През 2003-2008г. Група руски и австрийски учени с участието на Хайнц Колман, известен палеонтолог и куратор на Националния парк Айзенвурцен, изследва катастрофа, случила се преди 65 милиона години, когато над 75% от всички организми на Земята, включително динозаврите, са измрели. Повечето изследователи смятат, че изчезването е свързано с въздействие на астероид, въпреки че има и други гледни точки
Следите от тази катастрофа в геоложки разрези са представени от тънък слой черна глина с дебелина от 1 до 5 см. Един от тези участъци се намира в Австрия, в Източните Алпи, в Националния парк близо до малкото градче Гамс, разположено на 200 км югозападно от Виена. В резултат на изследване на проби от този раздел с помощта на сканиращ електронен микроскоп бяха открити частици с необичайна форма и състав, които не се образуват при земни условия и са класифицирани като космически прах.
Звездният прах на Земята
За първи път следи от космическа материя на Земята бяха открити в червени дълбоководни глини от английска експедиция, която изследва дъното на Световния океан на кораба Challenger (1872–1876). Те са описани от Мъри и Ренард през 1891 г. На две станции в южната част на Тихия океан, при драгиране от дълбочина 4300 м, са открити проби от фероманганови възли и магнитни микросфери с диаметър до 100 µm, наричани по-късно „космически топки“. Въпреки това, подробностите за железните микросфери, повдигнати от експедицията Challenger, са изследвани едва през последните години. Оказа се, че топките са 90% метално желязо, 10% никел, а повърхността им е покрита с тънка кора на железен оксид.
Фигура: 1. Монолит от секция Gams 1, подготвен за вземане на проби. Слоевете от различна възраст са обозначени с латински букви. Преходният глинен слой между Кредовия и Палеогеновия период (на възраст около 65 милиона години), в който е открито натрупване на метални микросфери и плочи, е отбелязан с буквата "J". Снимка от А. Ф. Грачева
Откриването на мистериозни топки в дълбоководни глини всъщност е свързано с началото на изследването на космическата материя на Земята. Експлозия на интерес сред изследователите към този проблем обаче се случи след първите изстрелвания на космически кораби, с помощта на които стана възможно да се избере лунна почва и проби от прахови частици от различни части на Слънчевата система. Творбите на К. П. Флоренски (1963), който изучава следите от Тунгуската катастрофа, и Е. Л. Кринов (1971), който изучава метеоритен прах на мястото на падането на метеорита Сихоте-Алин.
Промоционално видео:
Интересът на изследователите към металните микросфери доведе до факта, че те започнаха да се намират в седиментни скали от различна възраст и произход. Метални микросфери се намират в ледовете на Антарктида и Гренландия, в дълбоки океански утайки и манганови възли, в пясъците на пустините и крайбрежните плажове. Те често се намират в и около метеоритни кратери.
През последното десетилетие са открити метални микросфери с извънземен произход в седиментни скали от различна възраст: от Долен камбрий (преди около 500 милиона години) до съвременни образувания.
Данните за микросферите и други частици от древни утайки позволяват да се прецени обемите, както и еднородността или неравномерността на притока на космическа материя към Земята, промяната в състава на частиците, пристигащи на Земята от космоса, и основните източници на това вещество. Това е важно, защото тези процеси влияят върху развитието на живота на Земята. Много от тези въпроси все още са далеч от разрешаването, но натрупването на данни и тяхното цялостно проучване несъмнено ще им позволи да се отговори.
Сега е известно, че общата маса на праха, циркулираща в земната орбита, е около 1015 т. От 4 до 10 хил. Т космическа материя падат на повърхността на Земята годишно. 95% от материята, падаща на повърхността на Земята, се състои от частици с размер 50–400 микрона. Въпросът за това как скоростта на навлизане на космическата материя на Земята се променя във времето остава спорен досега, въпреки много изследвания, проведени през последните 10 години.
Въз основа на размера на космическите прахови частици, в момента действителният междупланетен космически прах се излъчва с размер по-малък от 30 микрона и микрометеорити по-голям от 50 микрона. Още по-рано E. L. Кринов предложи да нарече най-малките фрагменти от метеорно тяло, разтопено от повърхността, микрометеорити.
Все още не са разработени строги критерии за разграничаване на космически прах и метеоритни частици и дори използвайки примера на разгледания от нас раздел Гамс, е показано, че металните частици и микросферите са по-разнообразни по форма и състав, отколкото предвиждат съществуващите класификации. Почти перфектната сферична форма, метален блясък и магнитни свойства на частиците се считат за доказателство за техния космически произход. Според геохимика Е. В. Соботович, „единственият морфологичен критерий за оценка на космогенността на изследвания материал е наличието на разтопени топки, включително магнитни“. Освен формата, която е изключително разнообразна, от съществено значение е химичният състав на веществото. Изследователите установихаче заедно с микросферите от космически произход има огромен брой топчета от различен генезис - свързани с вулканична дейност, жизнената активност на бактериите или метаморфизма. Известно е, че железните микросфери от вулканичен произход са много по-малко склонни да имат идеална сферична форма и освен това имат повишена примес на титан (Ti) (повече от 10%).
Руско-австрийска група геолози и снимачен екип от Виена TV в секцията Gams в Източните Алпи. На преден план - А. Ф. Грачев
Произходът на космическия прах
Произходът на космическия прах все още е предмет на дебати. Професор Е. В. Соботович вярва, че космическият прах може да бъде остатъците от първоначалния протопланетен облак, който Б. Ю. Левин и А. Н. Симоненко, вярвайки, че фината материя не може да продължи дълго време (Земята и Вселената, 1980, № 6).
Има и друго обяснение: образуването на космически прах е свързано с унищожаването на астероиди и комети. Както отбелязва Е. В. Соботович, ако количеството космически прах, постъпващо на Земята, не се променя с времето, тогава Б. Ю. Левин и А. Н. Симоненко.
Въпреки големия брой проучвания, понастоящем не може да се даде отговор на този основен въпрос, тъй като има много малко количествени оценки и тяхната точност е противоречива. Наскоро данните от изследвания на изотопи по програмата на НАСА за космически прахови частици, взети в пробата в стратосферата, предполагат съществуването на частици от предслънчев произход. В състава на този прах са открити минерали като диамант, моисанит (силициев карбид) и корунд, които въз основа на изотопите на въглерод и азот позволяват да се отнесе образуването им към времето преди формирането на Слънчевата система.
Важността на изучаването на космически прах в геоложки участък е очевидна. Тази статия представя първите резултати от изследвания на космическата материя в преходния слой глини на границата Креда-палеоген (преди 65 милиона години) от секция Гамс, в Източните Алпи (Австрия).
Общи характеристики на секцията Gams
Частици от космически произход са получени от няколко участъка на преходните слоеве между Креда и Палеогена (в германската литература - границата K / T), разположени в близост до алпийското село Гамс, където едноименната река на няколко места отваря тази граница.
В секцията Gams 1 от изхода е изрязан монолит, в който границата K / T е много добре изразена. Височината му е 46 см, ширината - 30 см в долната част и 22 см - в горната част, дебелината - 4 см. За общо проучване на участъка монолитът е разделен след 2 см (отдолу нагоре) на слоеве, обозначени с букви от латинската азбука (A, B, C… W), а във всеки слой, също след 2 cm, се извършва маркиране с цифри (1, 2, 3 и т.н.). Преходният слой J на K / T интерфейса беше проучен по-подробно, където бяха разграничени шест подслоя с дебелина около 3 mm.
Резултатите от изследванията, получени в секцията Gams 1, се повтарят до голяма степен при изучаване на друга секция - Gams 2. Комплексът от изследвания включва изследване на тънки срезове и мономинерални фракции, техния химичен анализ, както и рентгенова флуоресценция, неутронно активиране и рентгенови структурни анализи, изотопни анализ на хелий, въглерод и кислород, определяне на състава на минералите върху микросонд, магнитоминералогичен анализ.
Разнообразие от микрочастици
Микросфери от желязо и никел от преходния слой между Креда и Палеоген в секцията Гамс: 1 - микросфера Fe с груба ретикуларно-копривна повърхност (горна част на преходния слой J); 2 - микросфера Fe с грапава надлъжно успоредна повърхност (долната част на преходния слой J); 3 - микросфера Fe с кристалографски фасетиращи елементи и груба мрежеста повърхностна текстура (слой М); 4 - микросфера Fe с тънка мрежеста повърхност (горна част на преходния слой J); 5 - Ni микросфера с кристали на повърхността (горната част на преходния слой J); 6 - съвкупност от спечени Ni микросфери с кристалити на повърхността (горната част на преходния слой J); 7 - агрегат от Ni микросфери с микродиаманти (C; горна част на преходния слой J); 8,9 - характерни форми на метални частици от преходния слой между Креда и Палеоген в участъка Гамс в Източните Алпи.
В преходния глинен слой между двете геоложки граници - Креда и Палеоген, както и на две нива в залегналите отлагания на палеоцена в участъка Гамс са открити много метални частици и микросфери от космически произход. Те са много по-разнообразни по форма, повърхностна структура и химичен състав от всички известни досега в преходните глинести слоеве от тази епоха в други региони на света.
В раздела Гамс космическата материя е представена от фино диспергирани частици с различна форма, сред които най-често се срещат магнитни микросфери с размери от 0,7 до 100 μm, състоящи се от 98% чисто желязо. Такива частици под формата на сфери или микросфери се намират в голям брой не само в слой J, но и по-горе, в глини от палеоцена (слоеве К и М).
Микросферите са съставени от чисто желязо или магнетит, някои от които съдържат хром (Cr), сплав от желязо и никел (аваруит) и чист никел (Ni). Някои частици Fe-Ni съдържат примеси от молибден (Mo). В преходния слой глина между Креда и Палеогена всички те са открити за първи път.
Никога преди не сме срещали частици с високо съдържание на никел и значителна примес на молибден, микросфери с присъствие на хром и парчета спирално желязо. В допълнение към металните микросфери и частици, Ni-шпинел, микродиаманти с микросфери от чист Ni, както и разкъсани плочи от Au, Cu, които не се намират в подлежащите и надлежащи отлагания, са открити в преходния глинест слой в Gams.
Характеристики на микрочастиците
Металните микросфери в секцията Gams присъстват на три стратиграфски нива: железни частици с различна форма са концентрирани в преходния глинест слой, в покриващите финозърнести пясъчници на K слоя, а третото ниво е образувано от алевролитите на слоя M.
Някои сфери имат гладка повърхност, други имат решетъчно-изпъкнала повърхност, а трети са покрити с мрежа от малки многоъгълни или система от успоредни пукнатини, простиращи се от една основна пукнатина. Те са кухи, подобни на черупки, пълни с глинести минерали и могат да имат и вътрешна концентрична структура. Fe метални частици и микросфери се намират в преходния глинест слой, но са концентрирани главно в долния и средния хоризонт.
Микрометеоритите са слети частици от чисто желязо или Fe-Ni желязо-никелова сплав (аваруит); размерите им са от 5 до 20 микрона. В горното ниво на преходния слой J са затворени множество аваруитни частици, докато в долната и горната част на преходния слой присъстват чисти железни частици.
Частиците под формата на плочи с напречно-грудка повърхност се състоят само от желязо, ширината им е 10–20 µm, а дължината им е до 150 µm. Те са леко дъговидни и се срещат в основата на преходния слой J. В долната му част се срещат и Fe-Ni плочи с примес на Mo.
Плочите от сплав от желязо и никел имат удължена форма, леко извита, с надлъжни жлебове на повърхността, размерите варират по дължина от 70 до 150 микрона с ширина около 20 микрона. По-често се срещат в долната и средната част на преходния слой.
Феругиновите плочи с надлъжни канали са идентични по форма и размер на Ni-Fe сплавни плочи. Те са ограничени до долната и средната част на преходния слой.
Частиците от чисто желязо, които имат формата на правилна спирала и са огънати под формата на кука, представляват особен интерес. Те са съставени главно от чист Fe, рядко Fe-Ni-Mo сплав. Навитите частици желязо се намират в горната част на J слоя и в покриващия междинен слой от пясъчник (K слой). Спирална частица Fe-Ni-Mo е намерена в основата на преходния слой J.
В горната част на преходния слой J имаше няколко зърна микродиаманти, синтерирани с Ni микросфери. Микросондовите изследвания на никелови топки, проведени на два инструмента (с вълнови и енергийно-дисперсионни спектрометри), показват, че тези топчета се състоят от почти чист никел под тънък филм от никелов оксид. Повърхността на всички никелови топки е осеяна с прозрачни кристалити с изразени близнаци с размер 1-2 mm. Такъв чист никел под формата на сфери с добре кристализирана повърхност не се среща нито в магматичните скали, нито в метеоритите, където никелът задължително съдържа значително количество примеси.
При изследване на монолита от секцията Gams 1 са открити топчета от чист Ni само в най-горната част на преходния слой J (в най-горната му част - много тънък седиментен слой J 6, дебелината на който не надвишава 200 μm), а според данните от термично-магнитен анализ, метален никел присъства в преходен слой, започвайки с подслой J4. Тук заедно с Ni топки са открити и диаманти. В слой, отстранен от куб с площ от 1 cm2, броят на намерените диамантени зърна е в десетки (с размер от фракции микрони до десетки микрони), а никеловите топчета със същия размер - в стотици.
В проби от горната част на преходния слой, взети директно от изхода, са открити диаманти с фини никелови частици на зърнената повърхност. Показателно е, че при изследване на проби от тази част на слой J е разкрито и присъствието на минерала моисанит. По-рано микродиаманти са били открити в преходния слой на границата Кред-Палеоген в Мексико.
Находки в други области
Микросферите на Gams с концентрична вътрешна структура са подобни на тези, които са добивани от експедицията Challenger в дълбоководните глини на Тихия океан.
Железните частици с неправилна форма с разтопени ръбове, както и под формата на спирали и извити куки и плочи много приличат на продуктите от разрушаване на метеорити, падащи на Земята, те могат да се считат за метеоритно желязо. Частиците от аварит и чист никел могат да бъдат причислени към същата категория.
Извитите железни частици са близки до различни форми на Пеле сълзи - капки от лава (лапили), които вулканите изхвърлят от отвора по време на изригвания в течно състояние.
По този начин преходният глинен слой в Гамс има разнородна структура и е ясно разделен на две части. В долните и средните части преобладават железните частици и микросферите, докато горната част на слоя е обогатена с никел: аваруитни частици и никелови микросфери с диаманти. Това се потвърждава не само от разпределението на частиците желязо и никел в глината, но и от данните от химичните и термомагнитните анализи.
Сравнението на данните от термомагнитния анализ и анализа на микросонда показва изключителна хетерогенност в разпределението на никела, желязото и тяхната сплав в J слоя; въпреки това, според резултатите от термомагнитния анализ, чистият никел се записва само от слоя J4. Забележителен е фактът, че спираловидното желязо се среща главно в горната част на J слоя и продължава да се среща в K слоя, който го покрива, където обаче има малко изометрични или ламеларни частици Fe, Fe-Ni.
Подчертаваме, че такава ясна диференциация в желязото, никела и иридия, проявена в преходния глинен слой в Гамс, присъства и в други региони. Например в американския щат Ню Джърси, в преходния (6 см) сферичен слой, иридиевата аномалия рязко се проявява в основата си, а ударните минерали са концентрирани само в горната (1 см) част на този слой. В Хаити, на границата Креда-палеоген и в най-горната част на сферичния слой, има рязко обогатяване с Ni и шоков кварц.
Основен феномен за Земята
Много характеристики на намерените Fe и Fe-Ni сфери са подобни на топките, открити от експедицията Challenger в дълбоководните глини на Тихия океан, в района на Тунгуската катастрофа и местата на падане на метеорита Sikhote-Alin и Nio в Япония, както и в седиментни скали от различни възрасти от много области на света. В допълнение към районите на Тунгуската катастрофа и падането на метеорита Sikhote-Alin, във всички останали случаи образуването не само на сферули, но и на частици с различни морфологии, състоящи се от чисто желязо (понякога със съдържание на хром) и сплав никел с желязо, няма връзка със събитието на удара. Разглеждаме появата на такива частици като резултат от космически междупланетен прах, падащ върху повърхността на Земята - процес, който продължава непрекъснато от формирането на Земята и е един вид фонов феномен.
Много от частиците, изследвани в раздела Гамс, са близки по състав до основния химичен състав на метеоритното вещество на мястото на падането на метеорита Сихоте-Алин (според Е. Л. Кринов това е 93,29% желязо, 5,94% никел, 0,38% кобалт)
Наличието на молибден в някои от частиците не е неочаквано, тъй като включва много видове метеорити. Съдържанието на молибден в метеоритите (железни, каменни и въглеродни хондрити) варира от 6 до 7 g / t. Най-важна е находката на молибденит в метеорита Алиенде под формата на включване в сплавта на метал от следния състав (тегловни%): Fe - 31,1, Ni - 64,5, Co - 2,0, Cr - 0,3, V - 0,5, P - 0,1. Трябва да се отбележи, че в лунния прах, взет от автоматичните станции Luna-16, Luna-20 и Luna-24, са открити също естествен молибден и молибденит.
Първите открити сфери от чист никел с добре кристализирана повърхност не са известни нито в магматичните скали, нито в метеоритите, където никелът задължително съдържа значително количество примеси. Такава структура на повърхността на никеловите топки може да възникне в случай на падане на астероид (метеорит), което доведе до освобождаване на енергия, което направи възможно не само да се стопи материалът на падащото тяло, но и да се изпари. Металните пари биха могли да бъдат вдигнати от експлозията на голяма височина (вероятно десетки километри), където е станала кристализация.
Частици, съставени от аваруит (Ni3Fe), се намират заедно с метални топки от никел. Те принадлежат към метеоритен прах и разтопените железни частици (микрометеорити) трябва да се разглеждат като „метеоритен прах“(в терминологията на Е. Л. Кринов). Диамантените кристали, срещани заедно с никелови топки, вероятно са възникнали в резултат на аблация (топене и изпаряване) на метеорит от същия облак от пари по време на последващото му охлаждане. Известно е, че синтетичните диаманти се получават чрез спонтанна кристализация от въглероден разтвор в метална стопилка (Ni, Fe) над равновесната линия на графит-диамант във формата на монокристали, техните сраствания, близнаци, поликристални инертни материали, рамкови кристали, кристали с форма на игла, неправилни зърна. Почти всички изброени типоморфни характеристики на диамантените кристали са открити в изследваната проба.
Това ни позволява да заключим, че процесите на кристализация на диаманти в облак от никел-въглеродни пари по време на охлаждането и спонтанната кристализация от въглероден разтвор в стопилка на никел в експериментите са подобни. Окончателното заключение за същността на диаманта обаче може да се направи след подробни изотопни изследвания, за които е необходимо да се получи достатъчно голямо количество вещество.
По този начин, изследването на космическата материя в преходния глинест слой на границата Креда-палеоген показва нейното присъствие във всички части (от слой J1 до слой J6), но признаци на събитие на удар се регистрират само от слой J4, който е на 65 милиона години. Този слой космически прах може да се сравни със смъртта на динозаврите.