Prva nuklearna eksplozija stvorila je kristal koji znanost dosad nije poznavala

U staklu nastalom nakon prve nuklearne eksplozije u povijesti znanstvenici su pronašli kristalnu strukturu kakva dosad nije bila poznata. Nastala je u trenutku kada su pijesak, minerali i metali oko mjesta detonacije bili izloženi golemim temperaturama, tlaku, taljenju i naglom hlađenju.

Otkriće ne govori samo o materijalu koji je ostao nakon testa Trinity. Ono pokazuje kako eksplozije, udari meteorita, munje i sudari planetarnih tijela mogu u djeliću sekunde proizvesti oblike materije koji inače ostaju izvan dosega klasične sinteze.

Kristal iz mjesta gdje je pijesak postao staklo

Ujutro 16. srpnja 1945., u 5:29 po lokalnom vremenu, u pustinji Novog Meksika odjeknula je detonacija Trinity, prva nuklearna eksplozija u povijesti. Eksplozivna snaga uređaja procjenjuje se na približno 21.000 tona TNT-a, možda i više. U nekoliko trenutaka tlo oko mjesta detonacije bilo je izloženo temperaturama i tlakovima koji su promijenili njegovu mineralnu građu.

Pijesak, minerali i tragovi materijala iz okolne opreme rastalili su se, međusobno pomiješali i zatim naglo ohladili. Tako je nastao trinitit, staklasti materijal koji više od osam desetljeća nakon testa i dalje otkriva što se događa s materijom u ekstremnim uvjetima.

Upravo u tom staklu istraživači su sada pronašli kristalnu strukturu koja dosad nije bila poznata znanosti. Nastala je od kalcija, bakra, silicija i kisika, a sačuvana je u sićušnoj kapljici bogatoj bakrom, zarobljenoj unutar trinitita.

Luca Bindi sa Sveučilišta u Firenci, voditelj istraživanja, rekao je za IFLScience da je riječ o prvom kristalografski potvrđenom klatratu pronađenom među čvrstim produktima nuklearne detonacije

Struktura koja je nastala u treptaju ekstremnih uvjeta

Klatrati su spojevi u kojima atomi tvore prostorne strukture nalik sitnim kavezima. Ti se kavezi mogu slagati u različite geometrijske oblike. U ovom slučaju riječ je o kubičnoj strukturi, no važnije od samog oblika jest pitanje kako je uopće nastala.

Prema istraživačima, takav se kristal ne može dobiti u uobičajenim laboratorijskim uvjetima. Za njegovo stvaranje bila je potrebna rijetka kombinacija goleme temperature, visokog tlaka, taljenja, isparavanja i iznimno brzog hlađenja.

Drugim riječima, kristal nije nastajao polako, u stabilnom okruženju. Oblikovao se u kaotičnom trenutku eksplozije, kada je materija bila izbačena iz ravnoteže i prisiljena na kemijske i strukturne promjene koje u normalnim uvjetima ne bi bile moguće.

Bindi ističe da je novi klatrat nastao u istom ekstremnom okolišu u kojem je ranije pronađen i neobični silicijem bogat kvazikristal iz materijala Trinity. Oba nalaza pokazuju da je nuklearna eksplozija proizvela više od rastaljenog tla. U njoj su nastale mikroskopske faze koje čuvaju trag jedinstvenih fizikalnih uvjeta.

Trinitit kao arhiv jedne eksplozije

Posebno je zanimljivo što kristal nije trebao dugo postojati. Riječ je o metastabilnoj strukturi, što znači da nije najtrajniji oblik u kojem se ti elementi mogu povezati. Ipak, nastao je i ostao sačuvan. Da je tlak bio drukčiji, da je temperatura pala sporije ili da se rastaljeni materijal nije tako brzo stvrdnuo, kristala vjerojatno ne bi bilo.

Zato je trinitit više od staklastog ostatka nuklearnog testa. U njemu su zaključani tragovi događaja koji je trajao vrlo kratko, ali je bio dovoljno snažan da promijeni način na koji su se atomi posložili.

Za istraživače je upravo to najvrjedniji dio nalaza. Kristal pokazuje kako se nove strukture mogu pojaviti u trenutku kada materija izađe iz uobičajenih okvira, pod tlakom i temperaturom koje klasični laboratorijski postupci teško mogu oponašati.

Prema izračunima tima, uvjeti za nastanak ovog klatrata morali su biti vrlo precizni. Čak ni nuklearna eksplozija sama po sebi nije bila dovoljna. Kristal se mogao oblikovati samo u uskom rasponu temperature, tlaka i brzine hlađenja.

Iako je ovaj kristal nastao u događaju koji je izazvao čovjek, njegovo značenje ne završava na povijesti nuklearnog testiranja. Slični se uvjeti mogu pojaviti i u prirodi, ali samo u najnasilnijim i najkraćim procesima.

Munje, udari meteorita i sudari planetarnih tijela mogu u trenu zagrijati, rastaliti i ponovno ohladiti materijal. U takvim okolnostima atomi ponekad završe u rasporedu koji u mirnijem okruženju ne bi nastao ili bi se odmah raspao.

Zato trinitit i danas privlači znanstvenike. U njemu su sačuvani tragovi materijala koji je u trenutku eksplozije bio rastaljen, izmiješan i naglo ohlađen. Novi kristal pokazuje da se u takvim kratkim, burnim procesima mogu oblikovati strukture koje ne nastaju u uobičajenim laboratorijskim uvjetima.

Ivan Petričević

Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.