隕石撞擊可能會產生意想不到的二氧化矽晶體結構

一項由卡內基科學研究所（Carnegie Institution for Science）莎莉·J·特雷西（Sally J. Tracy）博士領導的新研究，檢視了衝擊壓縮下二氧化矽礦物的石英晶體結構，並對這種普遍存在的礦物先前的假設提出了挑戰。

石英是地殼中含量最高的礦物之一，存在於多種不同的岩石中，特雷西博士解釋說，在實驗室中，我們可以模擬隕石的撞擊並觀察會發生什麼。

研究人員使用一種類似炮彈的空氣槍，以極高的速度將彈丸撞擊石英樣品（比從步槍射出的子彈還要快好幾倍）。接下來利用特殊的X射線儀器來辨別在撞擊後不到百萬分之一秒內形成的物質的晶體結構。

石英是由一個矽原子和兩個氧原子組成的四面體晶格結構。因為這些元素在地球富含矽酸鹽的地函中也很常見，藉由在實驗室發現石英在高壓和高溫條件下所經歷的變化，如同在地球內部發現的那樣，也可以揭示地球地質歷史的細節
。
儘管經過幾十年的研究，科學界對二氧化矽在撞擊事件中，或者在動態壓縮（Dynamic Compression）條件下，二氧化矽會以何種形式存在，這一爭論由來已久。在衝擊作用下，二氧化矽通常認為會轉變為一種緻密的晶體形式，稱為斯石英（Stishovite），一種被認為存在於地球深部的礦物結晶構造。另一些人則認為，由於衝擊波的時間尺度較短，應會形成一種緻密的玻璃狀結構。

然而特雷西博士的研究團隊證明與預期相反，當受到大於三十萬倍大氣壓的衝擊時，石英經歷了一個新的無序晶相的轉變，其結構介於結晶狀的斯石英和完全無序的玻璃之間。然而，一旦巨大的壓力消退，新的結構就無法維持下去。

實驗結果使我們得以解決這一長期爭論，特雷西博士總結說，此外，撞擊事件是瞭解行星形成和演化的重要部分，持續的研究可以揭開有關這些過程的新資訊。

【圖：卡內基科學研究所；文：節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在2020年8月26日出版的《科學進展》期刊