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闪电的力量有多大:能让岩石粉身碎骨改变晶体结构
文章来源:中国科技网   发布时间: 2015-8-17   浏览次数:   字号:[ ] [打印]
 

  [导读]宾夕法尼亚大学教授RetoGieré的研究表明,闪电真的能够熔化岩石表面,并改变晶体结构,形成冲击页理。在此之前,我们已知的唯一能够产生这种类型页理的自然事件是陨石撞击。

  在法国南部一个露出地表的岩石上,有一条长长的锯齿状断裂带。裂缝的表面和周围是青黑色,好像是被打湿或被藻类覆盖的样子。但是,根据宾夕法尼亚大学的RetoGieré合著的一篇新论文上,对这块岩石独特特征的真正解释引起了广泛关注:这是由一个强大的闪电造成的。

  宾夕法尼亚大学艺术与科学学院地球和环境科学系的教授和主任Gieré与他的同事,使用超高分辨率显微镜发现,闪电不仅熔化了岩石的表面,产生一种独特的“黑釉”,而且传递出强大的压力,使得岩石表面之下薄薄的一层石英晶体的发生变形,从而形成不同的原子水平结构称为冲击页理。

  在这项研究之前,我们已知的唯一能够产生这种类型页理的自然事件是陨石撞击。

  “我认为这项研究最令人兴奋的就是,了解闪电能做什么”Gieré说。“对我来说,看到闪电真的能够熔化岩石表面,并改变晶体结构,这非常吸引我。”

  Gieré说这项研究提醒地址学家,不要急于把冲击页理解释成陨石撞击的一项指标。

  “大多数地质学家都很谨慎,他们不会根据一项观察来做出判断,”他说,“但这项研究是一个很好的提示,我们常常要进行综合的观察来给出重要结论,也就是多种机制都引向类似的效果时。”

  地质学家早就知道,闪电通过快速提升温度以及物理和化学效应可以改变沉积物。例如,当闪电击在沙滩上,会把沙粒熔化,形成玻璃状矿物管被称作闪电熔岩。

  当闪电击中其他物质时也可以形成闪电熔岩,包括岩石和土壤。这项研究检验了法国LesPradals地区附近的闪电熔岩。Gieré和他的同事从岩石上采集了样本,然后将其切成薄片并抛光。

  在光学显微镜下,他们发现外面的那一层黑色——闪电熔岩本身出现了光泽,“很像陶瓷釉”,Gieré说。

  由于闪电的热量蒸发了岩石表面,所以这一层是多孔状的,好像泡沫一样。对闪电熔岩层的化学分析显示,二氧化硫和五氧化二磷的含量升高,对于这一现象,研究人员认为可能因为被雷电击中时生活在岩石表面的地衣造成的。

  研究团队还是用了透射电子显微镜对样本进行研究,这能够让研究者在原子水平上来检测样本。检测结果表明,闪电熔岩没有任何晶体结构,这符合它被闪电击中的热量高温熔化的特征。

  但是,在样本中紧邻闪电熔岩而且比岩石颜色略深的那一层上,研究人员发现了一个不同寻常的特点:存在一组被称为冲击页理的直线,平行线。这个特征只有在石英或其他矿物的晶体结构受到巨大的外力压力波产生变形时才会出现。

  “这就好比有人推你,你必须调整身体让自己能够舒服点,”Gieré说。“矿物也会做同样的事情。”

  出现在岩石层中的页理只有3微米宽,表明闪电的能量在这个距离消散了。

  晶体变形的特征此前仅仅在陨石撞击地点的矿物中被发现。冲击页理的形成压力超过10个吉帕斯卡,或是比一个拳击手拳头力量的2000万倍还要大。

  Gieré和他的同事希望研究其他地方的闪电熔岩,从而更详细地了解闪电对于岩石物理化学效应的影响。

  另一个对于地质学家的启示是,喜欢花时间攀岩或户外活动的登山者和徒步旅行者,当他们看到有光泽的闪电熔岩的“黑釉”时可要当心了,因为这表明这个地方容易被闪电击中。

 
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