Падение астероидов и образование кратеров
Когда высокоскоростные астероиды сталкиваются с Землёй, они могут образовать метеоритный кратер. Такие столкновения происходили на протяжении всей истории Земли и до сих пор происходят на других планетах.
Большинство столкновений астероидов с Землёй произошло миллионы лет назад, но их остатки всё ещё сохранились на поверхности Земли. Поражённые ударом породы испытывают интенсивный нагрев и давление во время столкновения.
Древний кратер в Уэст-Клиэруотер-Лейк
Один из таких древних участков удара, известный как Уэст-Клиэруотер-Лейк, расположен в Квебеке, на Канадском щите вблизи Гудзонова залива. Этот кратер, ныне заполненный водой, был образован, когда астероид столкнулся с Землёй примерно 285 миллионов лет назад.
Циркон и его свойства
Циркон — это минерал, обычно встречающийся в различных типах горных пород на Земле и в некоторых породах на Луне и других планетах. Это невероятно прочный, встречающийся в природе минерал, который существует настолько же давно, как и сама Земля. Физическая устойчивость циркона делает его полезным инструментом для изучения естественных геологических явлений.
При нагревании циркона до достаточно высоких температур он начинает распадаться на компоненты: циркония (ZrO₂) и кремнезём (SiO₂). Циркония имеет разные формы в зависимости от температуры, называемые полиморфами — это минералы с одинаковым химическим составом, но разной кристаллической структурой, которая адаптируется к изменяющимся физическим условиям. Одна из полиморфных форм циркония — кубический цирконий, названный так из-за своей кубической структуры.
Образование кубического циркония
Обнаружение кубического циркония в природе невероятно редко из-за специфических условий, необходимых для его структурной стабильности. Кубический цирконий образуется только при экстремальных условиях, когда температуры достигают более 2370 °C. На поверхности Земли такие естественно высокие температуры известны только при образовании ударных кратеров.
В Уэст-Клиэруотер-Лейк мы обнаружили доказательства присутствия природного кубического циркония, сохранившегося в природном стекле — остатке интенсивного нагрева от древнего удара астероида. Для сравнения, действующие вулканы, такие как на Гавайях, достигают температур в диапазоне от 800 до 1200 °C.
В природе цирконий существует в нескольких формах, в зависимости от температуры и давления, которым он подвергается. Три основные полиморфные формы: моноклинная, тетрагональная и кубическая.
Как кубический цирконий оказался в этих породах?
Когда астероид столкнулся с регионом Уэст-Клиэруотер-Лейк миллионы лет назад, он создал температуры, достаточно высокие, чтобы расплавить и испарить часть поверхностной породы. Когда расплавленная порода охлаждалась и затвердевала, микроскопические кристаллы циркона, изначально присутствовавшие в материале-мишени, попали в горячий расплав и начали трансформироваться.
При температурах выше 2370 °C эти кристаллы циркона начали распадаться, и некоторые из них превратились в кубический цирконий. Это свидетельствует о наличии экстремально высоких температур, которые наша исследовательская группа обнаружила в нашем недавнем исследовании.
Это увлекательное свидетельство даёт нам представление о том, насколько горячими могут быть условия во время удара метеорита, что трудно измерить спустя миллионы лет.
Синтетический кубический цирконий
Синтетический кубический цирконий производится искусственно путём нагревания оксида циркония до высоких температур, затем охлаждения его в контролируемой среде; циркония затем образует кристаллы, которые напоминают алмазы. Синтетический кубический цирконий является популярной заменой алмазов в ювелирных изделиях, потому что его дёшево производить, но он всё равно сверкает, как бриллианты.
Синтетический кубический цирконий содержит большое количество стабилизирующих агентов, таких как элемент иттрий, которые предотвращают его нестабильность и помогают ему сохранять блеск с течением времени. Без добавок, используемых в синтетическом кубическом цирконии, природный цирконий с большей вероятностью превратится в другие формы при охлаждении. Вот почему обнаружение природного кубического циркония так редко — он существует только в местах, где температуры когда-то были невообразимо высокими.
Помимо того, что это увлекательное геологическое открытие, обнаружение доказательств присутствия кубического циркония в структуре удара даёт учёным лучшее понимание условий, созданных во время ударов астероидов. Эти древние события были не просто насильственными — они коренным образом изменили поверхность Земли способами, о которых мы всё ещё узнаём.