U MINERALU stvorenom tijekom prve nuklearne eksplozije na svijetu, znanstvenici su otkrili kristal za koji se smatralo da na Zemlji ne može postojati u prirodnim uvjetima.

Otkriće pruža novi uvid u materijale koji nastaju pod ekstremnim tlakom i temperaturom, a dogodilo se više od 80 godina nakon zloglasnog testa Trinity, provedenog 16. srpnja 1945. u Novom Meksiku, piše Science Alert.

Trenutak koji je promijenio svijet

Tog je dana u 5:29 ujutro detonirana prva nuklearna bomba u povijesti, plutonijska naprava poznata kao "Gadget".

Oslobođena energija bila je ekvivalentna snazi 21 kilotone TNT-a, a silina eksplozije u trenu je isparila 30-metarski čelični toranj i svu okolnu bakrenu infrastrukturu, uključujući kabele i instrumente za mjerenje.

Užarena vatrena kugla potom je stopila ostatke metala s pustinjskim pijeskom i asfaltom, stvarajući staklasti materijal kakav nikada prije nije viđen. Taj je materijal kasnije nazvan trinitit.

Neočekivano otkriće u crvenom trinititu

Upravo u tom jedinstvenom materijalu znanstvenici desetljećima pronalaze neobične strukture. Još 2021. godine tim predvođen geologom Lucom Bindijem sa Sveučilišta u Firenci identificirao je kvazikristal, strukturu s uređenim, ali neponavljajućim atomskim uzorkom, u rijetkoj crvenoj inačici trinitita.

Sada je ista vrsta materijala otkrila još jedno iznenađenje - kristal koji u normalnim okolnostima ne bi mogao nastati na Zemlji.

"Ekstremni i kratkotrajni uvjeti stvoreni nuklearnim detonacijama mogu proizvesti faze čvrstog stanja nedostupne konvencionalnoj sintezi", navodi Bindijev tim. "Izvještavamo o otkriću dosad nepoznatog klatrata tipa I od kalcij-bakrenog silikata, formiranog tijekom nuklearnog testa Trinity 1945. godine; to je prvi kristalografski potvrđen klatrat pronađen među produktima nuklearne eksplozije."

Kristalni kavez stvoren u paklu

Klatrati su kristalne strukture u kojima atomi tvore rešetku nalik kavezu koja unutar sebe može zarobiti druge atome.

Za razliku od većine kristala koji nastaju u stabilnim uvjetima, anorganski klatrati zahtijevaju vrlo specifične uvjete i iznimno su rijetki u prirodi.

Upravo su takvi uvjeti, iako nakratko, postojali tijekom testa Trinity: temperature više od 1500 Celzijevih stupnjeva i tlakovi između 5 i 8 gigapaskala, nakon čega je uslijedilo naglo opadanje tlaka i brzo hlađenje.

Ta je brza promjena omogućila atomima da se poslože u neobične konfiguracije i ostanu "zaključani" u strukturama koje se inače ne bi mogle formirati. Trinitit je stoga svojevrsni mineraloški zapis trenutka eksplozije.

Dva različita kristala iz istog izvora

Koristeći rendgensku difrakciju, istraživači su u uzorku crvenog trinitita pronašli sićušnu kapljicu bogatu bakrom. Daljnja analiza otkrila je neobičnu atomsku konfiguraciju - kubični klatrat u kojem "kavezi" atoma silicija drže pojedinačne atome kalcija, uz tragove bakra i željeza.

Zagonetku je predstavljala činjenica da je klatrat pronađen neposredno uz ranije otkriveni kvazikristal. Budući da su obje strukture nastale od sličnih materijala pod istim ekstremnim uvjetima, znanstvenici su se pitali jesu li povezane.

Matematičko modeliranje pokazalo je da, iako je u teoriji moguće da kvazikristal nastane iz klatrata, u ovom konkretnom slučaju to nije bilo vjerojatno zbog previsoke koncentracije bakra.

To znači da su se dvije vrlo različite kristalne faze formirale neovisno jedna o drugoj, unutar istog uzorka i pod istim uvjetima.

"Ova otkrića isključuju jednostavno strukturno tumačenje Trinity kvazikristala koje bi se temeljilo na klatratu i naglašavaju raznoliku prirodu faza bogatih silicijem stvorenih u ekstremnim uvjetima", pišu istraživači.

Značaj za buduća istraživanja

Ovakva istraživanja pomažu znanstvenicima da bolje razumiju učinke nuklearnih eksplozija i mogu ponuditi nove forenzičke alate za analizu lokacija na kojima su se takvi događaji odvili.

U širem smislu, ističu istraživači, ovaj rad pokazuje kako rijetki, visokoenergetski događaji poput nuklearnih detonacija, udara munja ili sudara meteorita služe kao prirodni laboratoriji. Oni omogućuju stvaranje neočekivanih kristalnih tvari i testiranje strukturnih modela na načine koji nadilaze mogućnosti konvencionalne sinteze. Nalazi su objavljeni u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences.