انجمن علمى بلور

تحولات فازی تحت فشار و دمای بالا و شناسایی فازهای تشکیل‌شده در شهاب‌سنگ‌ها و اعماق زمین

داستان منظومه‌ی شمسی ما و هر آنچه در آن است از حدود 4.5 میلیارد سال پیش و با تشکیل خورشید آغاز می‌شود. تشکیل ستاره با رمبش گرانشی دیسکی از گاز و غبار در دور ستاره ایجاد می‌کند. در دوره‌ی حدود صد میلیون سال پس از آن، این گرد و غبار طی فرآیندهایی تبدیل به ریگ و سنگریزه، سپس خرده سیارات، پیش سیارات و سرانجام سیاراتی نظیر کره‌ی زمین می‌شوند. در این ارائه ما به دو قسمت از این دوره خواهیم پرداخت. ابتدا شهاب سنگی را بررسی خواهیم کرد که جسم مادر آن خرده سیاره‌ای بوده است که در ده میلیون سال اول پس از تشکیل منظومه‌ی شمسی، تشکیل و نابود شده است. سپس به ساخت و مطالعه نمونه‌های آزمایشگاهی خواهیم پرداخت که شرایط فشار، دما و شیمیایی مشابه اعماق زمین را پس از تشکیل آن بازسازی می‌کنند. در قلب هر دوی این مطالعات یک تحول فازی وجود دارد که ما با استفاده از ابزارهای نوین میکروسوپی و طیف‌سنجی الکترونی به کاوش و بررسی آن می‌پردازیم.
یورلیت ها دسته‌ای از شهاب سنگه‌های آذرین اکندریتی هستند که به دلیل محتوای بالای کربن بسیار بارز و مورد توجه می‌باشند. کربن در این شهاب سنگ‌ها به صورت توده‌هایی از گرافیت و الماس در مرز بین دانه‌های الیوین و پیروکسین یافت می‌شود. منشا الماس‌های موجود در یورلیت‌ها دهه‌ها مورد بحث محققین بوده است. گرچه نظریه‌ی غالب مبنی بر تبدیل مستقیم گرافیت به الماس در طی ضربه‌ی شوکی است که باعث نابودی جسم مادر یورلیت‌ها شد، با این وجود تشکیل الماس توسط لایه نشانی بخار شیمیایی و یا تحت فشار بالای استاتیکی به عنوان نظریه‌های جایگزین مطرح شده‌ اند. مطالعات میکروسکوپی ما نشان داد که این الماس‌ها دارای آخال‌ها و عیوب کریستالی فراوانی هستند که سرنخ‌هایی از منشا و شرایط تشکیل الماس‌ها در خود دارند. شناسایی و بررسی این عیوب نشان می‌دهد که الماس‌ها احتمالا در شرایط فشار بالای استاتیکی و از مذاب آهن-کربن-گوگرد تشکیل شده‌ اند. ایجاد چنین فشاری به جسم مادری در اندازه‌های کره‌ی ماه و یا بزرگتر نیاز دارد.
در بخش دوم ابتدا سلول سندان الماسی را معرفی خواهیم کرد، تنها ابزاری که ایجاد فشارهای استاتیکی مشابه گوشته‌ی درونی زمین و حتی بسیار بالاتر از آن را در شرایط آزمایشگاهی امکان پذیر می‌سازد. با استفاده از این ابزار و گرمایش لیزری، ما توانستیم آزمایش های تبلور جزئی را در فشار 52 تا 129 گیگاپاسکال به انجام برسانیم که معادل فشار گوشته‌ی درونی زمین تا مرز گوشته و هسته می‌باشد. سپس با استفاده از باریکه یونی متمرکز و طیف‌سنجی پراش انرژی پرتو ایکس توزیع شیمیایی سه‌بعدی نمونه‌ها بازسازی شد. همچنین ترکیب مذاب کوتکتیک و فازهای جامد تعادلی و تحول روابط بین‌فازی در طی انجماد تعیین گردید. نتایج ما نشان می‌دهد که فاز سیلیکاتی بریدجمنایت که حاوی کلسیم و کم آهن است اولین فازیست که از اقیانوس ماگمای پیرولیتی متبلور می‌شود. فاز مذاب به جا مانده غنی از آهن و چگال‌تر از فازهای جامد است که نظریه ایجاد اقیانوس ماگمای زیرین و تاخیر در انجماد لایه های درونی گوشته زمین پس از ضربه‌ی ماه-ساز را تقویت می‌کند.