超高分辨率显微镜揭示雷电对岩石晶体结构的影响
在法国南部一块露出的岩石处,一个锯齿状的裂缝沿着花岗岩蔓延开来。这个裂缝处的表面就像黑色发生褪色一样,看起来像覆盖了一层藻类。但是,根据宾夕法尼亚大学的RetoGieré的新论文,这种岩石的这种特征是由强大的雷电造成的。
通过超高分辨率显微镜,Gieré及其合作者发现,闪电不仅熔化了岩石的表面,形成了黑色的釉料,同时也产生了足够的压力使这个薄层发生了形变,形成了所谓的震荡薄层。事实上,通过陨石撞击也可以获得这种类型的薄片。“我认为该研究最让人兴奋的是,我们可以看看闪电究竟能做什么。对于我来说,能够看到闪电将石头的表面熔化,并且改变晶体结构,实在是太神奇了。”Gieré说。这一发现也会提醒地质学家,产生这种薄层不一定要靠陨石撞击。“大多数地质学家非常小心:他们不止采用一种观察方式,但是这也提醒他们总是要采用多种观察方式,以便得出更加可靠的结论。”该论文发表在《美国矿物学家》杂志上,该研究的合作者还包括WolfhardWimmenauer、Hiltrud Müller-Sigmund, Richard Wirth、Gregory R. Lumpkin和Katherine L. Smith。
地质学家发现,闪电可以通过迅速升高温度以及相应的物理化学反应来改变沉积物。例如,当它碰到沙时,闪电可以将其熔化,并且形成玻璃管,即闪电熔岩。当闪电攻击其它材料时,也可以形成闪电熔岩,包括岩石和泥土等。该研究检验了靠近法国Les Pradals的一块闪电熔岩石。Gieré及其合作者从岩石取回样品,然后将其切成薄片并且抛光。在光学显微镜下,他们发现外层黑色层非常闪亮,就像陶瓷釉料一样。这层也是多孔层,就像泡沫一样,这是由于闪电加热岩石表层导致了蒸发而产生的。熔岩层的化学分析表明,二氧化硫和五氧化二磷的含量发生了升高。
该团队采用透射电子显微镜进行了进一步的研究。研究表明,闪电熔岩没有晶体结构,这与它雷击的高温形成熔体的推论是一致的。但是,当岩石层稍微厚一点的时候,研究人员发现了一种不寻常的结构:一系列直的平行线,被称为震荡薄层。这是在一系列压力下产生的晶体结构。这就像有人推了你,你会调整自己使得自己更舒服一样。该薄层只有差不多3毫米宽,这表明闪电的能量只能达到这样的距离。
Gieré及其同事希望能够从其他地方研究岩石熔层,从而能够更好的理解闪电袭击岩石时的物理和化学影响。另一个对于地质学家、攀岩爱好者以及远足爱好者来说比较重要的经验是,一旦发现黑色岩石的时候,很可能表明这里会受到闪电的袭击。
新材料在线编译整理——翻译:杨超 校正:摩天轮
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