Kvazikrystal z vesmíru  
Američtí vědci při analýzách jediného vzorku horniny, která obsahuje zrníčka materiálu s kvazikrystalickou strukturou, našli důkaz jejího mimozemského původu.

 

Zvětšit obrázek
Na ruském Dálném východě se u pobřeží Beringova moře zvedá do výšky max. 2 562 m n. m. Korjacké pohoří. V jílových sedimentech Listvenitového potoka se našel vzorek horniny s minerály, v nichž poměr jednotlivých izotopů kyslíku svědčí o mimozemském původu. Kredit: Velká sovětská encyklopedie 1970–1977

Kvazikrystaly jsou pevné látky s vnitřním uspořádáním atomů, které vytváří vzor, v němž nelze najít pravidelně se opakující motiv, jako je to u všech běžných krystalů. Vyznačují se symetriemi, které jsou v mineralogii zapovězeny, například pětičetnou symetrií. Za objev těchto struktur i za souboj se zažitými představami, které kvazikrystaly kdysi vylučovaly, byl před třemi měsíci izraelský fyzikální chemik Daniel Shechtman oceněn Nobelovou cenou.


V podstatě všechny doposud známé kvazikrystaly jsou uměle připravené slitiny zejména hliníku s jinými kovy. Existuje však jediná výjimka – v roce 2009 se v časopisu Science objevil článek čtyřčlenného týmu, v němž trojici amerických vědců z Univerzity v Princetonu a Harvardovy university, kteří se zabývají výzkumem materiálů, jako první autor „velel“ Luca Bindi z Přírodopisného muzea ve Florencii.

Podrobně zkoumaný úlomek horniny, v němž byly nalezeny drobné kvazikrystaly, je prý mimozemského původu. Kredit: Paul J. Steinhardt

Tento čtyřlístek zveřejnil výsledky výzkumu prvních drobných, přibližně 5 až 100mikrometrových zrníček kvazikrystalů přírodního kompozitu hliníku, mědi a železa Al63Cu24Fe13, které objevil ve vzorku horniny obsahující i jinou vzácnou „klasicky“ krystalickou formu přírodní „slitiny“ těchto kovů, v mineralogii označenou jako khatyrkit, neboli správněji podle ruské vesnice Хатырка, chatyrkit [(Cu,Zn)Al2], a také další podobný minerál cupalit [(Cu,Zn)Al]. Dva úlomky horniny s těmito minerály byly nalezeny před mnoha lety na jediné lokalitě, v jílovitých naplaveninách Listvenitového potoka (snad Modřínového potoka, protože лиственница je modřín), v Korjackém pohoří, v Čukotském autonomním okruhu na severovýchodě Ruska. Jeden horninový exemplář je uložen v Hornickém muzeu v Petrohradě a ten druhý ve zmíněném florentském Přírodopisném muzeu. A právě v tomto „italském“ vzorku byly identifikovány i sice titěrné, ale ne lidskou činností vytvořené kvazikrystaly.

Zvětšit obrázek
Snímek z rastrovacího elektronového mikroskopu tenkého výbrusu malého úlomku ze zkoumaného vzorku horniny: k = chatyrkit (khatyrkite) (CuAl2); c = cupalit (CuAl); u = neznámý minerál se složením AlCuFe; i = (icosahedrite), kvazikrystal Al63Cu24Fe13. Kredit: L. Bindi et al., American Mineralogist 2011

 

Před dva a půl rokem si autoři kladli otázku, jak mohly tyto slitiny se zvláštní strukturou vzniknout, o jejich mimozemském původu ale neuvažovali. Ani v dalším článku, který vloni zveřejnili v časopisu American Mineralogist. A to navzdory tomu, že ve výčtu minerálů, které zkoumanou horninu tvoří, uvádějí i stišovit, což je druh křemene, jenž vzniká za vysokého tlaku (≥10 GPa) a teploty (≥ 1 500 K). Tento minerál v roce 1961 vytvořil uměle v laboratoři ruský fyzik Sergej Stišov. Až rok poté byl objeven i v přírodě, v jednom z impaktních kráterů. Nyní se terénní nález této tetragonální (čtverečné) vysokotlaké odrůdy běžného křemene (SiO2), jehož krystaly řadíme do trigonální (klencové) krystalografické soustavy, považuje za jeden z věrohodných důkazů dopadu meteoritu. 


První letošní vydání známého amerického odborného časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences ale přináší další článek o stejném vzorku horniny a nových výsledcích podrobných analýz. Z původního čtyřčlenného autorského kolektivu jsou v jeho záhlaví uvedena jen tři jména, k nimž přibyla další čtyři. Patří americkým vědcům z Caltechu, Národního přírodopisného muzea ve Washingtonu a Princetonské univerzity. Již název práce: Důkaz mimozemského původu přírodního kvazikrystalu prozrazuje, že v průběhu několika posledních měsíců museli v tom podrobně zkoumaném kousku horniny vědci najít něco, co jim umožňuje tvrdit, že i ten jediný zatím v přírodě nalezený neantropogenní vzorek se zrníčky s kvazikrystalickou strukturou nevznikl na naší planetě. Tím zásadním objevem bylo jedno 50nanometrové, tedy 50 miliontin milimetru „velké“ zrno stišovitu, v němž moderní ostrozraké zobrazovací metody odhalily asi třínanometrovou uzavřeninu (inkluzi) vyplněnou kvazikrystalem Al63Cu24Fe13. To vedlo k předpokladu, že tento výjimečně vzácný minerál s unikátní vnitřní strukturou vznikl ještě před nebo v průběhu dopadu meteoritu. V těchto vesmírných poslech se běžně nacházejí produkty šokové metamorfózy - minerály pozměněné prudkým zvýšením tlaku a teploty.

Zvětšit obrázek
Asi 100 nanometrů (miliontin milimetru) velké zrno stišovitu, v němž se nachází 3 nanometry velká uzavřenina (inkluze) kvazikrystalu Al63Cu24Fe13. Difrakce elektronů v transmisním elektronovém mikroskopu umožňuje určit vnitřní uspořádání atomů uvnitř krystalu (okénko v modrém rámečku). Protože stišovit je odrůda křemene, která se tvoří za extrémního tlaku, předpokládá se, že vznikl při dopadu meteoritu, nebo dávno předtím, při srážce dvou meziplanetárních kamenných těles. Naměřený poměr izotopů kyslíku svědčí spíše o té druhé variantě možného původu. Kredit: Luca Bindi et al., PNAS 2012

Jak to ale rozlišit? Mnohé dosavadní studie prokázaly, že hodnoty poměrů jednotlivých izotopů kyslíku 18O∕16O a 17O∕16O se v pozemských minerálech (zkoumají se zejména některé oxidy a křemičitany z řady olivínů nebo pyroxenů) výrazně liší od jejich meteoritických ekvivalentů. Proto se v dalším kole výzkumu vědci soustředili na měření tohoto izotopového zastoupení v minerálních zrnech, které drobné kvazikrystaly v horninovém vzorku obklopují. Výsledky jednoznačně potvrdily jejich izotopovou příbuznost s materiálem uhlíkatých chondritů, což je typ meteoritů které pochází z dob vzniku Sluneční soustavy. Na základě toho lze předpokládat, že zatím jediná kvazikrystalická zrníčka, která se na zemském povrchu podařilo najít, spadla kdysi dávno z nebe. Další úvahy o tom, že vznikla ve srážce dvou těles, která byla součástí meziplanetárního smetí a že jejich věk je možná vyšší než stáří naší planety, patří do sice možného, ale jen stěží ověřitelného scénáře.

 

Studiu mimozemských kvazikrystalů se věnuje i časopis Nature v jenom ze svých krátkých popularizačních článků o novinkách z vědy. Autor Richard Van Noorden získal od Paula Steinhardta z Princeton University bližší zajímavé informace o historii nálezu. Steinhard se již léta zabývá hledáním kvazikrystalických struktur v přírodě a jeho pátrání nebylo odměněno úspěchem až do dne, kdy se s ním zkontaktoval zmíněný Luca Bindi z Přírodopisného muzea ve Florencii. Ten nadějný vzorek neobjevil při expedici do vzdálené nehostinné tundry severovýchodního Ruska, nýbrž v krabičce v muzejním depozitáři. Tento vzácný kousek horniny spolu s mnoha dalšími vzorky totiž florentské muzeum před více než dvaceti lety zakoupilo od soukromého sběratele z Amsterdamu. Ten dnes již nežije a tak ověřování původu nálezu z Korjackého pohoří bylo úkolem hodným Sherlocka Holmese. Ze sběratelových deníků, do nichž mohl Bindi se souhlasem vdovy nahlédnout, zjistil, že sběratel exemplář získal v Rumunsku, a že do pašování z Ruska byl zapojen i jeden z bývalých ruských tajných agentů. Bindi od něho získal další informace a pátrání nakonec potvrdilo, že zkoumaný kámen ve vzdálené Čukotce z jílovitého bahna vytáhl již v roce 1979 ruský vědec V. V. Krijačko. V oblasti nálezu strávil Steinhardt se svými kolegy tři týdny loňského léta hledáním dalších důkazů o vesmírném původu zkoumaného vzorku. Zatím ale žádné podrobnosti o výsledcích této expedice nezveřejnil. Zato si velice pochvaluje získané zkušenosti a nové vědomosti o Zemi, přírodě i historii Ruska. A poznání je to, co život vskutku obohacuje. Tento majetek nemusíte zamykat a střežit, pokud samozřejmě nejde o patent, a můžete ho rozdávat bez toho, aby vám z něho ubylo.

 

Zdroje: Science 2009, on-line dostupné články v American Mineralogist 2011PNAS 2012, Nature

Datum: 05.01.2012 10:27
Tisk článku

Koumák pro čtvrťáky -
 
 
cena původní: 249 Kč
cena: 237 Kč
Koumák pro čtvrťáky


Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán



Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace