穿越大氣層而來的隕石，猛烈撞擊地表產生了奇特的物質

2020-09-05 科學大觀園雜誌


石英。

當隕石穿過地球大氣層，猛烈撞擊地表時，會如何改變著陸點的礦物？這種極端撞擊事件涉及的短暫化學過程，能否讓科學家們了解行星深處、高溫高壓條件下的礦物信息？

《科學進展》雜誌8月26日發文稱，美國卡耐基科學研究所（CIS）、普林斯頓大學和華盛頓州立大學等，分析了劇烈衝擊壓縮條件下，矽礦物石英的晶體結構。

項目負責人、CIS研究人員Sally June Tracy解釋說：「石英是地殼中含量最豐富的礦物質之一。在實驗室裡，我們模擬了隕石撞擊過程，希望有新的發現。」

石英是一種由矽元素和氧元素組成的四面體晶體。分析石英在高溫高壓條件下的結構變化，有助於研究人員揭示地球的地質歷史細節。

當一種材料受到極端壓力、溫度作用時，內部的原子結構會產生改變，導致性質發生變化。例如，石墨和金剛石由碳製成，然而，低壓條件下形成的石墨柔軟、非透明，而在高壓條件下形成的鑽石則硬度極高，並且是透明的。

碳原子的排列情況決定了石墨、鑽石的結構和性質。反過來，這又會影響它們的應用。

儘管矽礦物的研究已有很長歷史，但科學家們對撞擊事件（或者Tracy等設置的動態壓縮條件）中，二氧化矽的結構形式仍有爭議。

一部分人認為，在衝擊載荷作用下，二氧化矽通常會轉變為緻密晶體——超石英，這是一種可能存在於地球深部的礦物。另一些人則認為，由於衝擊時間較短，二氧化矽將變成緻密的玻璃狀結構。

Tracy等使用一種類加農炮氣槍，將彈丸以極快的速度射入石英樣品中，並用一種特殊的X射線儀記錄了撞擊後、不到百萬分之一秒內形成的物質的晶體結構。

他們發現，當石英受到超過30萬倍大氣壓的動態衝擊時，會進入一種新的無序晶體相，這是一種介於完全結晶的超石英和完全無序的玻璃體之間的過渡相。一旦強烈壓力消退，過渡結構就不復存在了。

Tracy總結說：「動態壓縮試驗有望平息這個長期爭論。更重要的是，撞擊事件為理解行星形成、演化提供了重要參考，持續研究可以揭示這些過程中的新信息。」

原創編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責編：Max

期刊來源：《科學進展》

期刊編號：2375-2548

原文連結：https://www.sciencedaily.com/releases/2020/08/200826151306.htm

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