Накопление данных
о содержании сидерофильных элементов в железных
метеоритах позволило создать также их
химическую классификацию. Если в n-мерном
пространстве, осями которого служат содержания
разных сидерофильных элементов (Ga, Ge, Ir,
Os, Pd и др.), точками отметить положения разных
железных метеоритов, то сгущения этих
точек или кластеры и будут соответствовать таким химическим
группам. Среди почти 500 известных сейчас
железных метеоритов по содержанию Ni,
Ga, Ge и Ir четко выделяются 16 химических
групп (IA, IB, IC, IIA, IIB, IIC, IID, IIE, IIIA, IIIB, IIIC, IIID,
IIIE, IIIF, IVA, IVB). Поскольку 73 метеорита в такой классификации оказались
аномальными (они выделяются в подгруппу
неклассифицированных), то некоторые ученые
высказывают мнение, что есть и другие химические
группы - их возможно более 50, но они недостаточно
представлены на Земле. Химические и структурные
группы железных метеоритов связаны неоднозначно.
Но метеориты из одной химической группы,
как правило, имеют похожую структуру и некоторую
характерную толщину камаситовых пластинок.
Это свидетельствует о том, что структура метеоритов
одной и той же химической группы формировалась в близких температурных
условиях и, возможно, в одном и том же родительском
теле.
§6.
О некоторых важнейших
физико-химических методах
исследований метеоритов
и их результатах
При нагревании
чистого кристаллического железа температура фазового
превращения камасит (a -фаза) R тэнит (g
-фаза) составляет 910° C. При типичных средних концентрациях
никеля в железных метеоритах (7-14 вес.%)
g R a -превращение в них начинается при более низких
температурах - 650-750° C. При падении температуры
в тэните появляется камасит в виде тонких
листков, или пластинок, ориентированных вдоль граней
октаэдра - четырех плоскостей с эквивалентным
расположением атомов. Поэтому железные
метеориты в процессе g R a -превращения приобретают октаэдритовую структуру,
отражающую направления преимущественного
роста пластин камасита. В зависимости от
направления распила метеорита по отношению к октаэдритовой
ориентировке его пластин видманшеттеновы
фигуры имеют тот или иной рисунок. Сами
же пластины в сечении выглядят как балки.
Чем меньше содержание никеля в исходном
тэните, тем при более высокой температуре начинается
фазовое превращение и тем дольше длится
рост камаситовых пластин и тем более толстыми
они оказываются к концу роста. Это позволяет
объяснить почему метеориты с высоким содержанием никеля
являются тонкоструктурными, а метеориты
с низким его содержанием - грубоструктурными,
вплоть до образования сплошного монокристалла камасита
(порядка 50 см), как у гексаэдритов. В конце
50-х гг. советскими исследователями методом электронного
микрозондирования был обнаружен специфический
М-образный профиль распределения никеля
в сечении тэнитовых слоев (находящихся между камаситовыми)
железных метеоритов. Как выяснилось при более подробных исследованиях,
выполненных в 60-х гг. Дж. Голстейном, В.
Бухвальдом и другими, этот профиль образуется
также при -g R a превращениях в никелистом
железе при его остывании. Он возникает из-за
разной скорости диффузии никеля в камасите
и тэните (в камасите в 100 раз больше) и более
низкой растворимости никеля в камасите,
чем в тэните. На основе модельных расчетов
профилей никеля в тените при разных его начальных содержаниях
и других параметрах и сравнения этих профилей
с измеренными удалось оценить скорости
остывания вещества железных метеоритов
в недрах родительских тел, а затем и размеры этих
тел. Дж. Вудом в то же время был предложен еще один
метод оценки скорости остывания - по ширине
тэнитовой пластины и концентрации никеля
в ее центре по отношению к среднему содержанию
никеля в метеорите. Оба эти метода дали
совпадающие результаты. Было установлено,
что вещество октаэдритов в интервале
температур 600-400° C остывало со скоростью
около 1-10° C за 106 лет, а в некоторых случаях
и медленнее. Аналогичный результат был
получен и для железо-каменных метеоритов,
металл которых имеет также октаэдритовую
структуру. Более того, изучение металлических
частиц, присутствующих в метеоритах других
классов, показало, что в них также есть
тэнит и камасит. Дж. Вуду удалось применить
к хондритам его методику, разработанную
для железных метеоритов, и также оценить
их скорости остывания. Неожиданно оказалось,
что большинство хондритов остывало со
скоростью близкой к скорости охлаждения
железных метеоритов: около 10° за 106 лет
в интервале температур 550-450° C. Такое длительное
остывание вещества самых разных метеоритов
означает, что в момент нагревания и в
течение длительного последующего периода
времени (десятки и сотни миллионов лет)
они находились глубоко в недрах их родительских
тел. Проведенные расчеты показали, что
для теплозащитного слоя с низкой теплопроводностью
(каким, например, является каменистое
вещество с хондритовым составом) его
толщина должна была составлять 70-200 км.
Из полученного результата следует, что
минимальный минимальный диаметр первичных
родительских тел метеоритов разных классов
мог составлять 140-400 км, а это в точности
соответствует размерам крупных астероидов.
Таким образом, полученная об основной
массе известных метеоритов информация
свидетельствует о том, что их родительскими
телами были крупные астероиды и о том,
что недра последних (по крайней мере некоторых
из них) были расплавленными. Для этого
температура их недр должна была достигнуть
по крайней мере 1200-1400° C (для вещества
хондритового состава). Источниками нагрева
недр астероидов могли быть либо радиоактивные
элементы (например, короткоживущий изотоп
Al26, с периодом полураспада 0,76х106 лет, который
при распаде выделяет много энергии и
превращается в Mg26), либо индуктивные токи,
которые могли возникнуть в некоторых
астероидных телах при мощном выбросе
ионизованного вещества молодым Солнцем.
Но с этими гипотезами до сегодняшнего
дня не все ясно, поскольку для них пока
не находят достаточно подтверждений.
Лишь очень малое количество метеоритов
из земных коллекций не имеют признаков
пребывания в недрах родительских тел.
С помощью гелиево-аргонового
метода удалось определить время вторичного
нагревания некоторых метеоритов до высоких температур
(если это было). Метод основан на измерении количеств
He и Ar, оставшихся в веществе после распада соответственно
тория и радиоактивного K40. Если при низких
температурах эти газы удерживаются веществом,
то при высоких начинают из него просачиваться
или диффундировать. Причем диффузия гелия
начинается при температуре выше 200° C,
а аргона - при нагревании вещества выше
300° C. Нагрев до указанных температур и
выше родительские тела метеоритов или
сами метеороидные тела могли испытать,
не только при упоминавшемся радиоактивном
разогреве недр, но и при сильных столкновениях
с другими объектами или при их сближении
с Солнцем. Такое время или возраст для
некоторых энстатитовых хондритов получается
около 600 млн. лет, что согласуется и с длительным
периодом их остывания от высоких температур.
Можно также оценить и время самостоятельного
существования метеороида, в который входил
тот или иной метеорит, то есть длительность
интервала времени от дробления его родительского
тела до падения метеорита на земную поверхность.
Это их так называемый космический возраст,
который можно определить по плотности треков,
оставленных в веществе метеорита космическими
частицами. Космические частицы (солнечного
и галактического происхождения) не могут проникать глубоко в
вещество и задерживаются в слое толщиной
около 1 м. Если от какого-либо астероида тела
откалывается обломок и продолжает свое
независимое движение в космическом пространстве,
то космический возраст этого обломка будет
определяться возрастом его наиболее "свежей"
грани или стороны. После выполнения ряда
измерений оказалось, что космические возрасты
получаются различными для метеоритов
разных классов. В частности, для энстатитовых
хондритов удалось измерить два достаточно
молодых возраста - 7 и 20 млн. лет. В то же
время, железоникелевые по "космическим"
часам намного старше - им около 700 млн. лет.
Если же говорить об абсолютном возрасте
метеоритов, то он определяется рубидиево-стронциевым методом
(при распаде долгоживущего радиоактивного
изотопа Rb87 образуется стабильный изотоп
Sr87; измерение содержания в веществе Sr87
по отношению к стабильному изотопу Sr86
позволяет найти возраст метеорита). Он
оказывается в пределах 4,5-4,7 млрд. лет, как и у земных
пород.
§7.
Структура метеоритного
вещества и ее связь
с происхождением
метеоритов
§8.
Обломки других планет?
В последнее время выяснилось,
что при падении крупных метеороидов на
Землю, Луну и другие планеты вследствие
передачи части кинетической энергии сталкивающихся
тел их обломкам, скорости последних могут превышать скорости
убегания для этих планет. Например, для того,
чтобы преодолеть поле тяготения Земли,
необходима скорость более 11 км/с, для Марса эта скорость
равна 5 км/с, а для Луны - 2,4 км/с. Таким путем осколки планет
могут попадать в космическое пространство,
некоторое время там блуждать, а затем в результате
захвата гравитационным полем какой-то
из планет, выпадать на нее в виде метеоритов.
Таким образом соседние планеты земной
группы могут "обмениваться" своим
веществом. Это подтверждает ряд фактов.
а)
Лунные и марсианские
метеориты
При сравнении доставленных
на Землю лунных образцов с группой похожих
на них метеоритов оказалось, что это практически одно
и то же вещество. Кроме того, в земных метеоритных
коллекциях давно были известны метеориты,
которые резко отличались по характеристикам
от других, но были в основном похожи между собой.
Их условно назвали SNC (по первым буквам
имен их типичных представителей - Shergotty,
Nakhla и Chassigny, которые происходят от названий
тех населенных пунктов, где их нашли). Сейчас
имеется 12 таких метеоритов и считается,
что они попали на Землю с Марса. Оказалось,
что химический состав газа и его изотопные отношения в одном
из метеоритов этой группы, EETA 79001, совпали
с такими же данными для атмосферы Марса,
которые были получены аппаратами "Викинг",
работавшими на марсианской поверхности в
1976-1978 гг.
б)
Окаменелости древней
марсианской жизни?
Один марсианский метеорит,
ALH 84001 (который нашли в Антарктиде в районе
Алан Хилс; его вес составил 1,9 кг), отнесенный
также к группе SNC, вызвал настоящую сенсацию.
В процессе изучения вещества ALH 84001 ученые
расшифровали интересную историю. Этот
метеорит возник из жидкой магмы 4,5 млрд.
лет назад, когда Марс только формировался.
После чего, 3,9 млрд. лет назад, его вещество
подверглось сильному удару, оставившему многочисленные
трещины. Еще более мощный удар 16 млн. лет назад выбросил
этот метеорит с поверхности Марса в космос,
где он находился до встречи с Землей. И,
наконец, 13 тыс. лет назад он упал на льды
Антарктиды, где пролежал до наших дней.
После 1,5-летних тщательных исследований
этого метеорита группа американских
ученых в августе 1996 г. выступила с заявлением,
что в нем возможно присутствие древних
окаменелостей биологического, но не земного
происхождения. Этот вывод был сделан
не в утвердительной форме, а скорее это
было указание на имеющуюся возможность.
Вблизи поверхности метеорита обнаружено
множество овальных, а иногда удлиненных
червеобразных образований, похожих на
окаменелые колонии древнейших земных
бактерий (см. Рис. 4). Но их размеры, составляющие
10-100 нм, в среднем в 10 раз меньше длины
света видимого диапазона, и в 100-1000 раз
меньше типичных земных бактерий. Их удалось
увидеть только благодаря электронному
микроскопу. В бактериях таких размеров
из-за дифракции света невозможен фотосинтез
и должен быть другой источник энергии.
Кроме того, в их малом объеме невозможно
размещение аппарата наследственности
(ДНК/РНК) и других клеточных механизмов.
В них не были обнаружены и следы клеточных
мембран, удерживающих протоплазму. Также
неясно, почему эти микроокаменелости
оказались в изверженной породе (которая
была разогрета до плавления), а не в осадочной.
Есть и другие аргументы в пользу биологической
природы окаменелостей метеорита ALH 84001.
Вблизи них обнаружены заметные количества
полициклических ароматических углеводородов
- органических соединений, которые обычно
образуются после разложения погибших
микроорганизмов. Там имеются также отложения
карбонатов, окислов, сульфидов и сульфатов
железа, которые сопутствуют земным биологическим
окаменелостям. По одним оценкам возраст
карбонатных соединений в ALH 84001 оказывается
около 3,6 млрд., что соответствует периоду,
когда климат Марса был благоприятен для
возникновения жизни. Но по другим возраст
тех же отложений составляет всего 1,39
млрд. лет, когда на Марсе уже установился
значительно более холодный климат. Чрезвычайный
интерес представляет изотопный состав
карбонатов метеорита. Земные бактерии
обладают способностью в процессе жизнедеятельности
"сортировать" изотопы используемых
химических элементов. В результате этого
в следах бактерий изотопа C13 оказывается
меньше, чем в природных материалах. Как
раз это и обнаружено в ALH 84001 и, вероятно,
является наиболее убедительным доводом
в пользу биологического происхождения
его окаменелостей. Эти экстраординарные
результаты заставили ученых по-новому
взглянуть на идею о панспермии (о распространении
во Вселенной микроскопических зародышей
жизни), которая ранее подвергалась многими
уничтожающей критике.
Заключение
Среди ученых до
сих пор продолжаются дискуссии о соответствии
метеоритов разных классов тем или иным
типам астероидов. В частности о том, почему
оптические характеристики наиболее многочисленных
астероидов S-типа не совпадают с теми же
характеристиками наиболее часто падающих
на Землю хондритов, и о других проблемах взаимосвязи метеоритов
и астероидов. Но самое главное, до сих пор уверенно
не решена небесно-механическая проблема
транспортировки вещества из пояса астероидов
к земной орбите. Большинство ученых сейчас
все же склонны считать, что наиболее вероятными
источниками падающих на земную поверхность
метеоритов являются астероиды, сближающиеся
с Землей (это т.н. Атонцы, Аполлонцы и Амурцы
). Однако все они достаточно мелкие - не
более нескольких десятков километров.
Самые большие среди них 1036 Ганимед и 433
Эрос, средние диаметры которых составляют
38,5 и 22 км соответственно. И все же популяция
сближающихся с Землей астероидов еще
изучена недостаточно для того, чтобы можно было
уверенно ее считать основным источником
метеоритного вещества.
Куда бы ни вывели
нас тернистые пути познания в будущем,
но уже сейчас очевидно, что метеориты -
это один из важнейших источников информации
о прошлом, настоящем и будущем нашей планетной системы,
а быть может, и других миров.
Список
литературы
1. Рожанский И.Д. Анаксагор. М: Наука,
1972
2. Гетман В.С. Внуки Солнца.
М: Наука, 1989.
3. Флейшер М. Словарь минеральных видов. М:
"Мир", 1990, 204 с.
4. Симоненко А.Н. Метеориты -
осколки астероидов. М: Наука, 1979.
5. Интернет-ресурс http://astronews.prao.ru/ - энциклопедия, данные
об открытиях, исследованиях.
6. В качестве ознакомления интернет-карта падений
метеоритов http://maps.google.com/?q=http://googis.info/load/0-0-0-658-20
Приложение 1.
Отдельные метеориты
- Омолон —
железокаменный метеорит весом 250000 грамм.
Метеорит упал 16 мая 1981 года в 5 час. 10 мин.
по местному времени в Магаданской области
в бассейне реки Омолон. Был найден оленеводом
Иваном Тынавьи.
- Abee — энстатитовый
метеорит весом 107000 граммов. Упал 10 июня
1952 года в Канаде.
- Agen — метеорит-хондрит
весом 30000 граммов.
- Alfianello — метеорит-хондрит
весом 228000 граммов.
- Allende — крупнейший
углистый метеорит, найденный на Земле.
Химический состав: 23,6 % железо, 15,9 % кремний,
14,9 % магний, кальций 1,9 %, 1,7 % алюминий, 1,2
% никель, 0,5 % углерод, 0,35 % хром, 0,15 % марганец,
фосфор 0,11 %; 900 частей на миллион титан,
следы ванадия. Упал в Чиуауа, Мексика,
в 1:05 ночи 8 февраля 1969 года. При падении
разбился на множество осколков, которые
выпали на территории 50 × 10 км. Общая масса
около 5 тонн, 3 тонны были собраны и находятся
в различных музеях и институтах мира.
В институте Вернадского РАН хранятся
осколки общим весом 11 740 граммов.
- Anthony — метеорит-хондрит
весом 20000 грамм.
- Armel — каменный
метеорит, обычный хондрит весом 9200 грамм.
Обнаружен единым куском во время вспашки
в округе Юма (Колорадо, США). Название
является официальным. Впервые опубликован
в Метеоритном бюллетене № 49 (Москва) в
1970.
- Ashmore — метеорит-хондрит
весом 55400 граммов. Обнаружен 15 февраля
1969 года в районе Ashmore, Техас.
- Bansur — метеорит-хондрит
весом 42100 граммов.
- Barratta — первый
найденный в Австралии метеорит-хондрит.
Вес — 203000 граммов. Согласно одной из версий,
метеорит был найден в 1859 году австралийским
скотоводом, согласно другой — прохожим
в 1845 году недалеко от станции Барратта.
Тем не менее считается, что «Barratta» является
первым метеоритом, обнаруженным европейцами
в Австралии. Диаметр крупнейшего куска
метеорита составлял 76 см, толщина 30 см
и вес — около 100—150 кг. Общественности
он был представлен в апреле 1871 года правительственным
астрономом Расселом, который подтвердил
его внеземное происхождение. Впоследствии
один из кусков метериота был передан
в Сиднейскую обсерваторию, а оттуда был
перемещён в Австралийский музей. Первое
научное описание «Barratta» было сделано
в 1845 году. Всего имеется пять кусков метеорита
(66 кг, 14 кг, 22 кг, 22 кг, 80 кг), которые были
найдены между 1845 и 1889 годами. Первые три
куска хранятся в Австралийском музее,
остальные два — в одном из музеев Чикаго
(США), хотя небольшие кусочки метеорита
были распространены и по другим музеям
мира.
- Bath — метеорит-хондрит
весом 21000 граммов.
- Beaver — метеорит-хондрит
весом 25 628 граммов. Найден в США в штате
Оклахома в округе Бивер. В честь округа,
в котором найден, и получил своё имя. Известен
также под названием «Тюремный метеорит,
отслуживший 40 лет в тюрьме». Такое название
он получил, потому что прослужил почти
40 лет в качестве упора для двери в тюрьме
округа, пока в 1981 году его не обнаружил
Джим Весткот. Ему удалось «купить» метеорит
за подходящую замену, что оказалось не
так уж просто, поскольку в близлежащей
местности не было камней. В конце концов
ему удалось выменять метеорит за застывший
кусок цемента.
- Bencubbin — железокаменный
метеорит весом 118300 граммов.
- Bjurbole — метеорит-хондрит
весом 330000 граммов
- Bledsoe — метеорит-хондрит
весом 30500 граммов.
- Bondoc — железокаменный
метеорит весом 888000 граммов.
- Boxhole — железный
метеорит весом 82000 граммов.
- Breitscheid —
метеорит-хондрит весом 39000 граммов.
- Buenaventura —
железный метеорит весом 113600 граммов.
- Calliham — метеорит-хондрит
весом 40000 граммов.
- Chico — метеорит-хондрит
весом 103600 граммов.
- Hoba — крупнейший
из найденных метеоритов. Также является
самым большим на Земле куском железа
природного происхождения. Этот железистый
метеорит весом в 60 тонн и объёмом в 9 м³
был найден в Намибии в 1920 возле Хрутфонтейна.
Название свое получил от Hoba West Farm, где,
собственно, его и обнаружил владелец
фермы. По его словам, он наткнулся на метеорит,
когда вспахивал одно из своих полей. В
1920 году масса метеорита составляла 66
тонн, но эрозия, научные исследования
и вандализм сделали свое дело — метеорит
«похудел» до 60-ти тонн. Это побудило правительство
Намибии в марте 1955 объявить метеорит
национальным памятником, чтобы оградить
от посягательств вандалов. В 1985 году Rossing
Uranium Ltd. передала правительству Намибии
средства для усиления мер по охране метеорита
от вандалов. В 1987 владелец фермы Hoba West
пожертвовал метеорит и землю, на которой
он находится, государству. После этого
правительство в этом месте открыло туристический
центр. Каждый год на метеорит приезжают
посмотреть тысячи туристов. Акты вандализма
сошли на нет.
Приложение 2.
Как узнать метеорит?
За год на поверхность Земли падает
не менее тысячи метеоритов, но в руки учёных
попадают немногие. Практически все они найдены случайно.
Известно три основных класса метеоритов.
Железные представляют собой монолитные
куски железоникелевого сплава. Железокаменные
напоминают металлическую губку, заполненную
силикатным веществом. На Земле такие горные
породы не встречаются. Каменные метеориты узнать
труднее. Надёжно это сделать могут только
специалисты. Однако простейшие признаки
метеоритов указать можно.
1. Большая плотность:
метеориты тяжелее, чем, например, гранит или осадочные породы
2. На поверхности
метеоритов часто видны регмаглипты - сглаженные углубления,
напоминающие вмятины пальцев на глине.
3. Иногда ориентированная
форма: метеорит похож на затупленную головку снаряда.
4. На свежих экземплярах видна темная,
тонкая (толщиной около 1 мм) кора плавления.
5. Излом чаще всего серого цвета, на котором
иногда заметны маленькие (размером около 1
мм) шарики - хондры.
6. У большинства
на пришлифованном разрезе видны вкрапления металлического железа.
7. Заметна намагниченность:
стрелка компаса заметно отклоняется.
8. С течением времени окисляются на воздухе,
приобретая бурый, ржавый цвет.
9. У железных метеоритов на полированном и
протравленном кислотой разрезе часто проявляются видманштеттеновы
фигуры - крупные кристаллы металла.
Полезно знать также,
чего у метеоритов не бывает.
1. Метеориты никогда не проплавляются насквозь
подобно шлаку и не имеют внутри пузырьков, пусто каверн.
2. Отсутствует слоистость,
нередко наблюдающаяся у сланце песчаников,
яшмовидных пород.
3. Hет карбонатных
пород вроде мела, известняка, доломита.
4. Не встречаются
окаменелости: раковины, отпечатки ископаемой фауны и т. п.
5. У метеоритов не бывает крупной кристаллической
структуры, подобной граниту
6. Падают метеориты
не горячими и не могут вызвать ожогов, загораний.
7. Падение происходит
почти вертикально, так что в форточку метеориты влететь
не могут.