Udar groma u pješčanu dinu u američkoj saveznoj državi Nebraski ostavio je za sobom konfiguraciju kristala kakva se rijetko nalazi u prirodi. Riječ je o komadu fulgurita, ili takozvane 'fosilizirane munje', koji nastaje snažnim udarom električne energije koja putuje pijeskom i spaja ga. Raspored materije unutar kvazikristala u fulguritu znanstvenici su prethodno smatrali nemogućim.
Otkriće zapravo sugerira da postoje dosad nepoznati načini formiranja kvazikristala, što otvara i nove načine za njihovu sintezu u laboratoriju.
Trenutno istraživanje osmišljeno je kako bi se istražio drugačiji mogući mehanizam nadahnut prirodom za generiranje kvazikristala: električno pražnjenje. Otkriće kvazikristala u fulguritu s rijetko uočenom 12-strukom simetrijom i sastavom koji dosad nije bio prijavljen ukazuje na to da bi ovaj pristup također mogao biti obećavajući u laboratoriju, pišu autori studije predvođeni geologom Lucom Bindijem sa Sveučilišta Firenca u Italiji.
Većina kristala u prirodi slijedi isti obrazac
Većina krutih kristala u prirodi, od jednostavne kuhinjske soli do najtvrđih dijamanata, zapravo slijedi isti obrazac. Taj obrazac kaže da su njihovi atomi raspoređeni u rešetkastu strukturu koja se ponavlja u trodimenzionalnom prostoru. Čvrste tvari koje nemaju te ponavljajuće atomske strukture, poput stakla, općenito su zbrka atoma spojenih bez pravilnosti ili razloga. Kvazikristali krše to pravilo, a njihovi su atomi raspoređeni po uzorku koji se ne ponavlja.
Koncept o kvazikristalima se isprva smatrao nemogućim, barem kad se ideja o njima pojavila u 80-im godinama prošlog stoljeća. Vjerovalo se da čvrste tvari mogu biti kristalne ili amorfne. Znanstvenici su kvazikristale međutim pronašli, kako u laboratorijskom okruženju, tako i u prirodi, duboko unutar meteorita.
Uvjeti formiranja kvazikristala
Znanstvenici su zatim utvrdili da se kvazikristali u prirodi mogu formirati samo u ekstremnim uvjetima, s nevjerojatno visokim udarom, temperaturom i tlakom. Hiperbrzinski udar meteorita jedno je takvo okruženje; zapravo, dugo vremena to je bilo jedino okruženje u kojem su se nalazili u prirodi, pa se smatralo da je to vjerojatno jedino mjesto na kojem su se mogle pojaviti.
Fizičari su međutim kvazikristale pronašli i nakon testiranja nuklearne bombe 1945. godine, a to je zapravo neprirodno otkriće sugeriralo da možda postoje druge postavke u kojima kvazikristali mogao formirati.
Munja je jedna od najmoćnijih sila u prirodi, udara ekstremnom brzinom i može zagrijati zrak kroz koji prolazi do 5 puta veće temperature od površine Sunca. Kad udari u tlo na pravom mjestu i s dovoljnom snagom, može otopiti pijesak, ostavljajući iza sebe fulgurit, odnosno 'fosil' puta kojim je prošla kroz tlo.
Udar groma zadovoljava sve uvjete
Tako se svi sastojci za stvaranje kvazikristala stvaraju tijekom udara munje - šok, temperatura i pritisak. Bindi jee stoga zajedno s kolegama krenuo u istraživanje fulgurita, kako bi otkrili kvazikristale. Dobili su uzorak fulgurita iz regije Sandhills u Nebraski, izvađen s mjesta u blizini srušenog dalekovoda, i podvrgli ga skenirajućoj elektronskoj mikroskopiji i transmisijskoj elektronskoj mikroskopiji, kako bi odredili njegov kemijski sastav i kristalnu strukturu.
Uzorak se sastojao od stopljenog pijeska i tragova otopljenog metala vodiča s dalekovoda. Unutar njega, istraživači su pronašli dodekaedarski (dvanaesterostrani) kvazikristal prethodno neprijavljenog sastava Mn72.3Si15.6Cr9.7Al1.8Ni0.6. Atomi u ovom kvazikristalu formirali su uzorak s 12-strukom simetrijom, raspoređen u kvazikristalnom poretku koji je nemoguć u normalnim kristalima.
Nove mogućnosti za laboratorijsku sintezu
Ipak nije utvrđeno jesu li munje ili dalekovod odgovorni za elektricitet koji je stvorio fulgurit, ali na temelju analize Bindijevog tima, utvrđeno je da je pijesak morao biti zagrijan na najmanje 1710 stupnjeva Celzija, da bi nastao fulgurit. I tako su znanstvenici dobili zapravo naznake kako bi mogli stvoriti kvazikristale i u laboratoriju. Udar groma u tom smislu nudi nove mogućnosti.
Otkriće dodekagonalnog kvazikristala formiranog udarom groma ili srušenim dalekovodom sugerira da bi eksperimenti s električnim pražnjenjem mogli biti još jedan pristup koji treba dodati našem arsenalu metoda sinteze, pišu u svom radu.
Isto tako otkriće ukazuje na puteve stvaranja kvazikristala, kako na Zemlji, tako i izvan nje.
Predstavljeni rezultati, zajedno s obiljem elemenata u tragovima izmjerenim u prirodnim kvazikristalima, otvaraju mogućnost da je električno pražnjenje u ranoj solarnoj maglici igralo ključnu ulogu koja također potiče i stvaranje kvazikristala, ističu na kraju autori studije, koja je objavljena u znanstvenom časopisu PNAS.
Izvor: Science Alert
