Далекое и близкое

далекое и близкоеГерой фантастического рассказа Артура Конан-Дойла «Когда Земля вскрикнула» профессор Челленджер выдвигает, а затем и подтверждает совершенно невероятное предположение. Согласно его «теории» Земля — это гигантское живое существо, нечто вроде морского ежа.

Что же, хотя кроме рассказа до нас не дошло никаких более достоверных свиде­тельств об этом великом эксперименте, мы можем подтвердить, что в какой-то степени профессор Челленджер был прав: Земля не мертва и Космос для нее не есть нечто за­поведное, отрезанное непроницаемой сте­ной. Верхние слои атмосферы постепенно «тают», рассеиваются в космическом прост­ранстве; вместе с кислородом и азотом без­возвратно теряются легкие газы — водород, аммиак, метан; улетают мелкие пылевые ча­стицы, выброшенные вулканами из недр Земли, и, наконец… межпланетные космиче­ские станции.

кусок метеоритаОтдельный метеорит из Сихоте-Алиньского метеоритного дождя: его поверхность оплавлена при прохождении через атмосферу

Но природа справедлива: одновременно с «разбазариванием» вещества Земли идет и обратный процесс. Из Космоса на Землю непрерывно обрушиваются ливни космиче­ских лучей, оседает пыль, падают метеори­ты. Одним словом. Земля непрерывно обменивается веществом с Космосом и поэто­му можно смело сказать, что Космос — это среда, в которой живет Земля…

видманштеттеновы фигурыВидманштеттеновы фигуры на полированной поверхности метеорита Чебанкол

Узнать кое-что об этой среде мы можем, исследуя химический состав «вестников Все­ленной» — метеоритов. Богатейшую инфор­мацию о событиях, происходивших в Кос­мосе на протяжении многих миллионов и миллиардов лет — об абсолютном возрасте метеоритного вещества, о продолжительно­сти существования метеоритов как само­стоятельных небесных тел хранит в себе их вещество. Его всестороннее изучение и со­ставляет основную задачу сравнительно мо­лодой науки — космической химии.

Классифицировать и изучать

При прохождении через атмосферу ме­теориты, как правило, разрушаются, дро­бятся и выпадают на Землю в виде пыли, метеоритного дождя, или отдельных экзем­пляров. Размеры метеоритов различны — от нескольких сантиметров до нескольких метров, а вес колеблется от нескольких граммов до нескольких тонн.

распространенность хим элементовОтносительная распространенность химических элементов в метеоритах (1), земной коре (2) и атмосфере Солнца (3)

В настоящее время известно свыше 1700 метеоритов. Кроме чисто внешних осо­бенностей, возникших после прохождения с большой скоростью через атмосферу, у них имеются характерные особенности структуры, минералогического и химическо­го состава, благодаря чему все метеориты можно разделить на несколько типов.

Во-первых, это железные метеориты (или так называемые сидериты), содер­жащие в среднем 90,5 процентов железа, 8,7 процентов никеля и 0,56 процентов ко­бальта. В различных экземплярах содержа­ние никеля лежит в характерных интервалах: 4-7, 5,5-11, 8-20, 20-40 и более процентов. Это послужило основанием для разделения железных метеоритов на пять групп; при­чем две из них со средним содержанием ни­келя 5,5 и 8 процентов относятся к так на­зываемым гексаэдритам и октаэдр итам. Эти метеориты имеют определенную кристаллическую структуру и при травлении кислотой полированных поверхностей распи­лов дают так называемые неймановы линии и видманштеттеновы фигуры. Остальные три группы с высоким содержанием никеля представлены метео­ритами, не имеющими структуры, так назы­ваемыми атакситами.

отсепарированные хондрыОтсепарированные хондры каменного метеорита Аби

Другой тип метеоритов — это железо-каменные метеориты (сидеролиты), содер­жащие в среднем 50 процентов железа; остальные 50 процентов приходятся на долю силикатов — оливина (Мg, Fе)2SiO4 и пироксена (Мg, Fе)SiO3. Эти метеориты в свою очередь подразделяются на так назы­ваемые палласиты и мезосидериты. Палласиты по своему внешнему виду на­поминают губку и состоят в основном из никелистого железа, оливина и примесей других минералов. В отличие от паласситов, в мезосидеритах никелистое железо не об­разует сплошной решетки, а распределено неравномерно по всей массе силикатов, со­стоящих в основном из пироксена; по срав­нению с палласитами в мезосидеритах обна­ружено повышенное содержание натрия, алюминия, кремния и кальция.

И, наконец, самые распространенные ка­менные метеориты (аэролиты) состоят преимущественно из железо-магнезиальных минералов с преобладанием оливина и пи­роксена.

падение метеоритовПадение метеоритов сопровождается различными эффектами в атмосфере и на поверхности Земли

Примерно 90 процентов всех каменных метеоритов относится к хондритам, а остальные 10 процентов — к ахондри­там. Свое название хондриты получили по­тому, что в них есть особые образования сферической или грушевидной формы — х о н д р ы. Хондры напоминают застывшие капли стекла; они вкраплены в метео­ритное вещество, имеющее или аморф­ную, или тонкозернистую структуру. В силь­но измененных под влиянием тепла хондритах граница между хондрами и основным веществом исчезает.

Хондриты, самый многочисленный под­класс метеоритов, принято подразделять на пять групп: энстатитовые, бронзитовые, гиперстеновые, пижонитовые и углистые, отличающиеся как по структуре, так и по химическому составу.

В отличие от хондритов ахондриты не имеют хондр и состоят из обломков различ­ных минералов, сцементированных в сплош­ную массу.

Ахондриты в свою очередь делятся на две группы: бедные кальцием и богатые кальцием. Интересно, что в ахондритах, бедных кальцием, нередко обнаруживаются отдельные хондры, в то время как в богатых кальцием ахондритах хондры встречаются гораздо реже.

И, наконец, следует отметить, что в не­которых метеоритах обнаружены алмазы. Предполагается, что они могли возникнуть при столкновении небесных тел, из которых произошли метеориты, или же при ударе больших метеоритов о Землю.

Итак, хондриты — самый распространен­ный и наименее всего дифференцирован­ный вид метеоритов. Поэтому естественнее всего предположить, что их химический со­став должен наиболее точно отражать со­став метеоритного вещества вообще. Вместе с тем, эти же данные должны после сопо­ставления со средним химическим составом Земли и атмосфер Солнца и звезд уточнить наши сведения о средней космической рас­пространенности химических элементов.

Полученные при помощи новейших ме­тодов анализа наиболее надежные данные о распространенности химических элемен­тов в хондритах мы приводим в виде графи­ка на стр. 4. По оси абсцисс отло­жены атомные номера элементов Z, а по оси ординат — так называемая атомная распро­страненность, то есть число атомов данного элемента, рассчитанное по отношению к чис­лу атомов кремния, принятому равным 106. Для сравнения на этом же графике приведе­но относительное содержание элементов в земной коре и атмосфере Солнца.

Эти данные наглядно свидетельствуют, что основная закономерность, установленная для земной коры и атмосферы Солнца, справедлива и для метеоритов: чем больше атомный номер элемента и, соответственно, чем больше его атомный вес, тем реже он встречается в природе; при этом элементы с четным числом Z имеют повышенную рас­пространенность по сравнению с нечетными соседями. Это особенно резко проявляется в группе редкоземельных элементов (Z = 57—71).

Но, кроме общего сходства состава ме­теоритов, земной коры и атмосферы Солн­ца, можно заметить и некоторые отличия.

  1. Содержание летучих элементов (водо­рода, углерода, азота, кислорода, серы и инертных газов) в земной коре ниже, чем на Солнце.
  2. Содержание легких элементов (лития, бериллия, бора) в атмосфере Солнца и ме­теоритах меньше, чем в земной коре.
  3. Содержание тяжелых элементов в хондритсх ниже, чем в земной коре и атмосфе­ре Солнца.

В целом же метеориты по своему хими­ческому составу сходны с веществом зем­ной коры, но несколько больше соответст­вуют составу внешних слоев Солнца.

Теперь, когда мы знаем структуру и со- став метеоритов, можно попытаться сделать кое-какие выводы. Главный вопрос, некото­рый ищут ответа исследователи, состоит в том, каким образом метеориты образова­лись, какова последовательность и природа событий, приведших к возникновению ме­теоритного вещества.

С одной стороны, кажется правдоподоб­ным, что хондриты произошли из магмы, прошедшей последовательно все стадии окисления. При этом количество окисленно­го железа постепенно увеличивалось, а оставшееся металлическое железо постепенно обогащалось никелем.

Но, с другой стороны, можно предста­вить себе и иную картину. Установлено, что между содержанием в метеоритах окислен­ного и металлического железа существует известная зависимость. Это можно объяс­нить тем, что первоначально окисленное ве­щество восстанавливалось углеродом и угле­водородами, содержащимися в углистых хондритах.

Несомненно одно — метеориты образо­вались в условиях, отличных от земных. Ведь в метеоритах найдено всего 50 мине­ралов (причем семь из них не встречаются на Земле), в то время как в породах земной коры их насчитывается около 3000. Вместе с тем картина усложняется, потому что раз­ные метеориты прошли, по-видимому, и раз­ный путь развития, образовались в различ­ных условиях.

Так, «рождение» железных метеоритов с их характерной структурой должно было происходить при 300—400 С и давлении по­рядка 1000 атмосфер. Такие условия сущест­вуют в недрах тел с большой массой.

Хондриты же должны были образовать­ся при температурах, не превышающих 1000° С: в ином случае хондры не могли бы сохраниться впоследствии. Вместе с тем, существование хондр, состоящих из одного минерала, свидетельствует о том, что про­цессы их перекристаллизации происходили многократно.

На основании этого можно представить себе, что метеориты возникли при раздроб­лении небесных тел, имеющих сравнительно небольшие размеры (например, величиной с Луну). Можно представить себе, что перво­начально холодный сгусток космической пыли уплотнялся и разогревался при грави­тационном сжатии, а также за счет тепла, выделяемого при распаде сравнительно короткоживущих радиоактивных изотопов. При этом в результате процессов, напоми­нающих зонную плавку, произошла дифференциация вещества на ядро, мантию и кору. После разрушения этого «родитель­ского» небесного тела его ядро дало нача­ло железным, железо-каменным метеори­там и ахондритам, глубинные слои мантии — мезосидеритам и некоторым кристалличе­ским хондритам, промежуточные и внешние слои мантии — более легким хондритам, а поверхностная кора — самым легким угли­стым хондритам. Сами же хондры могли об­разоваться в процессах, аналогичных вулка­ническим извержениям.

Но существует и другая гипотеза, соглас­но которой хондры возникли раньше, чем сами метеориты.

Произойти это могло двумя путями. Как известно, на Солнце непрерывно происходят мощные взрывы, сопровождающиеся выбросами сгустков плазмы — протуберанцев. Не исключена вероятность того, что некогда произошел особо мощный выброс солнечного вещества, в результате чего возникло облако, движущееся вокруг Солнца по опре­деленной орбите. При остывании этого облака железо и силикаты конденсирова­лись раздельно. Капельки расплавленного железа объединялись в большие массы, ко­торые затем дали начало железным метео­ритам. Капельки силикатов, претерпев мно­гократные процессы перекристаллизации, превращались в хондры, которые впоследст­вии объединялись в тела. Эти тела сталкива­лись друг с другом и разрушались; в неко­торых из них под влиянием высоких температур и давлений происходили повторные процессы перекристаллизации, в результате чего хондры или частично разрушались, или же исчезали полностью.

хим состав метеоритовХимический состав метеоритов разных классов не одинаков

При последующем объединении крупных тел могли возникнуть образования, подоб­ные протопланетам; часть же вещества в виде хондр и метеоритов осталась рассеян­ной в пространстве и составила так называе­мый пояс астероидов.

Если исходить из предположения, что ве­щество солнечной системы произошло не из раскаленного плазменного облака, а из холодной космической пыли, то это облако могло нагреться до температуры, равной примерно 2000° С (при давлении 1000 атмо­сфер), под действием мощной ударной вол­ны, возникшей при вспышке на Солнце.

При последующем охлаждении часть ве­щества конденсировалась. Структура и хи­мический состав жидких капель могли быть различными в зависимости от условий — скорости и последовательности охлаждения. Другая часть разогретого облака, минуя жидкое состояние, перешла непосредствен­но в твердую фазу.

Из вещества этих двух фракций затем об­разовались тела астероидных размеров, ко­торые не претерпели в дальнейшем сущест­венных изменений. А обломки, возникшие при столкновении и разрушении этих асте­роидов, и стали предшественниками метео­ритов, выпадающих на Землю.

Как видим, картина не отличается особой ясностью и однозначностью. Но это и не удивительно. Химический состав метеоритов сам по себе еще не дает нам представления о действительном развертывании событий во времени. Это не кинематографическая лен­та, а скорее всего множество снимков, сде­ланных на одной и той же пластинке. Нам надо не только выделить из этого наложе­ния снимков отдельные кадры, но и устано­вить их последовательность.

Работа исследователя метеоритов ос­ложняется еще и тем, что «эксперименталь­ный материал» поставляется ему в зависимости от капризов природы: неизвестно сколько бесценных образцов никогда так и не будет найдено. Поэтому можно предста­вить себе, что космохимия добьется гран­диозных успехов после того как появится возможность собирать метеориты с по­мощью спутников и ракет. По-видимому, это время уже не за горами.

Г. М. Колесов

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>