“Prendre les empreintes digitales des minéraux pour mieux comprendre comment ils sont affectés par les collisions de météorites.
Des chercheurs ont imité ces impacts extrêmes en laboratoire et ont découvert de nouveaux détails sur la façon dont ils transforment les minéraux de la croûte terrestre.
Lorsqu’une roche spatiale survit au passage turbulent à travers l’atmosphère terrestre et frappe la surface, elle génère des ondes de choc qui peuvent comprimer et transformer les minéraux de la croûte de la planète. Comme ces changements dépendent de la pression produite lors de l’impact, les experts peuvent utiliser les caractéristiques des minéraux de la Terre pour connaître l’histoire de la vie de la météorite, depuis le moment de la collision jusqu’aux conditions d’origine des corps célestes.
“Si vous comparez un minéral ordinaire à un minéral ayant subi un impact météoritique, vous trouverez des caractéristiques uniques dans le minéral choqué”, explique Arianna Gleason, scientifique au SLAC National Accelerator Laboratory du ministère de l’énergie. “À l’extérieur, ils conservent une partie de leur forme cristalline d’origine, mais à l’intérieur, ils deviennent désordonnés et pleins de belles formations linéaires imbriquées appelées lamelles.”
Le plagioclase, le minéral le plus abondant de la croûte terrestre, est l’un des minéraux les plus utilisés pour brosser un tableau plus complet des impacts météoritiques. Cependant, la pression à laquelle ce minéral perd sa forme cristalline et devient désordonné – et la manière dont ce processus, appelé amorphisation, se déroule – fait l’objet d’un débat permanent.
Dans une nouvelle expérience, les chercheurs du SLAC ont imité des impacts météoritiques en laboratoire pour explorer comment le plagioclase se transforme pendant la compression par choc. Ils ont découvert que l’amorphisation commence à des pressions beaucoup plus faibles que ce que l’on supposait auparavant. Ils ont également découvert que, lorsqu’il est relâché, le matériau se recristallise partiellement pour reprendre sa forme initiale, démontrant ainsi un effet de mémoire qui pourrait être exploité pour des applications en science des matériaux. Leurs résultats, publiés aujourd’hui dans Meteoritics and Planetary Sciencepourraient conduire à des modèles plus précis permettant d’en savoir plus sur les impacts météoritiques, notamment sur la vitesse de déplacement des météores et la pression qu’ils produisent lors de la collision.
“Le développement de nouveaux outils et de nouvelles techniques nous permet de recréer ces impacts en laboratoire pour obtenir de nouvelles informations et voir ce qui se passe de manière encore plus détaillée”, explique Roberto Alonso-Mori, scientifique au SLAC, qui a codirigé la recherche. “Cela met vraiment l’astronomie et la science planétaire au bout de nos doigts”.
Les empreintes digitales des minéraux
À l’aide de l’instrument MEC (Matter in Extreme Conditions) du laser à rayons X LCLS (Linac Coherent Light Source) de SLAC, les chercheurs ont frappé un échantillon de plagioclase avec un laser optique de haute puissance pour envoyer une onde de choc à travers celui-ci. Pendant que l’onde de choc se propageait dans l’échantillon, les chercheurs ont frappé l’échantillon avec des impulsions laser à rayons X ultrarapides du LCLS à différents moments. Certains de ces rayons X ont ensuite été diffusés dans un détecteur et ont formé des motifs de diffraction.
“Tout comme chaque personne a son propre jeu d’empreintes digitales, la structure atomique de chaque minéral est unique”, explique Gleason. “Les motifs de diffraction révèlent cette empreinte digitale, ce qui nous permet de suivre comment les atomes de l’échantillon se sont réarrangés en réponse à la pression créée par l’onde de choc.”
Les chercheurs ont également pu régler le laser optique à différentes énergies pour voir comment le motif de diffraction changeait à différentes pressions.
“Notre expérience nous a permis d’observer l’amorphisation telle qu’elle se produit réellement”, explique Alonso-Mori. “Nous avons découvert qu’elle commence en fait à une pression plus faible que nous le pensions. Nous avons également constaté que les “empreintes digitales” de départ et d’arrivée étaient très similaires, ce qui nous donne la preuve d’un effet de mémoire dans le matériau. Cela change notre façon de penser les différentes étapes de choc de ces processus et nous aidera à affiner les modèles que nous utilisons pour comprendre ces impacts.”
La beauté de la destruction
Dans des expériences de suivi, les chercheurs prévoient de capturer et d’analyser des informations sur les débris projetés lors de l’impact. Cela leur permettrait d’obtenir une image plus complète de l’impact et de faire des comparaisons côte à côte avec ce que les experts pourraient trouver sur le terrain pour améliorer encore les modèles de collisions météoritiques. Ils prévoient également d’explorer d’autres minéraux et d’utiliser des lasers plus puissants et de plus grands volumes de matière, ce qui pourrait permettre de mieux comprendre les processus à plus grande échelle tels que la formation des planètes.
Mme Gleason ajoute qu’elle est enthousiasmée par la lumière que cette recherche pourrait apporter sur les minéraux que l’on trouve non seulement sur Terre mais aussi sur d’autres planètes et corps extraterrestres. De plus amples informations surLa façon dont ces minéraux sont affectés par des impacts extrêmes pourrait permettre de découvrir de nouvelles informations sur les phénomènes astrophysiques.
“Je me souviens avoir suivi des cours de minéralogie et de pétrologie en tant qu’étudiante de premier cycle et avoir regardé ces minéraux au microscope. En changeant l’éclairage, nous avons illuminé tous ces beaux détails”, dit-elle. “Et maintenant, nous sommes en mesure de comprendre, au niveau atomique, comment certaines de ces structures complexes et magnifiques se forment, et en fait, elles sont corrélées à ce processus extrême, qui brise la terre. C’est fascinant que quelque chose d’aussi destructeur puisse générer quelque chose d’aussi délicat et beau.”
Référence : “Ultrafast structural response of shock-compressed plagioclase” par Arianna E. Gleason, Sulgiye Park, Dylan R. Rittman, Alessandra Ravasio, Falko Langenhorst, Riccardo M. Bolis, Eduardo Granados, Sovanndara Hok, Thomas Kroll, Marcin Sikorski, Tsu-Chien Weng, Hae Ja Lee, Bob Nagler, Thomas Sisson, Zhou Xing, Diling Zhu, Gabriele Giuli, Wendy L. Mao, Siegfried H. Glenzer, Dimosthenis Sokaras et Roberto Alonso-Mori, 16 février 2022, Météoritique et science planétaire.
DOI : 10.1111/maps.13785
Le LCLS est une installation d’utilisateur du DOE Office of Science. Cette recherche a été soutenue par l’Office of Science.
