Образцы «тринити», образовавшиеся в результате первого в мире испытания ядерной бомбы в 1945 году, содержат уникальные кристаллы, которых раньше никто не видел.
автор: Джоанна Томпсон
(Фото: Лука Бинди и Пол Дж. Стейнхардт.)
Темным июльским утром 1945 года американские ученые и военнослужащие взорвали первую в мире ядерную бомбу в отдаленном районе Нью-Мексико. Взрыв высвободил энергию, эквивалентную 25 000 тоннам тротила, полностью испарив башню сброса бомбы и превратив песок пустыни в радиусе 1000 футов (300 метров) в стекло.
Позже ученые назвали это бледно-зеленое с красным, слегка радиоактивное стекло «тринитит» в честь полигона «Тринити». Теперь, более 80 лет спустя, исследователи обнаружили, что в некоторых образцах красного тринитита содержатся уникальные кристаллы, которых больше нигде в природе нет. Они подробно описали свое открытие в исследовании, опубликованном 11 мая в журнале PNAS.
Поводом для исследования послужил другой минерал: необычный квазикристалл, ранее обнаруженный в образцах красного тринитита. В отличие от большинства квазикристаллов, состоящих в основном из алюминия, этот квазикристалл богат кремнием. Его существование позволяет предположить, что в стекле Тринити могут быть и другие необычные кристаллы.
«Мы хотели подробнее изучить эти продукты экстремального образования», — рассказал Live Science в электронном письме Лука Бинди, минералог из Флорентийского университета в Италии и первый автор нового исследования.
История в кристалле
Бинди и его команда использовали электронный микрозонд и рентгеновскую дифракцию для изучения редкого варианта красного тринитита под названием «бычья кровь». Яркий малиновый цвет этого образца обусловлен разрушенной испытательной башней и окружающим ее металлическим оборудованием. Металлические капли от этих конструкций попали в расплавленное кремниевое стекло, когда оно плавилось во время взрыва, и изменили его цвет с шалфейного на алый.
В этом образце исследователи обнаружили ранее не встречавшийся кристалл клатрата. Клатраты — это тип кристаллической структуры, в которой один элемент образует «клетку», удерживающую внутри другие атомы. В данном случае атомы кремния удерживали атомы меди и кальция внутри связанных 12- и 14-гранных кристаллических решеток. По словам ученых, такая структура редко встречается в природе, особенно среди неорганических соединений.
Это первый случай, когда кристаллы клатратов были обнаружены в качестве побочного продукта ядерного взрыва. Во время взрыва «Тринити» температура превысила 2700 градусов по Фаренгейту (1500 градусов по Цельсию), а давление на короткое время поднялось до 8 гигапаскалей — это сравнимо с давлением глубоко под земной корой. В таких экстремальных условиях атомы принимали конфигурации, которые в обычных условиях были бы для них невозможны.
Команда также изучила возможность того, что новый клатрат мог быть предшественником ранее описанных квазикристаллов тринитита. Математический анализ показал, что это маловероятно. Однако изучение этой взаимосвязи помогает расширить наши знания о верхних границах образования минералов, которые значительно превосходят все, что можно воспроизвести в лабораторных условиях.
«Экстремальные явления, такие как ядерные взрывы, молнии или столкновения, могут приводить к образованию новых минеральных фаз и структур, которые расширяют наше понимание того, как материя организуется в экстремальных условиях», — говорит Бинди.
Источники статьи
Бинди Л., Михалкович М., Видом М. и Стейнхардт П. Дж. (2026). Экстремальный неравновесный синтез клатрата Ca–Cu–Si во время ядерного испытания «Тринити». Proceedings of the National Academy of Sciences, 123(21), e2604165123. https://doi.org/10.1073/pnas.2604165123