Geology: 方解石也能记录陨石撞击历史

地球上许多地方都存在陨石撞击坑（impact crater），这些撞击事件对地球地质历史和生命演化产生了深远影响。 确定一个地质构造是否为陨石撞击形成，需要找到确凿的冲击变质证据。 目前，科学家已经对大多数造岩硅酸盐矿物(silicates)的冲击效应进行了深入研究，并建立了冲击压力与矿物变化之间的关系。 然而，对于地壳上部最丰富的矿物之一——方解石——其在冲击变质作用下的特征却鲜有研究。

本次研究聚焦于方解石在冲击作用下形成的高密度孪晶。 孪晶是指两个或多个相同晶体以特定的取向关系相互连接而成的复合晶体。 孪晶的形成通常是由晶体在生长过程中受到外力作用（例如压力、温度变化等）或晶体内部缺陷引起的。 在高压冲击等极端条件下，孪晶的形成可以作为一种能量吸收机制，帮助晶体释放应力。

研究人员使用大理石（marble，主要成分为方解石）样品进行冲击实验，模拟陨石撞击产生的高压环境。他们利用冲击波枪（light-gas gun）将弹丸加速到极高速度撞击大理石样品，使其承受1.4 GPa的剪切应力（shear stress）和3.9 GPa的峰值压力（peak pressure）。实验后，研究人员使用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察样品中方解石孪晶的密度、宽度和分布特征。此外，他们还运用数值模拟方法来模拟冲击过程中方解石的变形行为。

实验结果显示，受到冲击的大理石样品中方解石孪晶密度超过了1000 对/毫米 。这些孪晶的平均宽度小于可见光的波长，因此会独特地影响冲击后方解石的光学特性。研究人员发现，方解石孪晶压强测量法可以用来评估方解石的冲击变形程度。 研究证实可以 通过测量孪晶的密度和分布来估算撞击的强度， 评估方解石所经历的冲击变形程度。 数值模拟结果表明，方解石在高动态载荷条件下能够承受约1.4 GPa的剪切应力 ，这与实验结果相符，进一步支持了高密度孪晶的形成机制。

参考文献 ： Michael H. Poelchau , Rebecca Winkler , Thomas Kenkmann , Richard Wirth , Robert Luther , Frank Schäfer; Extreme twin densities in calcite—A shock indicator. Geology 2024; doi: https://doi.org/10.1130/G52795.1

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