдса. Физический смысл последнего — это сдвиговое механическое напряжение, приведенное к характеристикам потока и частиц. Движение наноса начинается только тогда, когда параметр Шилдса превышает некоторое пороговое значение, а объемный поток описывается их разницей в степени 3/2. Новизна работы авторов в том, что они переопределили параметр Шилдса для асферических частиц с помощью дополнительного множителя. Этот множитель представляет собой отношение безразмерных коэффициентов лобового сопротивления и трения, оба из которых приведены к сферическому случаю. Новая теория предсказывает, как пороговое значение для параметра Шилдса и коэффициент пропорциональности будут масштабироваться по мере изменения этих двух факторов. Для проверки предсказаний ученые подготовили пять гранулированных материалов из диоксида кремния (стекла): гладкие сферы, ограненные эллипсоиды, плоские обтесанные камешки, природный песок и прямоугольные призмы. Для каждого из них авторы измерили коэффициенты сопротивления и трения. Для первого они исследовали скорость осаждения, для второго — угол естественного откоса. Дальше физики проводили эксперименты в узком наклонном желобе. Они подавали на вход каждый материал вместе с потоком воды и дожидались установления равновесного перемещения, когда отток наносов соответствовал их притоку, после чего снимали процесс на высокоскоростную камеру. На основании видеозаписей ученые строили зависимости объемного потока частиц от параметра Шилдса и проверяли предсказания. Оказалось, что теория прекрасно описывает эксперимент. Зависимость порогового параметра и коэффициента пропорциональности от приведенных коэффициентов сопротивления и трения оказалась ровно такой, как это следует из новой модели. После переопределения соответствующих параметров Шилдса зависимости для всех пяти материалов легли на одну теоретическую кривую. Одним из самых заметных результатов движения наносов можно назвать образование и перемещение песчаных дюн. Ранее мы рассказывали, как физики экспериментально исследовали их переползание и взаимодействие под водой.
