大約10年前,一個閃電擊中美國佛州新里奇港附近的一棵樹,導致附近出現「閃電化石」。隨後,美國一所大學的教授買下了這個化石,經研究後發現該「化石」是一種介於太空礦物和礦物之間的過渡材料,且在地球上從未發現過。

新里奇港(New Port Richey)附近的一個房主在2012年將這個化石賣給了南佛羅里達大學(University of South Florida)地球科學教授馬修·帕塞克(Matthew Pasek)。

帕塞克教授長年研究閃電等高能事件如何引起獨特的化學反應,他在拿到這塊化石後,與意大利佛羅倫斯大學(University of Florence)礦物學和晶體學教授盧卡·賓迪(Luca Bindi),共同對其進行研究,希望能透過由閃電形成的含磷元素的礦物,更好的了解自然界中的高能現象。

美國佛羅里達是世界的閃電之都,經常有閃電電擊地面,而閃電高強度的能量足以熔化岩石。

帕塞克教授說,「當閃電擊中樹木時,通常會發生爆炸。強大閃電夾帶的電流和高溫,會使周圍的草木枯死和形成疤痕。而強大的電流也會使附近的岩石、土壤和沙子融化形成閃電岩,又稱閃電化石(閃電輝石)。」

研究人員認為,佛州環境較潮濕,很容易使鐵積聚在樹根上,當樹木被雷擊時,樹根上的鐵被燃燒,燃燒出木炭。鐵和木炭在強大的能量作用下,發生強烈的化學反應。最終產生了一種看起來像金屬「球體」的閃電輝石。

這種閃電輝石,外觀呈白色和深灰色,形狀呈細長條狀,長度約7厘米、直徑2厘米、重達0.5公斤,內部主要由玻璃熔體組成。

另外,還有兩個灰色金屬材料的球體,嵌在閃電輝石的玻璃基質中。直徑分別是1.1厘米和0.5厘米,這些小球的密度在5g/cm3左右,且不會被磁鐵吸引(不具有磁性)。

科學家透過化驗和掃瞄式電子顯微鏡(BSE)檢查兩個球體,發現較大的金屬球主要由矽(Si)化物組成,其中有84%的二矽化鐵(FeSi2)、11%的矽化鐵(FeSi)和5%的鈣磷材料(主要是磷酸氫鈣CaHPO3);較小的金屬球則含有鈣(Ca)、鋁(Al)和矽酸鹽,而矽酸鹽富含磷鐵物質。

另外,他們發現大球的磷化鈣(CaP)與二矽化鐵(FeSi2)產生基質接觸(較大岩石顆粒和晶體中混雜細小的顆粒),但磷化鈣卻有二矽化鐵晶體,形成亞磷酸鹽的分子式為(Ca0.91Fe0.09)HPO3,裏面含極少量鐵,這種情形十分罕見。

同時,CaHPO3也是第一種含磷(P),但不是磷酸鹽或磷化物的閃電輝石結晶材料,這次的觀察結果證明這是一種新的結晶亞磷酸鹽。

科學家認為,雷擊的高溫將氧化鐵和矽還原成二矽化鐵(熔點1,220°C),但溫度仍遠低於磷酸鈣的熔點(大於1,600°C),因此二矽化鐵中的磷酸鈣局部出現CaHPO3這種材料。

為此,研究人員希望透過高溫,試圖還原閃電生成的這種礦物,但最終以失敗告終。對此,該研究團隊的研究員田峰(Tian Feng)對該大學新聞社表示,「儘管還原的實驗沒有成功,但這種材料可能在精確條件下快速形成,如果加熱時間過長,就會變成隕石中的礦物。」

帕塞克教授則表示,「過往,我們從未見過這種物質在地球上自然形成,也未見過這種確切的物質,只是在隕石和太空中找到與它類似的礦物。」

研究團隊的這項驚人發現,已經被團隊寫成論文於今年3月中旬發表在《自然》雜誌的「通訊地球與環境」上。

目前帕塞克和賓迪教授正計劃進一步研究該種新材料,並確定該材料是否可以被正式宣布為礦物,並提高科學界對礦物的認識。@

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