Une équipe de recherche américano-allemande a simulé les impacts de météorites en laboratoire et a suivi les changements structurels résultants de deux minéraux de feldspath avec des rayons X au fur et à mesure qu'ils se produisaient. Les résultats des expériences à DESY et à l'Argonne National Laboratory aux États-Unis montrent que des changements structurels peuvent se produire à des pressions très différentes, en fonction du taux de compression. Les résultats, publié dans le numéro du 1er février de la revue scientifique Lettres des sciences de la Terre et des planètes (publié en ligne à l'avance), aidera d'autres scientifiques à reconstruire les conditions menant aux cratères d'impact sur la Terre et d'autres planètes telluriques.

Les impacts de météorites jouent un rôle important dans la formation et l'évolution de la Terre et d'autres corps planétaires de notre système solaire. Mais les conditions d'impact, y compris la taille de l'impacteur, la vitesse et les pics de pression et de température, sont généralement déterminés longtemps après que l'impact s'est produit en étudiant les changements permanents dans les minéraux formant la roche dans le cratère d'impact. Pour reconstruire les conditions d'impact à partir des enregistrements rocheux dans un cratère d'impact des centaines à des millions d'années après l'événement, les scientifiques doivent réconcilier les observations sur le terrain avec les résultats d'expériences en laboratoire.

Au cours des dernières décennies, les scientifiques ont développé un système de classification qui lie les conditions d'impact aux changements induits par la pression et la température dans les minéraux formant les roches que l'on peut trouver dans les roches typiques des cratères d'impact. Les minéraux du groupe des feldspaths albite (NaAlSi 3 O 8 ), anorthite (CaAl 2 Si 2 O 8 ) et leur mélange plagioclase (NaxCa 1 fois Al 2-x Si 2+x O 8 ) sont très abondants dans les croûtes planétaires. Par conséquent, les changements de ces minéraux en fonction de la pression et de la température sont largement utilisés comme indicateurs d'impacts très importants. De tels changements incluent des transformations structurelles ou une amorphisation, la perte de la structure cristalline ordonnée.

Cependant, pour les minéraux du groupe des feldspaths, les valeurs rapportées pour les conditions de pression de la transition d'amorphisation diffèrent considérablement si des techniques de compression statiques ou dynamiques sont utilisées. "Ces différences indiquent de grandes lacunes dans notre compréhension des processus induits par le taux de compression dans les minéraux, " dit Lars Ehm de Stony Brook University et Brookhaven National Laboratory, l'investigateur principal du projet. Cela a des implications de grande envergure pour l'interprétation des événements d'impact naturel sur la base de l'enregistrement de la roche en ce qui concerne la vitesse, taille et autres propriétés de la météorite.

La structure interne des minéraux et d'autres échantillons peut être étudiée avec des rayons X diffractés par le réseau cristallin d'un matériau. A partir du diagramme de diffraction caractéristique, la structure interne d'un échantillon peut être déterminée. Cette technique est utilisée et perfectionnée depuis plus d'un siècle. Il peut désormais également être utilisé pour suivre les processus dynamiques.

"L'émergence de nouvelles sources de rayons X très puissantes telles que PETRA III, Source de photons avancée, et le laser européen à électrons libres de rayons X, en combinaison avec les récents progrès quantiques de la technologie des détecteurs de rayons X, nous fournissent désormais les outils expérimentaux pour étudier la réponse des matériaux afin de mesurer la structure atomique dans des conditions de compression rapide, " dit Hanns-Peter Liermann, responsable de la ligne Conditions Extrêmes P02.2 à la source de rayons X PETRA III de DESY, où certaines expériences ont été menées.

"Dans notre expérience, nous avons utilisé des cellules à enclume en diamant contrôlées par gaz ou par actionneur pour compresser rapidement nos échantillons tout en collectant en continu des diagrammes de diffraction des rayons X, " explique Melissa Sims, auteur principal de l'étude. "Cela nous permet de surveiller les changements de la structure atomique pendant le cycle complet de compression et de décompression, et pas seulement au début et à la fin de l'expérience comme dans les précédentes expériences dites de récupération."

L'équipe de recherche a pu observer l'amorphisation de l'albite et de l'anorthite à différents taux de compression dans l'expérience. Ils ont comprimé les minéraux à une pression de 80 gigapascals, correspondant à 80, 000 fois la pression atmosphérique. Dans les expériences, des taux de compression de 0,1 gigapascals par seconde (GPa/s) à 81 GPa/s ont été utilisés. "Les résultats montrent que selon le taux de compression, les minéraux subissent la transition d'amorphisation à des pressions très différentes, " Ehm dit. " L'augmentation du taux de compression conduit à un abaissement de la pression d'amorphisation observée. " Par exemple, au taux de compression le plus bas de 0,1 GPa/s, l'albite est devenue complètement amorphe à une pression de 31,5 gigapascals, alors qu'au taux le plus élevé de 81 GPa/s, cela se produisait déjà à 16,5 gigapascals.

"Pour ces raisons, l'amorphisation dans les minéraux de plagioclase n'est pas susceptible d'être une norme sans ambiguïté pour suggérer des pressions de pointe et des conditions de température spécifiques lors de l'impact de la météorite, " dit Ehm. Des investigations supplémentaires sont nécessaires pour bien comprendre le comportement de ces minéraux et pour évaluer si les conditions d'impact peuvent être évaluées par rapport à la structure des minéraux de la roche.