Изучение самородных металлов в метеоритах и осадочных породах проведено в рамках проекта РФФИ, направленного на изучение магнитных микро - и наноминералов в озерных и морских осадках как индикаторов космических, геологических и техногенных процессов, на изучение вклада космического вещества в палеомагнитный сигнал. Предпринятое изучение коллекции метеоритов из коллекции геологического музея им. Вернадского РАН (40 образцов) дало интересные результаты, позволившие найти критерии микрозондовой идентификации космического вещества в осадочных породах. Космические сферулы и самородные металлы многие авторы используют как индикаторы импактных событий [1,2,3].
В последние десять лет сотрудники института физики Земли РАН (Печерский Д.М., Цельмович В.А., Шаронова З.В.), Казанского университета (Нургалиев Д.К., Гильманова Д.М.), Саратовского университета (Молостовский Э.А., Фомин В.А.) занимаются петромагнитным и микрозондовым анализом металлических частиц
, присутствующих в осадках разных регионов и разного возраста [4,7].
Главные результаты этих исследований сводятся к следующему:
1. В осадках широко распространены металлические частицы в небольших концентрациях, очень редко превышающих 0,001%. При этом обычно отсутствует корреляция содержаний таких частиц с литологическими особенностями осадков и с содержанием заведомо земных магнитных минералов: магнетита, гидроокислов железа и с общим содержанием железа в осадках (парамагнитная намагниченность). Отсутствие корреляции с земными процессами образования осадков свидетельствует о преимущественно космическом происхождении таких частиц, а повсеместное распространение позволяет говорить об их связи с космической пылью [7].
2. Обнаружено 4 интервала глобального
обогащения осадков частицами железа, возраст которых 12–13, 64–66, 84–86 и 94–96 млн. лет.
3. По составу частиц выделяются три группы: чистое железо, никелистое железо, преимущественная концентрация никеля составляет 5-6%, частицы Fe-Ni сплава, содержащего более 20% никеля (вплоть до чистого никеля). Первая и вторая группы распространены повсеместно, отражая свое закономерное присутствие в космической пыли, тогда как третья имеет сугубо локальное распространение и связана, очевидно, с падением метеоритов. Вариации состава частиц Fe выражаются в их точках Кюри, они изменяются во всех разрезах, как мела, так дания и миоцена, в широких пределах, отражая широкие колебания концентрации Ni, и носят скорее случайный характер, характеризуя широкие колебания состава
частиц Fe в облаке космической пыли. В этих разрезах на фоне очень низких концентраций частиц Fe с широкими вариациями содержания Ni зафиксирован пик повышенного содержания Fe с практически постоянной величиной концентрации Ni 5% независимо от места и возраста осадка, содержащего это железо, т.е. это глобальный эффект. Известны многочисленные примеры обнаружения частиц металлического Fe в форме чешуек.
Частицы самородного Fe часто отмечаются и по результатам микрозондовых исследований [2]. Они, в отличие от термомагнитных исследований, позволяют, при корректном приготовлении объекта для исследований, анализировать не только Fe, но и другие магнитные частицы космического происхождения. По составам этих частиц можно делать вывод о специфике космической пыли и метеоритов. Однако возникает вопрос о том, каково происхождение этого железа? Часто высказывается версия в пользу вулканического или, для современных осадков, антропогенного происхождения частиц Fe. Поэтому крайне важно иметь надежный морфологический индикатор того процесса, в результате которого возникли частицы самородного Fe. Найденные критерии могут быть применены к идентификации объектов, происхождение которых неизвестно или вызывает споры – тектиты, новые астроблемы [6,10].
Важно понимание причин, по которым частицы Fe сохранялись в осадках сотни миллионов лет.
При изучении осадков (микрозонд “Tescan Vega II”) автор часто отмечал наличие специфической чешуйчатой (пластинчатой) морфологии частиц Fe, Fe-Ni. Такие структуры были обнаружены:
в метеоритах (рис.1а, б);
в современных озерных осадках оз. Плещеево (Ярославская обл.) (рис.2а, б) и оз. Б.Ложка (Новосибирская обл.) [5];
в материале из кратера Чиксулуб (Мексика) (рис.3а, б),
в зювитах Карской астроблемы,
в палеозойских вулканитах Дальнего Востока, в образцах с границы K/T (Гамс, Стевенс-Клинт),
в образце из силурийско-нижнедевонского разреза Подолии девонского возраста (411 Ма),
в образце из Армении (Кафан, 158 Ма, туфы, обожжённые контакты), и в других объектах, изученных автором;
в тектитах нижегородского падения (1996 г., рис. 4а, 4б, 4в) и канскитах.
Факт обнаружения самородного Fe в осадках девонского возраста достоверен, так как Fe регистрируется различными независимыми методами.
Чешуйчатая микроструктура была отмечена не только в чистом самородном Fe, но и в сплавах Fe и Ni (камасита и тэнита), в частицах самородных металлов - чистого Ni и Co (рис.2б, рис.3а), также относящихся к сидерофильным элементам. Чешуйчатая микроструктура отмечалась и в сплавах Fe с Cr (рис.3б), в частицах самородного Cr, в сплавах Fe-Cu-Sn. Находки металлических частиц с чешуйчатой микроструктурой наряду с другими минералами космического происхождения (алмаз, муассанит, корунд) [2] дают возможность отнести их к космическим минералам.
Рис.1а, б. Чешуйчатое железо-никель (камасит), метеорит Баббс-Милл.
Особый интерес представляет понимание механизма образования чешуек металлов. Чаще всего наблюдаются отдельные металлические чешуйки, возникшие в результате отделения чешуйки (пластинки) от массива, но нередки находки и неразделенных пластинчатых агрегатов. Все эти сплавы обогащены углеродом, что может приводить к их повышенной коррозионной устойчивости, обеспечивающей сохранность частиц в течение сотен миллионов лет. Я полагаю, что такая микроструктура могла возникнуть в результате медленного охлаждения раствора углерода в металле, будь то чистый металл Fe, Ni, Co, Cr, или их сплавы, либо сплавы Fe-Cu-Sn, либо другие, ещё не найденные, композиции металлов.
Серьезным доводом в пользу этого вывода являются чешуйчатые структуры Fe, камасита и тэнита, обнаруженные автором при микрозондовом изучении метеоритов из метеоритной коллекции РАН – в метеоритах Биштюбе (Bishtube, Казахстан, октаэдрит IA, ГР-07369, падение 1888 г.) и Баббс-Милл (Babb’s Mill, октаэдрит IA-Og, падение 1842 г., ГР-7389 рис.1а, б). Они были любезно предоставлены для изучения главным хранителем Геологического музея им. Вернадского РАН М.Н.Кандиновым. Большой интерес представляет изучение механизма образования чешуйчатой структуры. Земным аналогом космической чешуйчатой структуры могут быть подобные структуры в чугуне или в стали. Известно, что углерод в расплавленном чугуне находится в растворенном состоянии в виде мельчайших частиц, равномерно распределенных по всей массе сплава. В процессе затвердевания жидкого чугуна происходит выделение С из раствора. В твердом чугуне С может находиться в виде химического соединения F
3C (цементита) следующего состава: 6,7%С и 93,3 % Fe. Цементит образуется при быстром охлаждении чугуна и представляет собой очень твердое и хрупкое соединение. Когда чугун охлаждается медленно, что характерно для космического материала, С из раствора выделяется в виде пластинчатого (чешуйчатого) графита. Выделяясь в виде пластинок разных размеров и форм, малопрочный графит ослабляет сплав, придавая серому чугуну хрупкость и снижая его механические свойства. Чем крупнее пластинки графита, тем чугун получается более хрупким и с более низкими механическими свойствами. Выделение С из раствора в виде свободного графита и в виде F3C происходит не полностью, часть его до 0,04% остается в растворенном состоянии в металлической части чугуна - феррите. Образование тонких чешуек Fe может быть связано с перлитом – продуктом эвтектоидного превращения высокотемпературной фазы - аустенита при термической обработке, с последующим удалением фазы с повышенной концентрацией C. Ещё более тонкие чешуйки могут быть связаны с выделениями троостита и даже сорбита. Диаграммы состояния Ni-C и Co-C изучены значительно хуже, чем диаграмма Fe-C, позволяющая делать эти выводы. Остается предположить, что в зернах Co (а также в Ni, Ni-Fe, Fe-Cr зернах) механизм образования чешуек такой же, как и в зернах Fe.
Подобные структуры могли возникать при ранних стадиях формирования молодых звезд, и не исключено их досолнечное происхождение. Изучение чешуйчатых металлических структур разного состава из разновозрастных осадков может представлять большой интерес для космогонии.
Микрочастицы самородных металлов найдены автором и при изучении тектитов – канскитов и нижегородских тектитов падения 1996-1997 г. Образцы получены от Е.В. Дмитриева. В них автором при микрозондовом исследовании найдены агрегаты микро- и наночастиц самородных металлов
. Микрочастицы Ni и Fe, интерметаллидов CuZnCr и FeCr были обнаружены в чешуйчатой форме (рис.4а, б, в), что позволяет предположить их космическое происхождение.
Этот диагностический признак (наличие микрочастиц самородных металлов – Fe, Ni, интерметаллидов) можно использовать и при идентификации других тектитов, в том числе "микротектитов" - мелких, размером в миллиметр и меньше стеклянных шариков, которые встречаются в донных отложениях.
Микротектиты относят к внеземному материалу, который в виде космической пыли постоянно оседает на Землю, однако для подтверждения этого вывода требуются индикаторы происхождения. Микровключения самородных металлов могут быть такими индикаторами.
Мешающими факторами для идентификации космического происхождения самородных металлов является их присутствие в пеплах [8] и в нефтегазоносных кристаллических породах [9], где самородные металлы могут появляться благодаря земным восстановительным условиям. Однако набор минералов, их микроструктура и состав будут отличаться от металлов космического происхождения, имеющих характерную гистограмму распределения по составу железа и никеля [7].
Наиболее ярко находки самородных металлов были использованы при идентификации кольцевой структуры Цэнхэр (Монголия) как астроблемы [7], в образцах из которой были обнаружены частицы железа, наплавленные на магнетит (рис.5, свидетельство высокой температуры при импакте) и частицы шрейберзита со следами импакта металлических микрочастиц (разнонаправленными треками, рис. 6).
Рис.5. Слой Fe, наплавленный на магнетит
Рис.6. Шрейберзит (Fe1Ni9Co)3P с типичными треками от космических частиц
Вывод. Методами электронно-зондового микроанализа и термомагнитного анализа в метеоритах и осадочных пород часто можно обнаружить самородные металлы (магнитные и немагнитные) различного состава и морфологии. Присутствие в осадочных породах самородных металлов может свидетельствовать о поступлении космического или вулканического вещества. В ряде случаев их можно достоверно разделить по морфологии и составу (в том числе с использованием гистограммы распределения Fe-Ni, [7]), диагностировав тем самым процессы, приведшие к появлению самородных металлов.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 10-05-00117)
Литература
Бадюков Д. Д., Иванов А. В, Райтала Й., Хисина Н. Р. Сферические микрочастицы из района Тунгусского события: может ли их источником быть Тунгусское космическое тело? // Геохимия, №7, Июль 2011, С.675-689.
Grachev A.F., Korchagin O.A., Kollmann H.A., Pechersky D.M., Tselmovich V.A
. A new look at the nature of the transitional layer at the K/T boundary near Gams, Eastern Alps, Austria, and the problem of the mass extinction of the biota // Russ. J. Earth Sci., 2005, v.7, ES6001, doi:10.2205/2005ES000189.
Корчагин О. А., Цельмович В. А..
Космические частицы (микрометеориты) и наносферы из пограничного слоя глины между мелом и палеогеном (К/Т) разреза Стевенс Клинт, Дания // ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2011, том 437, № 4, с. 520–525.
Печерский Д. М., Д. К. Нургалиев, В. А. Фомин (2010). Космическое железо в осадках– рзультаты термомагнитного анализа // Вестник ОНЗ РАН, 2, NZ6025, doi:10.2205/2010NZ000043, 2010.
Цельмович В.А., Казанский А.Ю. Магнитные частицы космического и антропогенного происхождения из осадков озера Б.Ложка (Новосибирская область) // Электронный научно-информационный журнал “Вестник Отделения наук о Земле РАН” №1(27)′2009 ISSN 1819 – 6586.
Салтыковский А.Я., Цельмович В.А., Байараа Т., Никитин А.Н., Иванкина Т.И., Коматсу Дж., Ормоо Ю.
Импактный кратер и состав космического вещества в раннепалеозойской структурной зоне Южной Монголии // Двенадцатая Международная конференция “Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле”. Москва, 3-5, Борок 6 октября 2011 г. Материалы конференции. Москва, 2011. С.273-277.
Печерский Д.М., Марков Г.П., Цельмович В.А.
Сравнение магнитных минералов в метеоритах и осадках // Двенадцатая Международная конференция “Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле”. Москва, 3-5, Борок 6 октября 2011 г. Материалы конференции. Москва, 2011. С.253-256.
Карпов Г.А., Мохов А.В., Серегина К.А.
“Микрочастицы рудных минералов в пеплах Карымского вулкана” Мат. Конф. ко дню вулканолога, Петропавловск-Камчатский, 2005. С. 30-37.
Лукин А.Е., Савиных Ю., Донцов В.
О самородных металлах в нефтегазоносных кристаллических породах месторождения Белый Тигр (Вьетнам) // Геолог Украины. 2007. №2. С.30-42.
Цельмович В.А
. Микрочастицы металлов в тектитах нижегородского падения и канскитах как индикаторы космического вещества // Двенадцатая Международная конференция “Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле”. Москва, 3-5, Борок 6 октября 2011 г. Материалы конференции. Москва, 2011. С.293-296.
Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса? (Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды. Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
