研究发现月壤中的小“蘑菇” 嫦娥五号月壤样品中发现“蘑菇”结构晶体生长现象 中国科学院教授、中国科学院广州地球化学研究所研究员何宏平团队首次在嫦娥五号月球土壤样品中观察到一种奇怪的晶体生长现象,发现月球表面的铬铁矿纳米晶体可以像雨后的蘑菇一样从橄榄石表面生长。最近,相关成果在美国矿物学家中公布。
晶体是人类生产生活中最重要的物理化学过程之一。传统的晶体生长过程可以在地球上看到,但目前尚不清楚其他恒星环境中的晶体生长是否与地球不同。例如,离地球最近的月球,由于没有大气保护,表面一直受到陨石和各种高能粒子的冲击;在冲击产生的极端高温和高压下,月球表面晶体的粒度、形状、生长方式和矿物组合明显不同于地球表面晶体。研究发现月壤中的小“蘑菇” 嫦娥五号月壤样品中发现“蘑菇”结构晶体生长现象
为了探索这些奇怪晶体生长的发生机制,研究团队选择了以离子束为原点的制样方法,从嫦娥五号月球角砾岩碎片中获取样品,并使用装有电子能量损失谱探测器的高分辨率透射电子显微镜对样品进行了微纳米矿物学研究。在样品中,他们观察到了一种罕见的枝晶结构,由铬铁矿-陨硫铁纳米球-零价铁纳米球组成。例如,蘑菇通常垂直生长在橄榄石表面。研究发现月壤中的小“蘑菇” 嫦娥五号月壤样品中发现“蘑菇”结构晶体生长现象
电子显微镜下的结构和成分检测揭示了“蘑菇”结构形成的过程:第一,残渣受到微陨石的冲击,其中包含的Fe2 在熔化玻璃中发生歧化反应,获得纳米零价铁球和Fe3 ,同时产生纳米硫化铁球或其与零价铁球不混合的复合物;第二,含铁纳米球在高温下与橄榄石定向粘附;第三,定向粘附产生了一个不足点,具有高势能,橄榄石中的Cr3 和玻璃中的Fe2 将铬铁矿收集并结晶到缺陷处;第四,在不平衡条件下,铬铁矿以分支晶体的形式继续生长在玻璃中,并将纳米球推出,直到系统能量消耗到无法跨越晶体的能量基础。该过程支持晶格失配度计算和热学数值模拟。
这项研究提出了一种新的生长机制,发生在极端不平衡的情况下。原始物相内的杂质离子可用于在原始物相之间的非均质页面上形成新的矿物相。这一发现首次证明,定向粘附不仅可以发生在均相系统中,也可以发生在多相系统中,这对补充和开发当前非经典生长机制系统起到了重要作用。研究发现月壤中的小“蘑菇” 嫦娥五号月壤样品中发现“蘑菇”结构晶体生长现象
考虑到月球表面经常发生碰撞,可以想象这种机制可能会在月球风化层中普遍发生,从而影响月球表面的矿物成分和元素分布。同时,这种“蘑菇”结构的出现也可以作为极端不平衡晶体的指标,为后续对无大气星表面和其他极端情况下晶体生长机制的研究提供参考。
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