Древний метеорит и высокоэнергетические рентгеновские лучи помогли исследователям закончить продолжавшийся полвека квест, целью которого было найти, идентифицировать и изучить минерал, составляющий 38% Земли.
Изображение бриджменит-акимотоитового агрегата,
полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа
(Рисунок из Science, 2014; 346 (6213): 1100)
Для решения такой простой и в то же время сложной задачи исследователи из группы Оливера Чаунера (Oliver Tschauner), специалиста по Минералогии из Университета Лас Вегаса, прояснили дефиницию наиболее распространенного в Земле минерала и определили условия его формирования. Это отличающаяся высокой плотностью форма силиката железа-магния, теперь получившая название «бриджменит» (bridgmanite).
Новый-старый минерал был назван в честь Нобелевского лауреата по физике 1946 года и пионера в области химии и физики сверхвысоких давлений Перси Бриджмена (Percy Bridgman). То, что минерал получил название, не означает заполнение малозначащей лакуны минералогической номенклатуры, это обстоятельство говорит также и о том, что мы стали лучше понимать химизм процессов, протекающих в глубинах Земли.
Для определения того, из чего состоят внутренние слои Земли, исследователям необходимо изучать вещества при экстремально высоких значениях температуры и давления. Десятилетиями предполагалось, что 38% объема Земли приходится на плотный перовскит, и что именно его химические и физические свойства определяют особенности переноса элементов и энергии в мантии нашей планеты. Но так как этот минерал не переживал подъем на поверхность Земли, то никому еще не удавалось изучить его строение и доказать его существование, а именно эти моменты являются необходимыми и достаточными условиями, которые выставляет Международная минералогическая ассоциация (ММА) для того, чтобы минерал получил название.
Ударное сжатие, являющееся причиной столкновения планетезималей во времена юности Солнечной системы, создало жесткие условия внутри Земли – примерно 2100°C и давление в 240000 атмосфер. Такое сжатие происходило достаточно быстро для того, чтобы предотвратить происходящий при низких давлениях распад бриджменита. Часть осколков от этих столкновений эпохи молодой Солнечной системы падает на Землю с метеоритным веществом, и в этих метеоритах может оказаться «замороженный» бриджменит. Прежние попытки изучать метеориты с помощью просвечивающей электронной микроскопии приводили к радиационному повреждению образцов и не позволяли изучить состав «небесных камней» в деталях.
Для решения проблемы было решено использовать новую тактику – недеструктивные микросфокусированные рентгеновские лучи, с помощью которых проводили дифракционный анализ, и детектор нового типа для быстрого считывания дифракционной картины. Такой метод позволял изучать метеориты, практически не вызывая разрушение входящих в состав метеоритов материалов. Новый метод анализа был применен к секции метеорита-хондрита Тенам (Tenham), который был обнаружен в Австралии в 1879.
Было обнаружено, что в метеорите содержатся редкие вкрапления бриджменитовых зерен, каждое из которых было меньше 1 микрометра в диаметре. Для построения полной карты строения метеорита исследователи использовали тонкую фокусировку рентгеновских лучей. В конечном итоге им удалось исследовать зерна бриджменита и провести полный анализ их состава и структуры. До этого информация о свойствах самого распространенного минерала Земли, который еще не называли бриджменитом, основывалась только на изучении синтетических образцов.
Анализ образца бриджменита преподнес свои сюрпризы – он содержал неожиданно высокое количество трехвалентного железа, гораздо большее, чем в синтетических образцах, а также отличался от них более значительным содержанием натрия. Кристаллохимическая характеристика бриджменита значительно отличается от кристаллохимии известных минералов и может помочь в экспериментальном изучении скальных пород, находящихся в глубине Земли.
По материалам sciencemag.org
Источник: chemport.ru
