謎一般的礦物在隕石中被發現啦

Storyteller/蓋瑞王

好多年來,礦物物理學家一直致力於了解地球內部的礦物組成。目前所知地球內部應由高壓相的礦物所構成,但這些礦物的天然樣本很少,通常僅靠擄獲岩(Xenoliths)與鑽石裡面的包裹物(Inclusions)來了解。不過在這半世紀以來,科學家發現在經歷過高溫高壓衝撞條件(shock event)下的岩石(包括地球上的以及外來的岩石)之中,也可以找到這類型的礦物。

大致上來說,從受過衝擊作用的隕石中,可找到被認為[註1]構成地球過渡帶與下部地函的礦物相,是以成分為MgSiO3的輝石群為主。而這類輝石在不同的溫度、壓力下,會轉變成其他結構[註2],例如尖晶石結構、鈦鐵礦結構、鈣鈦礦結構、正方晶系[註3]石榴石結構等(簡單來說,就像為了應付不同的環境氣候而造就出不同建築形態那樣)。而最後一種結構最為神秘,因過去從未在天然樣本中真正發現過它,倒是有發現過等軸晶系石榴石結構的MgSiO3,叫做鎂鐵榴石(majorite),發現於隕石的裂隙之中。

而現在,日本高知研究所Core Sample Research團隊的礦物學教授Naotaka Tomioka,及其同事們共同在一個19世紀的隕石薄片中,發現了這顆直徑約0.5微米寬的小礦物顆粒。這塊失落許久的最後一片拼圖,將使科學家更有機會深入了解地球內部。

新礦物的電子影像。a圖中間深灰色顆粒就是主角,可以觀察到它的顆粒很小,不到1微米。b圖是礦物學家用以鑑定結構的依據,這張圖稱作電子繞射圖。(圖片來源:Naotaka Tomioka et al., 2016)

根據礦物學家的研究發現,鎂鐵榴石可以記錄到隕石衝擊當下的溫度、壓力與冷卻速率等資訊,是研究隕石所需的重要礦物。此外,鎂鐵榴石在不同溫壓條件下的結構轉變,不只對研究衝擊事件很有幫助,也可以幫助我們了解地函的地球物理性質,因地函礦物抗壓性高的關鍵可能就在於結構轉換。

除了後續緊鑼密鼓的研究以外,目前還有一個挑戰等待著發現者們…他們要怎麼幫這顆新礦物命名呢?

[註1]我們對於地函的了解,只侷限在偶而有機會被擄獲上來的地函岩石,以及實驗室的模擬,所以說「被認為」是表示理論上可能,但還無法完全確認。

[註2]在這種成分不太變動,只改變結構的狀況下,他們稱作同質異構物。

[註3]礦物的結構具有對稱性,而世上的對稱性大致可以分成六種,而正方晶系是其中一種。

 

對原文章有興趣的朋友請參考:

One of Earth’s missing minerals found locked inside meteorite, GeologyIN, 2016.04.01

 

參考資料:

Naotaka Tomioka, Masaaki Miyahara and Motoo Ito (2016) Discovery of natural MgSiO3 tetragonal granet in a shocked chondritic meteorite, Science Advanced, 2, e1501725.

 

延伸閱讀:

澳洲地質學家發現比地球還要老的隕石》-蓋瑞王