Quando un meteorite irrompe nell’atmosfera e si schianta sulla Terra, il suo violento impatto può “alterare” i minerali che si trovano nel punto di atterraggio. Si tratta di un fenomeno molto interessante, che potrebbe insegnare molto agli scienziati relativamente alle fasi chimiche di breve durata create da questi eventi estremi sui minerali. Un nuovo studio, guidato da Sally June Tracy della Carnegie Mellon University, ha esaminato la struttura cristallina del quarzo minerale di silice sottoposto alla compressione per verificare il comportamento di questo materiale quando sottoposto a condizioni estreme.
La pressione e la temperatura generate dall’impatto di un meteorite inducono reazioni chimiche inedite nei materiali
“Il quarzo è uno dei minerali più abbondanti nella crosta terrestre e si trova in moltissimi tipi di roccia differenti“, ha spiegato Tracy. “In laboratorio, possiamo imitare l’impatto di un meteorite per osservare cosa succede“. Tracy e i suoi colleghi hanno usato una speciale pistola a gas per “sparare” dei proiettili in quarzo a velocità estremamente elevate. Speciali strumenti a raggi X sono poi stati usati per analizzare la struttura cristallina del materiale che si forma meno di un milionesimo di secondo dopo l’impatto. Gli esperimenti sono stati condotti presso il Dynamic Compression Sector, situato presso l’Advanced Photon Source dell’Argonne National Laboratory.
Il quarzo è costituito da un atomo di silicio e due atomi di ossigeno disposti in una struttura reticolare tetraedrica. Poichè questi elementi sono comuni anche nel mantello ricco di silicati della Terra, scoprire i cambiamenti che il quarzo subisce in condizioni di alta pressione e temperatura potrebbe anche rivelare dettagli sulla storia geologica del pianeta. Quando un materiale è sottoposto a pressione e temperatura estreme, la sua struttura atomica interna può essere rimodellata. Ad esempio, sia la grafite che il diamante sono a base di carbonio, ma la grafite, che si forma con la bassa pressione, è morbida e opaca, mentre il diamante, che si forma con l’alta pressione, è duro e trasparente. Le diverse disposizioni degli atomi di carbonio determinano quindi le loro strutture e le loro proprietà e ciò a sua volta influenza il modo in cui usiamo questi materiali.
Diverse strutture chimiche implicano diverse caratteristiche fisiche dei materiali
Nonostante decenni di ricerca, c’è stato un lungo dibattito nella comunità scientifica su quale forma assumerebbe la silice durante un evento di impatto o in condizioni di compressione dinamica come quelle indotte da Tracy e dai suoi collaboratori. Sotto carico d’urto, si presume che la silice si trasformi in una forma cristallina densa nota come “stishovite“, una struttura che si ritiene esista nelle profondità della Terra. Tracy e il suo team sono stati in grado di dimostrare che, contrariamente alle aspettative, quando sottoposto a uno shock dinamico superiore a 300.000 volte la normale pressione atmosferica, il quarzo subisce una transizione verso una nuova fase cristallina disordinata, la cui struttura è intermedia tra una stishovite completamente cristallina e un vetro.
Tuttavia, la nuova struttura non può durare una volta che l’intensa pressione è scemata. “Gli esperimenti di compressione dinamica ci hanno permesso di mettere la parola fine a questo dibattito di lunga data“, ha concluso Tracy. “Inoltre, gli eventi di impatto sono una parte importante nella comprensione della formazione e dell’evoluzione planetaria e ulteriori studi possono ancora rivelare nuove informazioni su questi interessantissimi processi“.
