U retkom crvenom uzorku trinitita iz prvog američkog nuklearnog testa (Trinity, 1945) pronađen je dosad neviđen klatratni kristal u kome silicijum formira 12- i 14-strane kaveze koji zarobljavaju bakar i kalcijum. Nalaz je opisan u PNAS-u 11. maja i ukazuje da su pri eksploziji vladali ekstremni uslovi (~1.500 °C, ~8 GPa) koji favorizuju stvaranje neobičnih mineralnih faza. Istraživanje takođe pokazuje da je malo verovatno da je ovaj klatrat preteča ranije opisanog silicijum-bogatog kvazikristala, ali širi naše razumevanje materije pod ekstremnim pritiscima i temperaturama.
Otkriven Jedinstveni Klatratni Kristal U Trinititu Nastalom Pri Trinity Testu (1945)
A photograph of the Trinity atomic bomb test on July 16, 1945. | Credit: Photograph on display in the Bradbury Science museum, photo copied by Joe Raedle
Na mračnom jutru u julu 1945. američka vojska i naučnici detonirali su prvu nuklearnu bombu na svetu na lokaciji Trinity u Novom Meksiku. Eksplozija je oslobodila energiju ekvivalentnu oko 25.000 tona TNT-a, isparila konstrukciju sa koje je bomba spuštana i pretvorila pesak u staklo unutar prečnika od približno 300 metara — staklo koje su naučnici kasnije nazvali trinitit.
Više od osam decenija nakon testa, tim istraživača pronašao je u retkom, intenzivno crvenom uzorku trinitita — poznatom kao "oxblood" — potpuno novu mineralnu strukturu: klatratni kristal koji do sada nije zabeležen u prirodi. Rad je objavljen 11. maja u časopisu PNAS.
Kako je otkriće nastalo
Istraživanje je pokrenuto nakon ranijeg otkrića neobičnog kvazikristala u crvenom trinititu. Za razliku od većine kvazikristala koji su uglavnom aluminijumski, pomenuti primerak bio je bogat silicijumom, što je navelo naučnike da dublje istraže mineralnu raznolikost u Trinity staklu.
Luca Bindi, mineralog sa Univerziteta u Firenci i prvi autor studije, i saradnici ispitivali su "oxblood" uzorak pomoću elektronskog mikroprobiranja i rendgenske difrakcije. Intenzivnu karminsku boju dao je rastopljeni metal iz tornja i okolne opreme: metalne kapi su se zadržale u rastopljenom silicijumskom staklu i obojile ga.
Šta su pronašli?
U uzorku su identifikovali klatrat — kristalnu strukturu u kojoj jedan element gradi "kavez" koji zarobljava druge atome. U ovom slučaju atomi silicijuma formiraju međusobno povezane rešetke sa 12- i 14-stranim jedinicama koje u svojim šupljinama drže atome bakra i kalcijuma. Takva neorganska klatratna struktura je izuzetno retka.
Tokom Trinity eksplozije temperature su premašile oko 1.500 °C (≈2.700 °F), a pritisci su kratko dostizali približno 8 gigapaskala (GPa) — vrednosti uporedive sa pritiscima duboko ispod Zemljine kore. Ti ekstremni uslovi omogućili su atomima da uspostave konfiguracije koje se u uobičajenim uslovima ne formiraju.
Luca Bindi: "Ekstremni događaji poput nuklearnih eksplozija, munja ili udara mogu proizvesti nove mineralne faze koje proširuju naše razumevanje organizacije materije pod ekstremnim uslovima."
Šta insinuira ovo otkriće?
Tim je, pored otkrića klatrata, ispitao i mogućnost da je ovaj klatrat prethodio ranije opisanom silicijum-bogatom kvazikristalu iz trinitita. Matematička analiza pokazala je da je takva veza malo verovatna. Ipak, otkriće proširuje znanje o gornjim granicama mineralne formacije — procesima koji se dešavaju pod ekstremnim pritiscima i temperaturama koje je teško reproducirati u laboratoriji.
Ovo otkriće nije samo kuriozitet iz istorije nuklearnog testiranja: ono je važan doprinos mineralogiji i materijalnim naukama, jer pokazuje kako kratkotrajni ekstremni događaji mogu stvoriti do sada nepoznate strukture materije.
Pomozite nam da budemo bolji.
