Метеориты - небольшие твёрдые тела, которые пройдя через земную атмосферу, упали на поверхность Земли. Большинство метеорных тел, которые сталкиваются с Землёй, сгорают в атмосфере, но некоторые из них долетают до поверхности Земли.
По химическому составу метеориты можно разделить на три больших класса:
1. Каменные (аэролиты) - содержащие наименьшее количество железа, менее 20%. Они состоят из того же вещества, что и обычные земные породы. Поэтому их трудно обнаружить. Особенно, если они какое-то время подвергаются воздействию земных погодных условий - дождя, снега, ветра. Таких метеоритов большинство, около 90% от числа всех, сталкивающихся с Землёй.
2. Железокаменные (сидеролиты) - состоят из равных пропорций минералов и металлического железа. иногда имеют крупнозернистую структуру и поэтому легко опознаются. Они составляют 2% от общего числа, падающих на Землю.
3. Железные (сидериты) - состоят из железа, но могут содержать до 20% никеля. Их всего 6%. Такие метеориты легко обнаруживаются при помощи магнитов и детекторов металлов.
Если железный метеорит разрезать, отполировать и протравить азотной кислотой, то на нём выступает рисунок взаимопроникающих кристаллов металла. Это видманштеттеновы фигуры. Такие кристаллы могли вырасти только при условии, что расплавленная железо-никелиевая глыба остывала очень медленно, в течение миллионов лет.
Большинство метеоритов связаны с астероидами. Они появляются при столкновениях и дроблении более крупных небесных тел.
Время от времени на Землю падают крупные метеориты. Это происходит примерно один раз в 100 000 лет. В Аризоне есть огромный кратер диаметром около 1,5 км. По оценкам учёных метеорит упал 22 000 лет назад. Вокруг кратера было найдено 25 т. железных метеоритов.
Анализ спектра солнечного света, отражённого от астероидов, показывает, что их состав такой же как у метеоритов.
10% астероидов имеют железо-каменный состав. Они довольно крупные и достигают 100-200 км. в диаметре. Находятся вблизи орбиты Марса.
10% из всего числа - железные астероиды.
Около 80% астероидов каменные. Метеориты такого типа называют углистыми хондритами. В таких метеоритах много воды и содержатся органические молекулы.
Углистые хондриты состоят из самых старых пород, более древних, чем найденные на Земле и Луне. Это образцы первичного вещества, из которого состояли планетезимали.
Метеор – падающая светящаяся «звезда». Светящаяся чёрточка, возникающая в небе при движении с высокой скоростью метеорной частицы, сгорающей в атмосфере Земли. Метеоры, в отличие от метеоритов, возникают из рыхлых тел с малой плотностью, образующихся из комет.
Каждые сутки на Землю падает около 3000т межпланетного вещества. Большая часть этого вещества находится в виде пылевых частиц (называемых микрометеоритами), которые слишком малы и легки, чтобы произвести свечение в атмосфере. Эти частицы просто медленно проходят через атмосферу и оседают на Земле. Образцы такого вещества можно собрать в арктических и антарктических областях.
Когда Земля проходит через потоки более крупных частиц, наблюдаются “звёздные дожди” или метеорные потоки. Ежегодно наблюдается около 10 метеорных потоков. При этом кажется, что метеоры разлетаются из какой-то определённой части неба. Если продлить линии, очерченные метеорами, они пересекутся в какой-то области. Она называется радиантом метеорного потока. Самые крупные радианты находятся в созвездиях Персея, Лиры, Льва, Ориона, Близнецов и потоки называются Персеиды, Лириды, Леониды, Ориониды, Геминиды. В ясную безлунную ночь можно наблюдать до 60 метеоров за час. Иногда их интенсивность может быть очень высокой. Так утром 17 ноября 1966 года в восточной части США наблюдалось более 2000 метеоров в минуту.
Метеорит - это твердое внеземное вещество, сохранившееся при прохождении через атмосферу и достигшее поверхности Земли. Метеориты - наиболее примитивное в-во СС, не испытавшее дальнейшего фракционирования с момента образования. Это основано на том, что относительная распр. тугоплавких эл. в метеоритах соответствует солнечной распр. Метеориты подразделяются на (по содержанию металл. фазы): Каменные (аэролиты): ахондриты, хондриты, Железокаменные (сидеролиты), Железные (сидериты). Железные метеориты – состоят из камасита - самородного Fe космического происхождения с примесью никеля от 6 до 9%. Железокаменные метеориты Малораспр. группа. Имеют грубозернистые структуры с равными по весу долями силикатной и Fe фаз. (Силикатные минералы - Ol, Px; Fe фаза - камасит с видманштеттеновыми прорастаниями). Каменные метеориты – состоят из силикатов Mg и Fe c примесью металлов. Подразделяются на Хондритовые, ахондритовые и углистые. Хондриты: сфероидальные обособления размером первые мм и менее, сложенные силикатами, реже силикатным стеклом. Погружены в богатую Fe матрицу. Основная масса хондритов представляет собой тонкозернистую смесь Ol, Px-ов (Ol-бронзитовые, Ol-гиперстеновые и Ol-пижонитовые) с никелистым Fe (Ni-4-7%), троилитом (FeS) и плагиоклазом. Хондриты – закристалл. или стекловатые капли, кот. Образ. при плавлении ранее существовавшего силикатного материала, подвергавшегося, нагреванию. Ахондриты: Не содержат хондр, имеют более низкое содер. никелистого Fe и более грубые структуры. Их главные минералы – Px и Pl, некоторые типы обогащены Ol. По составу и структурным особенностям ахондриты похожи на земные Габброиды. Состав и структура говорят о магматическом происхождении. Иногда наблюдаются пузырчатые структуры как у лав. Углистые хондриты (большое кол-во углеродистого вещества) Хар-рная черта углистых хондритов - наличие летучей составляющей , что указывает на примитивность (не произошло удаление летучих эл.) и не претерпели фракционирования. Тип С1 содержит большое кол-во хлорита (водные Mg, Fe алюмосиликаты), а также магнетит , водно-растворимые соли , самородную S , доломит, оливин, графит, орган. соединения. Т.е. с момента их образ-я они сущ. при Т, не > 300 0 С. В составе хондритовых метеоритов недостаток 1/3 хим. Эл. по сравнению с составом углистых хондритов , кот. наиболее близки к составу протопланетного вещества. Наиболее вероятная причина дефицита летучих эл. - последовательная конденсация эл. и их соединений в порядке, обратном их летучести.
5. Исторические и современные модели аккреции и дифференциации протопланетного вещества О.Ю.Шмидт в 40-х годах высказал идею о том, что Земля и планеты ЗГ образовались не из раскаленных сгустков солнечных газов, а путем аккумуляции ТВ. тел и частиц - планетезималей, испытавших плавление позднее во время аккреции (разогрев из-за столкновений крупных планетезималей, диаметром до первых сотен км). Т.е. ранняя дифференциация ядра и мантии и дегазация. Сущ. две точки зрения относит. механизма аккумуляции и представлений о форм-ии слоистой структуры планет. Модели гомогенной и гетерогенной аккреции : ГЕТЕРОГЕННАЯ АККРЕЦИЯ 1. Кратковременная аккреция. Ранние модели гетерогенной аккреции (Турекиан, Виноградов) предполагали, что З. аккумулировалась из материала по мере его конденсации из протопланетного облака. Ранние модели включают раннюю >Т аккумуляцию Fe-Ni сплава, образующего протоядро З., сменяющуюся с пониж. Т аккрецией внешних ее частей из силикатов. Сейчас считают, что в процессе аккреции происходит непрерывное измен. в аккумулирующемся материале отношения Fe/силикат от центра к периферии форм-ейся планеты. При аккумуляции З. разогревается, => плавление Fe, которое отделяется от силикатов и опускается в ядро. После охлаждения планеты добавляется около 20 % ее массы материалом, обогащенным летучими по периферии. В протоземле не существовало резких границ между ядром и мантией, кот. установились в результате гравит. и хим. дифференциации на следующем этапе эволюции планеты. В ранних вариантах дифференциация происходила преимущественно в процессе формирования ЗК, и не захватывала Землю целиком. ГОМОГЕННАЯ АККРЕЦИЯ 2. Принимается большее время аккреции - 10 8 лет. При аккреции Земли и планет ЗГ конденсирующиеся тела имели широкие вариации состава от углистых хондритов, обогащенных летучими до в-ва, обогащенного тугоплавкими компонентами типа Allende. Планеты форм. из этого набора метеоритного в-ва и их различие и сходство определялось относит. пропорциями в-ва различного состава. Так же имела место макроскопическая однородность протопланет. Существование массивного ядра говорит о том, что изначально привнесенный Fe-Ni метеоритами сплав, равномерно распределенный по всей З., выделился в ходе ее эволюции в центральную часть. Однородная по составу планета расслоилась на оболочки в процессе гравитационной дифференциации и химических процессов. Современная модель гетерогенной аккреции , позволяющая объяснить хим. состав мантии разрабатывается группой немецких ученых (Венке, Дрейбус, Ягоутц). Они установили, что содержания в мантии умеренно летучих (Na, K, Rb) и умеренно сидерофильных (Ni, Co) эл., с различ. Коэф-ми распределения Ме/силикат, имеют одинаковую распространенность (нормированную по С1) в мантии, а наиболее сильно сидерофильные элементы имеют избыточные концентрации. Т.е. ядро не находилось в равновесии с мантийным резервуаром. Ими предложена гетерогенная аккреция :1. Аккреция начинается с накопления сильно восстановленного компонента А, лишенного летучих эл. и содержащего все остальные эл. в количествах отвечающих С1, и Fe и все сидерофилы в восстановленном состоянии. С повышением Т одновременно с аккрецией начинается образование ядра. 2. После аккреции в 2/3 массы З. начинает накапливаться все более окисленный материал, компонент В. Часть Ме компонента А еще сохраняется и способствует извлечению наиболее сидерофильных эл. и их переносу в ядро. Источником умеренно летучих, летучих и умеренно сидерофильных эл. в мантии явл. компонент В, что и объясняет их близкую относительную распространенность. Таким образом, Земля на 85% состоит из компонента А и на 15 % из В. В целом состав мантии форм-ся после отделения ядра путем гомогенизации и перемешивания силикатной части компонента А и вещества компонента В.
6. Изотопы химических элементов. Изотопы - атомы одного эл., но имеющих разное число нейтронов N. Они различаются только по массе. Изотоны - атомы разных эл., имеющие разные Z, но одинаковые N. Они располагаются в вертикальных рядах. Изобары - атомы разных эл., у кот. равные масс. числа (А=А), но разные Z и N. Они располагаются в диагональных рядах. Стабильность ядер и распространенность изотопов; радионуклиды Число известных нуклидов ~ 1700, из них стабильны ~ 260. На диаграмме нуклидов стабильные изотопы, (затемненные квадраты), образуют полосу, окруженную нестабильными нуклидами. Стабильны только нуклиды с определенным соотношением Z и N. Отношение N к Z растет от 1 до ~ 3 с увеличением А. 1. Стабильными являются нуклиды, у кот. N и Z примерно равны. До Са в ядрах N=Z. 2. Большая часть стабильных нуклидов имеет четные Z и N. 3. Менее распространены стабильные нуклиды с чет. Z и нечет. N или чет. N и нечет. Z. 4. Р редки стабильные нуклиды с нечет.Z и N.
|
число стабильных нуклидов | ||||
|
нечетное |
нечетное | |||
|
нечетное |
нечетное | |||
|
нечетное |
нечетное |
В ядрах с чет. Z и N нуклоны образуют упорядоченную структуру, что определяет их стабильность. Число изотопов меньше у легких эл. и увел. в средней части ПС, достигая максимума у Sn (Z=50) , имеющего 10 стабильных изотопов. У элементов с нечет. Z стабильных изотопов не более 2.
7. Радиоактивность и ее виды Радиоактивность - самопроизвольные превращения ядер неустойчивых атомов (радионуклидов) в стабильные ядра других элементов, сопровождающиеся эмиссией частиц и/или излучением энергии. Св-во рад-ти не зависит от хим. Св-в атомов, а опред-ся строением их ядер. Радиоактивный распад сопровождается измен. Z и N родительского атома и приводит к превращению атома одного эл. в атом другого эл. Так же, Резерфордом и другими учеными было показано, что рад. распад сопровождается эмиссией излучения трех различных типов, a, b, g. a -лучи - потоки высокоскоростных частиц - ядер Не, b - лучи - потоки e – , g - лучи - электромагнитные волны с большой энергией и с более короткой λ. Виды радиоактивности a-распад - распад путем эмиссии a-частиц, он возможен для нуклидов с Z> 58 (Се), и для группы нуклидов с небольшим Z , включая 5He, 5Li, 6Be. a-частица состоит из 2 Р и 2N, происходит смещение на 2 позиции по Z. Первоначальный изотоп наз-ся родительским или материнским, а новообразованный - дочерним .
b-распад - имеет три вида: обычный b -распад, позитронный b -распад и e – захват. Обычный b-распад - можно рассматривать как превращение нейтрона в протон и e – , последний или бета-частица - выбрасывается из ядра, сопровождается эмиссией энергии в форме g-излучения. Дочерний нуклид является изобаром родительского, но его заряд больше.
Бывает серия распадов пока не образуется стаб-ый нуклид. Пример: 19 K40 -> 20 Ca40 b - v- Q. Позитронный b-распад - эмиссия из ядра положительной частицы позитрона b , его образование - превращение ядерного протона в нейтрон, позитрон и нейтрино. Дочерний нуклид является изобаром, но имеет меньший заряд.
Пример, 9 F18 -> 8 O18 b v Q Атомы, с избытком N и располагающиеся справа от зоны ядерной стабильности, являются b - -радиоактивными, т.к. при этом число N уменьшается. Атомы слева от области ядерной стабильности нейтроннодефицитны, они испытывают позитронный распад и число их N увеличивается. Таким образом, при b - и b -распаде наблюдается тенденция изменения Z и N , приводящая к приближению дочерних нуклидов к зоне ядерной стабильности. e – захват - захват одного из орбитальных электронов. Высока вероятность захвата из К-оболочки, кот. ближе всего к ядру. e – захват вызывает эмиссию из ядра нейтрино. Дочерний нуклид явл. изобаром, и занимает тоже положение относительно родительского, что и при позитронном распаде. b - -излучение отсутствует, а при заполнении вакансии в К-оболочке выделяются Х-лучи. При g-излучении не изменяются ни Z, ни A; при возвращении ядра в обычное состояние энергия выделяется в форме g-излучения. Некоторые дочерние нуклиды природных изотопов U и Th могут распадаться либо испуская b-частицы, либо путем a-распада. Если вначале происходил b-распад, то затем a-распад, и наоборот. Другими словами, два этих альтернативных вида распада образуют замкнутые циклы и всегда приводят к одному и тому же конечному продукту - стабильным изотопам Pb.
8. Геохимические следствия радиоактивности земного вещества. Лорд Кельвин (Уильям Томсон) с 1862 по 1899 г. выполнил ряд расчетов, кот. налагали ограничения на возможный возраст Земли. Они основывались на рассмотрении светимости Солнца, влиянии лунных приливов и процессах охлаждения З. Он пришел к выводу, что возраст Земли составляет 20-40 млн. лет. Позже Резерфорд выполнил определение возраста U мин. и получил значения около 500 млн. лет. Позже Артуром Холмсом в его книге “Возраст Земли” (1913 г) показал важность изучения радиоактивности в геохронологии и привел первую ГХШ. Она была основана на рассмотрении данных о мощности отложений осадочных гп и о содержании продуктов радиогенного распада - He и Pb в U-содержащих минералов. Геохронологическая шкала - шкала естественноисторического развития ЗК, выраженная в числовых единицах времени. Возраст аккреции З. составляет около 4,55 млрд. лет. Период до 4 или 3,8 млрд. лет - время дифференциации планетных недр и образования первичной коры, его называют катархеем. Наиболее длительный период жизни З. и ЗК - это докембрий, кот. простирается от 4 млрд. лет до 570 млн. лет, т.е. около 3,5 млрд. лет. Возраст древнейших известных сейчас пород превышает 4 млрд. лет.
9. Геохимическая классификация элементов В.М. Гольшмидта В основу положены : 1- распределение эл. между различными фазами метеоритов - разделение в ходе первичной ГХкой дифференциации З. 2- специфическое химическое сродство с теми или иными элементами (O, S, Fe), 3- строение электронных оболочек. Ведущие эл., слагающие метеориты, – O, Fe, Mg, Si, S. Метеориты состоят из трех главных фаз: 1) металл., 2) сульфидной, 3) силикатной. Все эл. распределяются между этими тремя фазами в соответствии с их относительным сродством к O, Fe и S. В классификации Гольдшмидта выделяются следующие группы эл.: 1) Сидерофильные (любящие железо) – металл. фаза метеоритов: эл., образующие с Fe сплавы произвольного состава - Fe, Co, Ni, все платиноиды (Ru, Rh, Pd, Pt, Re, Os, Ir), и Mo. Часто имеют самородное состояние. Это переходные элементы группы VIII и некоторые их соседи. Формируют внутреннее ядро З. 2) Халькофильные (любящие медь)- сульфидная фаза метеоритов: эл., образующие природные соед-я с S и ее аналогами Se и Te, имеют также сродство с As(мышьяк), иногда их называют (сульфурофильные). Легко переходят в самородное состояние. Это элементы побочных подгрупп I-II и главных подгрупп III- VI групп ПС с 4 по 6 период S. Наиболее известны – Сu, Zn, Pb, Hg, Sn, Bi, Au, Ag. Сидерофильные эл. – Ni, Co, Mo также могут быть халькофильными при большом кол-ве S. Fe в восстановительных условиях имеет сродство к S (FeS2). В современной модели З. эти металлы образуют внешнее, обогащенное серой, ядро З.
3) Литофильные (любящие камень) – силикатная фаза метеоритов: эл., имеющие сродство к O 2 (оксифильные). Образуют кислородные соединения - окислы, гидроокислы, соли кислородных кислот-силикаты. В соединениях с кислородом имеют 8-электронную внеш. оболочку. Это самая многочисленная группа из 54 элементов (С, распространенные петрогенные - Si, Al, Mg, Ca, Na, K, элементы семейства железа – Ti, V, Cr, Mn, редкие - Li, Be, B, Rb, Cs, Sr, Ba, Zr, Nb, Ta, REE, т.е. все остальные кроме атмофильных). В окислительных условиях железо оксифильно - Fe2O3. формируют мантию З. 4) Атмофильные (хар-но газообразное состояние) – матрикс хондритов: H, N инертные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) . Формируют атмосферу З. Так же есть такие группы: редкоземельные Y, щелочные, крупноионные литофильные элементы LILE (K, Rb, Cs, Ba, Sr), высокозарядные элементы или элементы с высокой силой поля HFSE (Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Th). Некоторые определения эл.: петрогенные (породообразующие, главные) второстепенные, редкие, микроэлементы - с конц. не более 0,01%. рассеянные – микроэл. не образующие собственных минералов акцессорные - образуют акцессорные мин. рудные - образуют рудные мин.
10. Основные св-ва атомов и ионов, определяющие их поведение в природных системах . Орбитальные радиусы - радиусы максимумов радиальной плотности e – внеш. орбитали. Они отражают размеры атомов или ионов в свободном состоянии, т.е. вне хим. связи. Главным фактором, является e – структура эл., и чем больше e – оболочек тем больше размер. Для опред. размеров атомов или ионов важным способом явл. Опред. расстояния от центра одного атома до центра другого, кот. называется длиной связи. Для этого используют рентгеновские методы. В первом приближении атомы рассматриваются в виде сфер, и применяется “принцип аддитивности”, т.е. полагают, что межатомное расстояние складывается из суммы радиусов атомов или ионов, слагающих в-во. Тогда зная или принимая некоторую величину в качестве радиуса одного эл. можно рассчитать размеры всех других. Рассчитанный таким образом радиус называется эффективным радиусом . Координационное число - число атомов или ионов, расположенных в непосредственной близости вокруг рассматриваемого атома или иона. КЧ определяется отношением R k /R a: Валентность - количество e – , отданных или присоединенных атомом при образовании хим. связи. Потенциал ионизации - это энергия, необходимая для удаления e – из атома. Она зависит от строения атома и опред-ся экспериментально. Потенциал ионизации соответствует напряжению катодных лучей, которое достаточно для ионизации атома этого эл. Может быть несколько потенциалов ионизации, для нескольких e – удаляемых с внеш. e – оболочки. Отрыв каждого последующего e – требует большей энергии и не всегда может быть. Обычно используют потенциал ионизации 1го e – , кот. обнаруживает периодичность. На кривой потенциалов ионизации щелочные металлы, легко теряющие e – , занимают минимумы на кривой, инертные газы – вершины. С ростом атомного номера потенциалы ионизации увеличиваются в периоде и уменьшаются в группе. Обратной величиной является сродство кe – . Электроотрицательность - способность при вступлении в соединения притягивать e – . Наиболее электроотрицательны галогены, наименее - щелочные металлы. Электроотрицательность зависит от заряда ядра атома, валентности его в данном соединении и строения e – оболочек. Неоднократно делались попытки выразить ЭО в единицах энергии или в условных единицах. Величины ЭО закономерно изменяются по группам и периодам ПС. ЭО минимальны для щелочных металлов и возрастают к галогенам. У литофильных катионов ЭО уменьш. от Li к Cs и от Mg к Ba, т.е. с увел. ионного радиуса. У халькофильных эл. ЭО выше чем у литофильных из той же группы ПС. У анионов группы О и F ЭО уменьшается вниз по группе и следовательно она максимальна у этих эл. Эл. с резко различными значениями ЭО образуют соединения с ионным типом связи, а с близкими и высокими - с ковалентным, с близкими и низкими – металлическим типом связи. Ионный потенциал Картледжа (I)равен отношению валентности к R i , он отражает св-ва катионогенности или ионогенности. В.М.Гольшмидт показал, что св-ва катионогенности и анионогенности зависят от соотношения валентности (W) и R i для ионов типа благородных газов. Это отношение в 1928 г. К.Картледж назвал ионным потенциалом I. При малых значениях I эл. ведет себя как типичный металл и катион (щелочные и щелочноземельные металлы), а при больших - как типичный неметалл и анион (галогены). Эти соотношения удобно изображать графически. Диаграмма: ионный радиус - валентность. Величина ионного потенциала позволяет судить о подвижности эл. в водной среде. Эл. с низкими и высокими значениями I являются наиболее подвижными легко (c низкими - переходят в ионные растворы и мигрируют, с высокими – образуют комплексные растворимые ионы и мигрируют), а с промежуточными – инертные. Основные типы хим. связи, хар-р связи в основных группах минералов.Ионная – образ-ся вследствие притяжения ионов с противоположными зарядами. (с большой разницей в электроотрицательности) Ионная связь преобладает у большинства мин. ЗК - окислов и силикатов, это наиболее распространенный тип связи также в гидро- и атмосферах. Связь обеспечивает легкую диссоциацию ионов в расплавах, растворах, газах, благодаря чему происходит широкая миграция хим. Эл., их рассеяние и конц-ие в земных геосферах. Ковалентная – сущ. благодаря взаимодействию e – , используемых разными атомами. Типична для эл. с равной степенью притяжения e – , т.е. ЭО. Хар-на для жидких и газообразных в-в (H2O, Н2, O2, N2) и менее для кристалл. Ковалентной связью хар-тся сульфиды, родственные им соединения As, Sb, Te, а также моноэл. соединения неметаллов – графит, алмаз. Ковалентные соединения характеризуются слабой растворимостью. Металлическая - особый случай ковалентной связи, когда каждый атом разделяет свои e – со всеми соседними атомами. e – способны к свободным передвижениям. Типична для самородных металлов (Си, Fe, Ag, Au, Pt). Многие мин. обладают связью, кот. относится частично к ионной, частично к ковалентной. В сульфидных мин. максимально проявлена ковалентная связь, она имеет место между атомами металла и S а металлическая - между атомами металла (металл. блеск сульфидов). Поляризация - это эффект искажения e – облака аниона маленьким катионом с большой валентностью так, что маленький катион, притягивая к себе крупный анион, и уменьшает его эффективный R, сам входя в его e – облако. Таким образом, катион и анион не представляют собой правильные сферы, а катион вызывает деформацию аниона. Чем выше заряд катиона и меньше его размер тем сильнее действие поляризации. И чем больше размер аниона и его отрицательный заряд тем сильнее он поляризуется - деформируется. Литофильные катионы (с 8 эл. оболочками) вызывают меньшую поляризацию, чем ионы с достраивающимися оболочками (типа Fe). Халькофильные ионы с большими порядковыми номерами и высоковалентные вызывают наиболее сильную поляризацию. С этим связано образование комплексных соединений: 2- , , 2- , 2- , кот. растворимы и явл. главными переносчиками металлов в гидротермальных растворах.
11.Состояние(форма нахождения) эл. в природе. В ГХ выделяют: собственно мин. (кристалл. фазы), примеси в мин., различные формы рассеянного состояния; форма нахождения эл. в природе несет сведения о степени ионизации, хар-ре хим. связей эл. в фазах и т.п. В-во (эл.) находится в трех главных формах. Первая - конц-е атомы, образ. звезды различ. типов, газовые туманности, планеты, кометы, метеориты и косм. тв. частицы в-ва. Степень конц. В-ва во всех телах отличается. Наиболее рассеянные состояния атомов в газовых туманностях удерживаются гравитационными силами или находятся на грани их преодоления. Вторая - рассеянные атомы и молекулы, образ-е межзвездный и межгалактический газ, состоящий из свободных атомов, ионов, молекул, e – . Кол-во его в нашей Галактике значительно меньше, чем в-ва, которое сосредоточено в звездах и газовых туманностях. Межзвездный газ находится на различ. стадиях разреженности. Третья - интенсивно мигрирующие, летящие с громадной скоростью атомные ядра и элементарные частицы, составляющие космические лучи. В.И. Вернадский выделил главные четыре формы нахождения хим. Эл. в ЗК и на ее поверхности: 1.горные породы и минералы (твердые кристаллические фазы), 2.магмы, 3.рассеянное состояние, 4.живое в-во. Каждая из этих форм отличается особым состоянием их атомов. Сущ. и другое выделение форм нахождения эл. в природе, зависящие от конкретных св-в самих эл. А.И. Перельман выделил подвижные и инертные формы нахождения хим. Эл. в литосфере. По его определению, подвижная форма представляет собой такое состояние хим. Эл. в гп, почвах и рудах, находясь в кот. Эл. легко может переходить в р-р и мигрировать. Инертная форма представляет такое состояние в г.п., рудах, коре выветривания и почвах, в кот. Эл. в условиях данной обстановки обладает низкой миграционной способ-ю и не может переходить в р-р и мигрировать.
12.Внутренние факторы миграции .
Миграция - перемещение хим. Эл. в геосферах З, ведущее к их рассеянию или конц. Кларковые – средние конц. в главных типах гп ЗК каждого хим. Эл. можно рассматривать как состояние его равновесия в условиях данной хим. среды, отклонение от кот. постепенно сокращается путем миграции этого эл. В земных условиях миграция хим. Эл. происходит в любых средах – ТВ. и газообразной (диффузия), но легче в жидкой среде (в расплавах и водных р-рах). При этом формы миграции хим. Эл. также различны – они могут мигрировать в атомарной (газы, расплавы), ионной (растворы, расплавы), молекулярной (газы, р-ры, расплавы), коллоидной (р-ры) формах и, в виде обломочных частиц (воздушная и водная среда). А.И.Перельманом выделяется четыре вида миграции хим. Эл.: 1.механическая,2.физ.-хим., 3.биогенная, 4.техногенная. Важнейшие внутренние факторы : 1.Термические св-ва эл., т.е. их летучесть или тугоплавкость. Эл., имеющие T конденсации более 1400 o K названы тугоплавкими платиноиды, литофильные - Ca, Al, Ti, Ree, Zr, Ba, Sr, U, Th), от 1400 до 670 o K – умеренно летучими. [литофильные – Mg, Si (умеренно тугоплавкие), многие халькофильные, сидерофильный –Fe, Ni, Co ], < 670 o K – летучими (атмофильные). На основании этих св-в произошло разделение эл. по геосферам З. При магм. процессе в условиях высоких Т способность к миграции будет зависеть от возможности образования тугооплавких соединений и, нахождения в твердой фазе. 2. Хим. Св-ва эл. и их соединений. Атомы и ионы, обладающие слишком большими или слишком малыми R или q, обладают и повышенной способностью к миграции и перераспределению. Хим. Св-ва эл. и их соединений приобретают все большее значение по мере снижения T при миграции в водной среде. Для литофильных эл. с низким ионным потенциалом (Na, Ca, Mg) в р-рах хар-ны ионные соединения, обладающие высокой раствор-ю и высокими миграционными способностями. Эл. с высокими ионными потенциалами образуют растворимые комплексные анионы (С, S, N, B). При низких Т высокие миграционные способности газов обеспечиваются слабыми молекулярными связями их молекул. Рад. Св-ва, опред-ие изменение изотопного состава и появление ядер других эл.
Метеорит - тело космического происхождения, упавшее на поверхность крупного небесного объекта. Большинство найденных метеоритов имеют массу от нескольких граммов до нескольких килограммов (крупнейший из найденных метеоритов - Гоба, масса которого, по подсчетам, составляла около 60 тонн). Полагают, что в сутки на Землю падает 5-6 тонн метеоритов, или 2 тысячи тонн в год.
Космическое тело размером до нескольких метров, летящее по орбите и попадающее в атмосферу Земли, называется метеорным телом, или метеороидом. Более крупные тела называются астероидами. Явления, порождаемые при прохождении метеорными телами через атмосферу Земли, носят названия метеоров или, в общем случае, метеоритным дождём, особо яркие метеоры называют болидами. Твёрдое тело космического происхождения, упавшее на поверхность Земли, называется метеоритом. Другие названия метеоритов: аэролиты, сидеролиты, уранолиты, метеоролиты, бэтилиямы, небесные, воздушные, атмосферные или метеорные камни и т. д.
На месте падения крупного метеорита может образоваться кратер (астроблема). Один из самых известных кратеров в мире - Аризонский. Предполагается, что наибольший метеоритный кратер на Земле - Кратер Земли Уилкса (диаметр около 500 км).
Основными внешними признаками метеорита являются кора плавления, регмаглипты и магнитность. Кроме того, метеориты, как правило, имеют неправильную форму (хотя встречаются и округлые или конусообразные метеориты).
Кора плавления образуется на метеорите при его движении через земную атмосферу, в результате которого он может нагреться до температуры около 1800°. Она представляет собой подплавленный и вновь затвердевший тонкий слой вещества метеорита. Как правило, кора плавления имеет чёрный цвет и матовую поверхность; внутри же метеорит более светлого цвета.
Регмаглипты представляют собой характерные углубления на поверхности метеорита, напоминающие отпечатки пальцев на мягкой глине. Они также возникают при движении метеорита сквозь земную атмосферу, как следствие абляционных процессов.
Метеориты обладают магнитными свойствами, причём не только железные, но и каменные. Объясняется это тем, что в большинстве каменных метеоритов имеются включения никелистого железа.
Метеориты по составу делятся на три группы:
Наиболее часто встречаются каменные метеориты (92,8 % падений). Они состоят в основном из силикатов: оливинов и пироксенов.
Подавляющее большинство каменных метеоритов (92,3 % каменных, 85,7 % общего числа падений) - хондриты. Хондритами они называются, поскольку содержат хондры - сферические или эллиптические образования преимущественно силикатного состава. Большинство хондр имеет размер не более 1 мм в диаметре, но некоторые могут достигать и нескольких миллиметров. Хондры находятся в обломочной или мелкокристаллической матрице, причём нередко матрица отличается от хондр не столько по составу, сколько по кристаллическому строению. Состав хондритов практически полностью повторяет химический состав Солнца, за исключением лёгких газов, таких как водород и гелий. Поэтому считается, что хондриты образовались непосредственно из протопланетного облака, окружающего Солнце, путём конденсации вещества и аккреции пыли с промежуточным нагреванием.
Ахондриты составляют весьма неоднородный класс метеоритов. Они существенно отличаются от часто встречающихся хондритов, прежде всего отсутствием хондр. По составу и структуре близки земным базальтам. Все ахондриты в той или иной степени претерпели плавление, которое и уничтожило хондры. Ахондриты являются довольно распространенным типом метеоритов. Они составляют около 8 % от всех найденных метеоритов. Ахондриты составляют 7,3 % каменных метеоритов. Это обломки протопланетных и планетных тел, прошедшие плавление и дифференциацию по составу (на металлы и силикаты). В процессе эволюции они подверглись высокой температуре, а это означает, что в какой-то момент они растворились в магме. Когда магма охлаждается и кристаллизуется, она создает концентрические слоистые структуры. Вообще говоря, ахондрит является каменным метеоритом, который формируется из расплавленного материала своего первоначального объекта происхождения; они напоминают базальты образованные магматическими процессами в недрах Земли. Таким образом, ахондриты имеют дифференцированную структуру, потеряв значительную часть своих исконных материалов, в том числе, металлов, и, как правило, не содержат хондры.
Крупнейшие известные метеориты это железные. Железные метеориты состоят из железо-никелевого сплава. Они составляют 5,7 % падений. Наибольший их всех находится в месте падения в Гоба, Намибия, его вес 59 тонн. Железные метеориты редко меняют форму, при входе в атмосферу и гораздо меньше страдают от последствий абляции при прохождении через плотные слои воздуха. Все железные метеориты, когда-либо найденные на Земле, имеют вес более 500 тонн, и они составляют примерно 89,3% от массы всех известных метеоритов. Несмотря на эти факты, железные метеориты встречаются редко. Железные метеориты состоят в основном из железа и никеля. Большинство из них включает лишь незначительные примеси минералов. Существует большое разнообразие среди железных метеоритов и всегда было трудно классифицировать их. В действительности они делятся на 13 групп согласно их химическому составу, особое внимание уделяют количеству галлия, германия и иридия, содержащихся в составе метеоритов в сотых долях процента. Большинство из известных ахондритов относится к так называемому HED типу, и по мнению многих геохимиков, происходят с астероида Веста. Другие ахондриты происходят с Марса, Луны и других пока не идентифицированных астероидов.
Железо-силикатные метеориты имеют промежуточный состав между каменными и железными метеоритами. Они сравнительно редки (1,5 % падений).
Палласит (от метеорита Палласово железо) - класс в типе железно-каменных метеоритов. Этот редкий тип железокаменных метеоритов представляет собой железно-никелевую основу с вкраплениями кристаллов оливина (иногда до 15 мм.). Назван в честь академика П. С. Палласа, описавшего его как самородное железо. Содержание никеля в металле — около 10%. Палласит состоят приблизительно из равных количеств никелистого железа и оливина. Своеобразная структура Палласита указывает на то, что они образовались при отсутствии, по крайней мере значительных, гравитационных сил. Палласиты, вне всякого сомнения — самые красивые метеориты, особенно, в распиленном и отшлифованном виде!
Мезосидериты — железо-каменные метеориты, состоящие из примерно равных частей железа, никеля и силикатных минералов (оливин, пироксены и кальциевые полевые шпаты). Мезосидериты имеют неоднородную брекчиевидную структуру. Силикатные минералы и металлы часто присутствуют в них виде округлых и остроугольных обломков и мелкозернистых срастаний. Состав Мезосидеритов (в среднем): 45% никелистого железа (в виде включений в каменистой массе), 30% гиперстена, 16,4% анортита и небольшое количество некоторых других минералов. Мезосидериты представляют собой очень редкие метеориты. На июнь 2009 года было известно всего 145 мезосидеритов (44 из них в Антарктиде). В 7 случаях из 145 обнаруженных мезосидеритов наблюдалось их падает. Некоторые фрагменты мезосидеритов являются одними из самых крупнейших известных метеоритов (до нескольких тонн).
Метеорит, метеор, метеороид
Изучение метеоритов.
Тунгусский метеорит
4. Каменные метеориты
6.
Окаменелости древней марсианской жизни?
8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Изучение метеоритов. Космогонические идеи
Русским ученым конца XVIII и начала XIX вв. принадлежит видная роль в изучении метеоритов, падающих на Землю из мирового пространства. Вопрос о происхождении метеоритов до конца XVIII в. оставался открытым. Считали, что они не могут падать с неба и имеют земное происхождение.
В 1772 г. академик Паллас привез из Сибири огромный кусок железа, более полутонны весом, найденный в 1749 г. кузнецом деревни Медведевой в районе реки Енисей. Эта железная масса до сих пор хранится в Геологическом музее Академии наук. Как раз в том же 1772 г. известный французский ученый Лавуазье совместно с другими академиками подписал в Парижской Академии наук протокол, в котором утверждалось что «падения камней с неба физически невозможны». (Под словом «камни» имелись в виду как железные, так и каменные метеориты.) Когда в 1790 г. во Франции выпал каменный дождь и это было зарегистрировано местным городским управлением, то академик Бертолле писал: «Как печально, что целый муниципалитет заносит в протокол народные сказки, выдавая их за действительно виденное, тогда как не только физикой, но и ничем разумным, вообще, их нельзя объяснить». Такие взгляды на метеориты не способствовали их изучению; были даже случаи, что хранители некоторых музеев, опасаясь быть обвиненными в невежестве, выбрасывали метеориты из своих коллекций.
В 1794 г. в Риге была издана книга лейпцигского ученого, состоявшего членом-корреспондентом Петербургской Академии наук, Э.Ф. Хладного (1756-1827), который доказывал внеземное, космическое происхождение «Палласова железа». Собрав сведения о наблюдавшихся полетах огненных шаров - болидов и о падениях метеоритов, Хладный правильно поставил их в связь друг с другом. Явившись, таким образом, основателем науки о метеоритах, Хладный отстаивал их космическое происхождение, но правильность его выводов была признана лишь много позднее.
В 1807 г. проф. физики Харьковского университета А.И. Стойкович выпустил исчерпывающую по собранному в ней практическому материалу монографию о метеоритах. Правда, Стойкович склонялся к мнению об атмосферном происхождении метеоритов, но не отвергал возможности их космического происхождения. В 1819 г. в Петербурге вышла замечательная книга химика И. Мухина, в которой помимо описания метеоритов приводились данные и об их химическом составе.
Интерес к науке о вселенной среди передовых слоев русского общества был весьма велик еще и до того, как эта наука заняла свое место в университетах. Об этом свидетельствуют, в частности, описи вещей, уцелевших после московского пожара 1812 г., где значатся различные телескопы, принадлежащие частным лицам. Любители астрономии были не только в столицах, но и в провинции. Например, в Публичной библиотеке им. Салтыкова-Щедрина в Ленинграде сохранился самодельный, затейливый и любовно разрисованный, весьма сложный по устройству передвижной календарь. Этот календарь с данными о планетах и с украинскими названиями месяцев, с собственными стихами, был составлен в 1812 г. неким Дмитрием Тимофеевым в слободе Воробьевке Херсонской губернии, тогда еще глухой русской провинции.
Среди любителей астрономии конца XVIII и начала XIX вв. выделяется И.Д. Ертов (1777-1828). Не зная иностранных языков, он не был знаком с космогоническими гипотезами Канта и Лапласа. Однако, изучая доступную ему научную литературу на русском языке и задумываясь над вопросами происхождения и развития небесных тел, Ертов сделал попытку изложить свои собственные космогонические взгляды, в которых отчетливо проявилось его материалистическое мировоззрение. Его бесспорной заслугой является поддержка гипотезы о том, что небесные тела возникли из рассеянного «туманного вещества», которое по химическим законам разложилось на различные простые и сложные вещества. Он оригинально для своего времени представил происхождение спутников планет как результат захвата комет планетами и объяснял происхождение земной коры. Первый его труд «История о происхождении вселенной» был представлен Академии наук в 1797 г. В 1805 г. он издал книгу «Мысли о происхождении и образовании миров», переизданную в 1811 г. Журнал «Отечественные записки» в 1821 г., отмечая недостаточность научных знаний Ертова, оценил, однако, самобытность его исканий. Этим было привлечено внимание общественности к гипотезе Ертова, однако влияния на науку его труды, слабо разработанные теоретически, не оказали и о них вскоре забыли.
Строение и возраст метеоритов
Железные метеориты, как уже говорилось, легче обнаруживаемые, легко ржавеют и приобретают бурый цвет. Форма их всегда неправильная, а поверхность, если она еще не успела окислиться, покрыта гладкой черной корой - окалиной. Эта тонкая корочка получается от плавления наружного слоя метеорита во время его падения в воздухе. Метеорит летит, однако, так быстро, что при сколько-нибудь значительной массе не успевает прогреться внутри, а расплавленная его поверхность застывает в тончайшую корочку уже на последней стадии его (замедленного) падения, даже до падения на землю. Температура метеорита при падении и полете почти та же, как и во время его движения мимо Земли. Это - температура тела, нагреваемого Солнцем на расстоянии Земли. Температура эта составляет около 4° выше нуля. Вопреки фантастическим рассказам, внутренность метеоритов не раскалена и не охлаждена до абсолютного нуля (т. е. до 273° мороза).
Полированная и протравленная слабой кислотой поверхность метеоритного железа покрывается рисунком, напоминающим изморозь на окнах и обусловленным особенностями кристаллической структуры этого железа. Этот рисунок называют видманштеттеновыми фигурами, и он безошибочно помогает отличить метеоритное железо от самородного или от выплавленного из руды.
Каменные метеориты покрыты обычно черной же тонкой стекловидной корочкой, иногда матовой, иногда блестящей. Она выветривается и окисляется, если метеорит долго лежит на открытом воздухе или в земле, и тогда отличить метеорит от земного камня еще труднее. Внутри, на изломе, метеорит бывает разного вида. Чаще всего он серый, иногда с круглыми зернышками особого строения (их называют хондрами) и с металлическими блестками.
Полированная поверхность метеорита, рассматриваемая под микроскопом, представляет для специалиста особую характерную структуру, отличающую ее от земного камня, хотя не только химический, но и минералогический составы у них очень сходны. Таким специалистом является уже не астроном, а минералог, вернее, петрограф 1 , и притом специально изучающий метеориты. При содействии академиков В.И. Вернадского и А.Е. Ферсмана в СССР образовалась целая школа таких специалистов по метеоритам: П.Л. Драверт, П.Н. Чирвинский, Л.А. Кулик и другие. В ведении астрономов метеорит находится собственно лишь до тех пор, пока он является небесным телом, т. е. находится вне Земли. Астроном еще может встретить такого гостя на пороге своего дома - Земли, т. е. он может определить его траекторию в атмосфере, но разбираться в подробностях структуры камней - для этого надо иметь другое специальное образование и большой опыт в изучении камней и минералов. Наука петрография в итоге детального изучения метеоритов делит их по структуре на множество классов, отличающихся разными особенностями.
Рис. 106. Видманштеттеновы фигуры на полированной поверхности железного метеорита, протравленной кислотой.
Когда метеорит летит в воздухе, мощный «ветер» обдувает его спереди и с боков и, оплавляя поверхность, сдувает с нее в первую очередь легко плавящиеся вещества, а также вообще сглаживает резкие грани и углы. Поэтому очертания метеорита, если он не раскололся в самом конце своего пути, более округлые, чем у него были в безвоздушном пространстве. Воздух как бы обтачивает метеорит, но результат такой обработки зависит от скорости метеорита, от его формы, от его вращения в полете. Часто метеорит по форме похож на кусок глины, мятый пальцами. На его поверхности видны ложбинки, вдавленности, а иногда и борозды, расходящиеся во все стороны от лобовой части метеорита. Тогда сам метеорит имеет коническую форму, как головка снаряда.
О среднем химическом составе метеоритов мы еще будем говорить подробно в следующем параграфе. Химическим анализом метеоритов занимался еще до 1819 г. И. Мухин в Петербурге. За последнее время установлен весьма подробно уже не только качественный, но и количественный химический состав метеоритов. Увы! Эта необходимая любознательность обошлась нам весьма дорого, так как для целей такого химического анализа пришлось истребить, буквально стерев в порошок, большое количество метеоритов из музейных коллекций. Эти метеориты не могут быть подвергнуты теперь никакому другому научному изучению, и исследователи метеоритов - не химики поднимают крик: «довольно химических анализов, мы уже удовлетворены тем, что знаем о химии метеоритов! Оставьте нам что-нибудь для изучения размеров, формы и структуры метеоритов!».
Мы уже приводили средний химический состав каменных метеоритов, несколько меняющийся от метеорита к метеориту. В основном же они состоят из кислорода (36,3% по массе), железа (25,6%), кремния (18,0%) и магния (14,2%). Остальные химические элементы (всё те же, но не все те, какие нам известны на Земле) содержатся в количестве одного процента и долей процента. В общем их состав сходен с химическим составом земной коры, особенно если рассматривать глубинные горные породы. По сравнению с ними в земных горных породах больше кремния и кислорода, но меньше железа и магния. Место последнего на Земле в минералах как бы занимает алюминий, но, по-видимому, чем глубже внутрь Земли, тем больше состав земных слоев походит на состав метеоритов.
Железные метеориты, кроме железа (91%) и никеля (8%), содержат еще кобальт (0,7%), фосфор (0,2%) и в еще меньших количествах - серу, углерод, хром и медь.
Золота, о котором уже упоминалось выше, содержится всего лишь 0,0004%, т. е. если бы из всех собранных на Земле метеоритов можно было бы извлечь золото, то его не набралось бы и одного килограмма. Однако и это сделать практически невозможно, так как золото в метеоритах распылено; да и смысл в этом был бы такой же, как добывать средства к жизни продажей булавок, оброненных дачниками среди осенних листьев в лесу.
Интересно, что в 1946 г. советским петрографом Л.Г. Кваша под руководством академика А.Н. Заварицкого в одном из метеоритов было найдено 8% воды, входящей, впрочем, в состав минералов, а не свободной.
Еще меньше, чем золота, метеориты содержат радиоактивных элементов - урана, радия, тория и других, причем самого радия - 0,00000000001%, или в 20 раз меньше, чем есть его в горных породах. Однако нахождение этого ничтожного количества радиоактивных элементов в метеоритах несравненно важнее, чем нахождение в них золота или алмазов, будь их там даже в сто раз больше, чем есть в действительности.
Радиоактивные элементы и их спутник - газ гелий - заменяют для метеоритов их «метрическое свидетельство», выдавая возраст наших небесных гостей.
Уран и торий, самопроизвольно распадаясь, превращаются, как известно, в другие химические элементы, выделяя при этом тепло, электроны, рентгеновские лучи и атомы гелия. В конце же этой цепи атомных превращений лежит свинец, который уже не обнаруживает склонности распадаться дальше.
Известно также «упрямство», с которым атомы радиоактивных элементов распадаются и следуют закону этого распада, игнорируя попытки ускорить или замедлить их распад.
Сколько бы урана не было в наличии, за 4560 миллионов лет половина его атомов распадается, т. е., например, от грамма урана через 4560 миллионов лет останется половина (полграмма). Из этой половины через следующие 4560 миллионов лет останется опять половина, т. е. ¼ г. То же проделывает и торий, но более лениво, распадаясь наполовину за 13000 миллионов лет, а радий (промежуточный продукт распада урана), наоборот, гораздо более энергично: половина от него останется уже через 1600 лет.
Легкие атомы гелия, выбрасываясь из недр тяжелых атомов радиоактивных элементов, накапливаются в твердой массе, их содержащей. Нетрудно определить, сколько гелия должно накопиться в результате распада, скажем, 1 г урана. Но в таком случае легко подсчитать, сколько же времени длится распад урана в данном камне, если к настоящему времени его в камне столько-то граммов, а гелия столько-то граммов. Очевидно, торий и уран распадаются в каждом камне столько времени, сколько они в нем находятся, т. е. с того времени, как камень образовался, скажем, после того как он затвердел из расплавленной массы, из которой гелий не мог улетучиваться и из которой уран тоже не мог как-либо удалиться. После затвердения каменистой массы уран и продукты его распада оказались пожизненно заключенными в нее, как в тюрьму.
Таким образом, соотношение гелия и урана, находимых в камне, определяет возраст камня и притом с относительной точностью, пожалуй, большей той, с какой мы можем по виду человека оценить его возраст.
Этим способом определен возраст разных земных горных пород и найдено, что самые древние из них в земной коре имеют возраст в 3-3½ миллиарда лет. Таков же и возраст твердой земной коры, возраст весьма почтенный.
Панет и его сотрудники проделали чрезвычайно трудное определение содержания урана и гелия во многих метеоритах, - трудное потому, что их там крайне мало. Полученные результаты для нескольких десятков метеоритов привели к неожиданному заключению.
Оказалось, что «возрасты» метеоритов заключены в пределах от 60 до 7600 миллионов лет! Казалось, ученым удалось заполучить в руки совсем «молодые» небесные тела, поскольку 60 миллионов лет для небесного тела - это прямо-таки младенческий возраст.
Но вскоре выяснилось, что удивительный разброс возрастов метеоритов объясняется не реальной разницей во времени их «жизни», а просто различием в «условиях существования». Дело в том, что отношение гелия и свинца в метеорите зависит не только от его возраста, но и от интенсивности облучения метеоритов космическими лучами - потоком частиц огромной энергии. Разделить гелий «космического» и «внутреннего» происхождения оказалось не так-то просто. Когда же это удалось, то возрасты метеоритов оказались куда более сходными: от 2½ до 4 миллиардов лет.
Мы не говорили, между прочим, еще ничего о минералогической и петрографической структуре пришельцев с неба.
Действительно, одни и те же атомы могут образовать различные молекулы, соединяясь в разных комбинациях, и тем более из них могут быть построены более сложные соединения, называемые минералами.
Основные минералы, из которых состоят каменные метеориты, известны и широко распространены на Земле. Надеюсь не утомить вас, перечислив, например, такие, как оливин, пироксен, полевой шпат, плагиоклаз, никелистое железо. Многих земных минералов в метеоритах, однако, и нет, например, ортоклаза и слюды, хотя они так часты на Земле.
Зато метеориты знакомят нас с минералами, почему-то не образующимися на Земле, которые назвали по имени ученых, их обнаруживших. Это - шрейберзит, добрэелит, муассанит и др.
Результаты исследования химического и минералогического состава метеоритов подтверждают очень важный философский вывод о материальном единстве Вселенной. За пределами Земли мы встречаем, например, те же химические элементы, которые великий Менделеев расположил в свою таблицу, и те, которые к ней были добавлены позднее. Законы химии оказываются справедливыми не только на той планете, где они были установлены. И в то же время в природе нет того утомительного однообразия, к которому ее пытались свести метафизически мыслящие люди. Минералогические разнообразия в метеоритах, наличие в них минералов, не встречающихся на поверхности Земли, - один из ярких примеров многообразия природы, обусловленного бесконечным качественным разнообразием движений, процессов, происходящих
Тунгусский метеорит
К сожалению, и в этом случае научно подготовленных наблюдателей необычайного явления не было. К сожалению..., а, впрочем, может быть, к счастью для этих предполагаемых наблюдателей. Одного пастуха-эвенка, бывшего свидетелем падения метеорита, воздушной волной подбросило высоко в воздух, а потом ударило об землю, как при взрыве бомбы. Про него говорили, что от удара и испуга бедняга лишился языка, и когда Л.А. Кулик - исследователь Тунгусского метеорита - нашел этого человека, то этот наиболее ценный свидетель необычайного происшествия не смог дать свои показания. Самое падение метеорита произошло 30 июня 1908 г. в глухой болотистой тайге, близ реки Подкаменная Тунгуска, в сотнях километров от железной дороги. Оно не привлекло к себе внимания царского правительства, и научное изучение обстоятельств этого падения началось только после Октябрьской революции.
В целом ряде населенных пунктов Центральной Сибири в ясную погоду был отмечен яркий болид. Около 7 часов утра, где-то над Минусинским краем он проник в верхние слои земной атмосферы и пронесся сквозь нее, приближаясь к поверхности Земли в направлении на северо-восток. При полном солнечном свете он привлек внимание пассажиров поезда, глядевших в окна вагонов, катившихся по полотну незадолго до этого оконченной Великой Сибирской железнодорожной магистрали.
Жители Киренска на Лене, находившиеся на расстоянии 450 км от места падения, видели фонтан из продуктов взрыва, вставший за далекой тайгой, как огромный вертикальный столб дыма. Для того чтобы его могли видеть из Киренска, он должен был подняться в высоту не менее чем на 20 км.
Волна взрыва всегда переходит в звуковую; так было и в этом случае. В упомянутых поселках от взрывной волны в домах дрогнули стекла и посуда в шкафах, а слабый звук слышен был даже на расстоянии в 700 км. Еще дальше жители не обратили на него внимания, но его отметили приборы, записывающие давление воздуха. Эти приборы - барографы - отметили воздушную волну в Петербурге, Копенгагене, в Германии и даже в Вашингтоне (США). По записи этих приборов можно установить момент, когда до них дошла эта воздушная волна, и так удалось проследить, как она шла от Подкаменной Тунгуски на восток и на запад, постепенно уходя все дальше и дальше. Обогнув земной шар и ослабевая, она все же продолжала свой путь, и через 30 часов вторично была зарегистрирована в Потсдаме (Германия).
Что же произошло, однако, на месте самого падения?
Небольшие горы и густой лес вокруг места падения ослабили действие взрывной волны, но все же чумы эвенков и пастушеские шалаши были сорваны с места как от бури, и их жители были сбиты с ног и получили ушибы. А между тем эти чумы стояли в 30 км от места падения.
За три года (1927-1930 гг.) Л.А. Кулик обнаружил, что торф, покрывающий там болотистую почву, давлением воздуха был собран в складки высотой в несколько метров, местами разорван на куски и перенесен с места на место. В глине были найдены мельчайшие осколки раздробленных горных пород, попавших туда при взрыве. Невдалеке был найден разрушенный тунгусский склад. Кроме того, было найдено еще более 10 воронок диаметром от 10 до 50 м и плавленные кусочки кварца со следами никелистого железа, но ни одного метеорита не попалось.
Рис. 109. Лес, обожженный и поваленный при падении Тунгусского метеорита.
Дело в том, что Тунгусский метеорит упал в районе вечной мерзлоты, где промерзшая почва на некоторой глубине никогда не оттаивает. Слой вечной мерзлоты не пропускает воду, и подпочвенная вода замерзает на небольшой глубине, поднимая буграми верхние слои почвы. От провалов таких торфяных бугров и образовались воронки.
Как показали расчеты К.П. Станюковича и В.В. Федынского, наиболее массивные метеориты, какими были Тунгусский и Аризонский, достигают поверхности Земли, еще не потеряв своей космической скорости. Так, даже при скорости в 4-5 км/с твердое тело в момент удара оказывается подобным сильно сжатому газу. Происходит мгновенное разрушение кристаллической решетки метеорита, он испаряется, превращаясь в газ, который затем стремится расшириться.
Таким образом, получается самый настоящий взрыв, в результате которого метеорит производит огромные разрушения, но при этом гибнет и сам, превращаясь в газ и рассеиваясь в воздухе. Выпадающие при этом осколки могут быть лишь спутниками метеорита, отколовшимися от него до падения и вследствие своей малой массы двигавшимися в атмосфере гораздо медленнее.
В 1957 г. в почве в районе падения были обнаружены, наконец, микроскопические частицы метеоритного железа, хотя они встречаются и в других местах Земли.
В.Г. Фесенков считал, что имело место падение не просто метеорита, а падение ядра небольшой кометы, но это не меняет существа дела. Метеорит (или каменисто-ледяное ядро кометы) взорвался вследствие естественных причин, и поэтому его остатков не удается найти.
Вообще сейчас установлено, что при падении метеоритов с малой скоростью образуются ударные кратеры, а при падении с большой скоростью и взрыве - взрывные кратеры, когда метеорит может распылиться даже полностью.
4. Каменные метеориты - это основной тип метеоритов падающих на Землю, а это более 90% от всех метеоритов. Каменные метеориты состоят в основном из силикатных минералов. Существуют два основных типа каменных метеоритов – хондриты и ахондриты. И хондриты, и ахондриты разделены на множество подгрупп в зависимости от их состава минералов и структуры.
Самый распространенный тип каменных метеоритов - обыкновенные хондриты
Каменный метеорит типа хондрита является материалом, из которого была сформирована солнечная система, и который мало изменился, по сравнению со скальными породами больших планет, которые были подвержены в течении миллиардов лет геологической активности. Они могут многое рассказать нам много о том, как была сформирована солнечная система. Когда хондриты изучают в тонком срезе, то анализируя соотношение между различными типами минералов можно получить информацию о составе пыли, из которой Солнечная система была сформирована, и тех физических условиях (давление, температура) протопланетного диска, которые были в момент формирования системы.
Обыкновенный хондрит
Хондриты являются одними из самых примитивных пород в Солнечной системе. За прошедшие 4,5 миллиарда лет со времени образования, этот тип каменных метеоритов по составу практически не изменился от состава астероида, от которого они произошли. Потому что они никогда не подвергались воздействию высокой температуры и давления недр планет. Это означает, что они имеют очень характерный внешний вид из капель силикатных минералов, смешанных вместе с мелкими зернами сульфидов и металлов железа и никеля. Эта структуры миллиметрового размера (от 0,1 до 10 мм) получили название «хондры». Это слово «chondres» - греческого происхождения, и переводится как «песчинки».
Обыкновенные хондриты, в зависимости от содержания железа и силикатов, делятся на 3 группы:
· H хондриты - ахондриты этой группы содержат больше всех хондритов железа (25-30 %) и совсем немного оксида железа(окисленного железа);
· L хондриты - содержание железа в этом типе хондритов достигает 19-24 %, но большее оксида железа;
· LL хондриты - чистого железа содержится до 7 %, но в составе много силикатов.
Поверхность каменного метеорита (фото meteorite.narod.ru)
Основные хондриты, известные как угольные хондриты (имеют высокую концентрацию углерода - до 5% по массе), богатых водой, серой и органическим материалом. Считается, что каменные метеориты этой группы, принесли органические и летучие вещества на Землю, когда она была сформирована, помогая создать атмосферу и условия для жизни.
Углистые хондриты
Углистые хондриты (обозначаемые буквой "C", от англ. carbonaceous - углистый) - самые темные, чем и оправдывают свое название. Они содержат много железа, но оно почти целиком находится в связанном состоянии в силикатах. Темную окраску углистым хондритам в основном придает минерал магнетит (Fe 3 O 4), а также небольшие количества графита, сажи и органических соединений. Эти метеориты содержат также значительную долю водосодержащих минералов или гидросиликатов (серпентин, хлорит, монтмориллонит и ряд других).
Дж. Вассон предложил в 1970-х годах разделить углистые хондриты на четыре группы (CI, CM, CO и CV) на основании постепенного изменения их свойств. В каждой группе есть типичный, эталонный метеорит, первая буква имени которого добавляется к индексу "C" при обозначении группы. Типичными представителями в упомянутых группах являются метеориты Ivuna, Мигеи(найден на Украине, в Николаевской обл.), Ornans и Vigarano. Несколько раньше, в 1956 г. Г. Виик предложил деление углистых хондритов на три группы (CI, CII и CIII), упоминания о которых можно иногда встретить в литературе. Группы Вассона CI и CM полностью соответствуют группам CI и CII Виика, а группы CO и CV можно рассматривать как составляющие группы CIII.
В CI-хондритах гидратированные силикаты занимают большую часть объема. Их рентгеновские исследования показали, что преобладающим силикатом является септехлорит (общая формула септехлоритов Y 6 (Z 4 O 10)(OH) 8 , где Y = Fe 2+ , Mg; Z = Si, Al, Fe 3+). Причем, все гидросиликаты находятся в аморфной форме, то есть в форме стекла. Дегидратированных силикатов (пироксенов, оливинов и др, которые появляются при температурах более 100 ° C) здесь вообще нет. CI-метеориты представляют собой исключение среди хондритов, поскольку их вещество вообще не содержит хондр, а состоит как бы из одной матрицы. Это подтверждает идею о кристаллизации хондр из расплавленного вещества, поскольку исследования показывают, что вещество CI-хондритов не подвергалось плавлению. Оно считается наиболее неизмененным, по сути первичным веществом Солнечной системы, сохранившимся с момента конденсации протопланетного облака. Именно этим объясняется высокий интерес ученых к CI-метеоритам.
В CM-хондритах содержится лишь 10-15% связанной воды (в составе гидросиликатов), а в виде хондр присутствует 10-30% пироксена и оливина.
В CO- и CV-хондритах содержится всего 1% воды в связанном состоянии и преобладают пироксены, оливины и другие дегидратированные силикаты. В небольших количествах в них имеется и никелистое железо. Присутствие гидросиликатов заметно снижает плотность углистых хондритов: от 3,2 г/см 3 в CV до 2,2 г/см 3 в CI-метеоритах.
Энстатитовые хондриты
В энстатитовых (Е) хондритах железо находится в основном в металлической фазе, то есть в свободном состоянии (при нулевой валентности). В то же время в их силикатных соединениях железа содержится очень мало. Практически весь пироксен в них представлен в виде энстатита (откуда и название данного класса). Структурные и минералогические особенности энстатитовыххондритов показывают, что они испытывали тепловой метаморфизм при максимальных (для хондритов) температурах, примерно в диапазоне от 600 ° C до 1000 ° C. Как следствие, Е-хондриты по сравнению с другими хондритами являются наиболее восстановленными и содержат наименьшее количество летучих соединений.
В этой группе выделяются 3 петрологических типа (Е4, Е5 и Е6), в которых прослеживается нарастание признаков теплового метаморфизма. Было также обнаружено, что в Е-хондритах имеют место широкие вариации содержания железа и серы в зависимости от петрологического типа. На этом основании некоторые ученые делят их еще на типы I (куда входят Е4 и Е5) и II (Е6). Хондры в энстатитовых хондритах погружены в темную мелкодисперсную матрицу, имеют неправильные очертания и заполнены обломочным материалом.
Каменные метеориты - ахондриты
Следующая группа каменного метеорита - ахондриты, включают в себя метеориты астероидного, Марсианского и Лунного происхождения. В процессе эволюции они подверглись высокой температуре, а это означает, что в какой-то момент они растворились в магме. Когда магма охлаждается и кристаллизуется, она создает концентрические слоистые структуры. Вообще говоря, ахондрит является каменным метеоритом, который формируется из расплавленного материала своего первоначального объекта происхождения; они напоминают базальты образованные магматическими процессами в недрах Земли. Таким образом, ахондриты имеют дифференцированную структуру, потеряв значительную часть своих исконных материалов, в том числе, металлов, и, как правило, не содержат хондры.
Срез ахондрита (фото museum-21.ru)
Планеты земной группы - Меркурий, Венера, Земля и Марс, в процессе формирования образовали планетарную кору, мантию и ядро. Поэтому, каменный метеорит в форме ахондрита, например с метеорит с Меркурия, может рассказать нам многое о внутренней структуре и формировании планет.
Типичный ахондрит (фото museum-21.ru)
Есть много различных групп ахондритов. Одина из крупнейших и известных групп, как полагают, произошла от астероида Веста,
Железо-каменные метеориты
Железо-каменные метеориты делят на два типа, различающиеся химическими и структурными свойствами: паласиты и мезосидериты. Палласитами называют те метеориты, силикаты которых состоят из кристаллов магнезиального оливина или их обломков, заключенных в сплошной матрице из никелистого железа. Мезосидеритами называют железо-каменные метеориты, силикаты которых придставляют собой в основном перекристаллизованные смеси из разных силикатов, входящие также в ячейки металла.
Железные метеориты
Железные метеориты почти целиком состоят из никелистого железа и содержат небольшие количества минералов в виде включений. Никелистое железо (FeNi) - это твердый раствор никеля в железе. При высоком содержании никеля (30-50%) никелистое железо находится в основном в форме тэнита (g -фаза) - минерала с гранецентрированной ячейкой кристаллической решетки, принизком (6-7%) содержании никеля в метеорите никелистое железо состоит почти из камасита (a -фаза) - минерала с объемно-центрированной ячейкой решетки.
Большинство железных метеоритов имеет удивительную структуру: они состоят из четырех систем параллельных камаситовых пластин (по-разному ориентированных) с прослойками, состоящими из тэнита, на фоне из тонкозернистой смеси камасита и тэнита. Толщина пластин камасита может быть разной - от долей миллиметра до сантиметра, но для каждого метеорита характерна своя толщина пластин.
Если полированную поверхность распила железного метеорита протравить раствором кислоты, то проявится его характерная внутренняя структура в виде "видманштеттеновых фигур" (Рис. 3). Названы они в честь А. де Видманштеттена, наблюдавшего их первым в 1808 г. Такие фигуры обнаруживаются только в метеоритах и связаны с необычайно медленным (в течение миллионов лет) процессом остывания никелистого железа и фазовыми превращениями в его монокристаллах.
До начала 1950-х гг. железные метеориты классифицировали исключительно по их структуре. Метеориты, имеющие видманштеттеновы фигуры, стали называть октаэдритами, поскольку составляющие эти фигуры камаситовые пластины располагаются в плоскостях, образующих октаэдр.
В зависимости от толщины L камаситовых пластинок (которая связана с общим содержанием никеля) октаэдриты делят на следующие структурные подгруппы: весьма грубоструктурные (L > 3,3 мм), грубоструктурные (1,3 < L < 3,3), среднеструкткрные (0,5 < L < 1,3), тонкоструктурные (0,2 < L < 0,5), весьма тонкоструктурные (L < 0,2), плесситовые (L < 0,2).
У некоторых железных метеоритов, имеющих низкое содержание никеля (6-8%), видманштеттеновы фигуры не проявляются. Такие метеориты состоят как бы из одного монокристалла камасита. Называют их гексаэдритами, так как они обладают в основном кубической кристаллической решеткой. Иногда встречаются метеориты со структурой промежуточного типа, которые называются гексаоктаэдритами. Существуют также железные метеориты, вообще не имеющие упорядоченной структуры - атакситы (в переводе "лишенные порядка"), в которых содержание никеля может меняться в широких пределах: от 6 до 60%.
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 (кластеры) 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 (их выделяют в подгруппу неклассифицированных), то существует мнение, что есть и другие химические группы, возможно их - более 50, но они пока недостаточно представлены в коллекциях.
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. Вероятно, метеориты каждой химической группы формировались в близких температурных условиях, быть может, даже в одном родительском теле.
5. Состав и строение метеоритного вещества
Среди падающего на Землю метеоритного вещества по количеству падений примерно 92% составляют каменные метеориты, 6% железные и 2% железо-каменные (или соответственно 85, 10 и 5% по массе).
Атмосфера служит первым "фильтром", сквозь который должно пройти метеоритное вещество. Чем более оно тугоплавкое и прочное, тем больше у него шансов попасть на земную поверхность. Еще одним фильтром можно считать селекцию метеоритов при их находках. Чем сильнее метеорит выделяется на фоне земной поверхности, тем легче его найти. Тридцать лет назад японские ученые обнаружили, что лучшим местом для поиска метеоритов является Антарктида. Во-первых, метеорит легко обнаружить на фоне белого льда. Во-вторых, во льдах они лучше сохраняются. Упавшие в других местах Земли метеориты подвергаются действию атмосферного выветривания, водной эрозии и прочих разрушающих факторов; поэтому они и либо разлагаются, либо оказываются погребенными.
Основными компонентами метеоритного вещества являются железо-магнезиальные силикаты и никелистое железо. Иногда бывают обильны и сульфиды железа (троилит и др.). Распространенные минералы, входящие в силикаты метеоритного вещества, - это оливины (Fe, Mg) 2 SiO 4 (от фаялита Fe 2 SiO 4 до форстерита Mg 2 SiO 4) и пироксены (Fe, Mg)SiO 3 (от ферросилита FeSiO 3 до энстатита MgSiO 3) разного состава. Они присутствуют в силикатах либо в виде мелких кристаллов или стекла, либо как смесь с разными пропорциями. На сегодняшний день в метеоритном веществе обнаружено около 300 разных минералов. И хотя их количество в процессе исследований новых метеоритов постепенно увеличивается, но все равно более чем на порядок уступает числу известных земных минералов.
6. Сложная история метеоритного вещества
Существует еще один важный
Метеоры – это частички межпланетного материала, проходящие через атмосферу Земли и нагревающиеся до накаливания трением. Эти объекты называются метеорными телами и мчатся через космос, становясь метеорами. За несколько секунд они пересекают небо, создавая светящиеся тропы.
Метеорные потоки
Ученые подсчитали, что 44 тонны метеоритного вещества падает на Землю каждый день. Несколько метеоров в час, как правило, можно наблюдать любой ночью. Иногда количество резко возрастает - эти явления называются метеорными потоками. Некоторые происходят ежегодно или через определенные промежутки времени, когда Земля проходит через след пыльного мусора, оставленного кометой.
Метеорный поток Леониды
Метеорные потоки, как правило, называют в честь звезды или созвездия, которое ближе всего к тому месту, где метеоры появляются в небе. Пожалуй, наиболее известными являются Персеиды, которые появляются 12 августа каждый год. Каждый метеор - Персеид - это крошечный кусочек кометы Свифта-Туттля, которая оборачивается вокруг Солнца за 135 лет.
Другие метеоритные дожди и связанные с ними кометы - это Леониды (Темпеля-Туттля), Аквариды и Ориониды (Галлея) и Тауриды (Энке). Большая часть кометной пыли в метеорных дождях сгорает в атмосфере, не достигнув поверхности Земли. Часть этой пыли улавливается самолетами и анализируется в лабораториях НАСА.
Метеориты
Куски камня и металла с астероидов и других космических тел, которые выживают после путешествия через атмосферу и падают на землю, называются метеоритами. Большинство метеоритов, найденных на Земле галечные, размером с кулак, но некоторые из них больше, чем здания. Когда-то Земля пережила множество серьезных метеоритных атак, которые вызвали значительные разрушения.
Одним из самых сохранившихся кратеров является кратер метеорита Барринджер в Аризоне, около 1 км (0,6 мили) в диаметре, образовавшийся в результате падения куска железо-никелевого металла примерно 50 метров (164 фута) в диаметре. Ему 50000 лет и он так хорошо сохранился, что используется для изучения метеоритных ударов. С тех пор, как это место было признано таким ударным кратером в 1920 году, около 170 кратеров были найдены на Земле.
Метеоритный кратер Барринджер
Серьезный удар астероида 65 миллионов лет назад, который создал 300 километров в ширину (180 миль) кратер Chicxulub на полуострове Юкатан, способствовал вымиранию около 75 процентов морских и сухопутных животных на Земле в то время, включая динозавров.
Документально зафиксированных свидетельств причинения метеоритом ущерба или смерти мало. В первом известном случае внеземной объект травмировал человека в США. Энн Ходжес из Sylacauga, Алабама, получила травмы после попадания 3,6 килограммового (8 фунтов) каменного метеорита в крышу ее дома в ноябре 1954 года.
Метеориты могут быть похожи на земные камни, но они обычно имеют горелую поверхность. Эта горелая корочка появляется в результате плавления метеорита за счет трения, во время прохождения через атмосферу. Есть три основных типа метеоритов: серебристые, каменные и каменисто-серебристые. Хотя большинство метеоритов, которые падают на Землю каменные, больше метеоритов, обнаруженных в последнее время – серебристые. Эти тяжелые предметы легче отличить от пород Земли, чем каменные метеориты.
Это изображение метеорита было сделано марсоходом Opportunity в Сентябре 2010 года
Метеориты падают также на другие тела Солнечной системы. Марсоход Opportunity исследовал метеориты разного типа на другой планете, когда он обнаружил железо-никелевый метеорит размером с баскетбольный мяч на Марсе в 2005 году, а затем нашел гораздо больше и тяжелее железо-никелевый метеорит в 2009 году в той же области. В целом, Марсоход Opportunity открыл шесть метеоритов в ходе своего путешествия по Марсу.
Источники метеоритов
Более 50000 метеоритов были найдены на Земле. Из них 99,8% пришли из Пояса астероидов. Доказательства их происхождения из астероидов включают в себя вычисленные из фотографических наблюдений орбиты падения метеорита, спроецированной обратно на пояс астероидов. Анализ нескольких классов метеоритов показал совпадение с некоторыми классами астероидов и они также имеют возраст от 4,5 до 4,6 млрд. лет.
Исследователи обнаружили новый метеорит в Антарктиде
Тем не менее, мы можем найти соответствие только одной группы метеоритов определенному типу астероидов - eucrite, diogenite и howardite. Эти магматические метеориты происходят из третьего по величине астероида Весты. Астероиды и метеориты, которые падают на Землю, не являются частями планеты, что распалась, но состоят из оригинальных материалов, из которых планеты образовались. Изучение метеоритов рассказывает нам об условиях и процессах при формировании и ранней истории Солнечной системы, таких, как возраст и состав твердых тел, природа органического вещества, температуры, достигнутые на поверхности и внутри астероидов и форма, в которую эти материалы были приведены в результате столкновения.
Остальные 0,2 процента метеоритов можно разделить примерно поровну на метеориты с Марса и Луны. Более чем 60 известных марсианских метеоритов были выброшены с Марса в результате метеоритного дождя. Все они - магматические породы, которые кристаллизовались из магмы. Камни очень похожи на земные, с некоторыми отличительными чертами, которые указывают на марсианское происхождение. Почти 80 лунных метеоритов схожи по минералогии и составу лунных камней с миссии Аполлон, но достаточно отличаются, чтобы показать, что они пришли из разных частей Луны. Исследования лунных метеоритов и марсианских дополняют исследования пород Луны миссии Аполлон и роботизированных исследований Марса.
Виды метеоритов
Довольно часто обычный человек представляя, как выглядит метеорит, думает о железе. И это легко объяснить. Железные метеориты плотные, очень тяжелые и часто принимают необычные, и даже впечатляющие формы во время падения и плавления в атмосфере нашей планеты. И хотя железо, ассоциируется у большинства людей с типичным составом космических камней, железные метеориты это один из трёх основных видов метеоритов. И они довольно редки по сравнению с каменными метеоритами, особенно с самой распространенной их группой – одинарными хондритами.
Три основных вида метеоритов
Существует большое количество видов метеоритов, разделенных на три основные группы: железные, каменные, каменно-железные. Почти все метеориты содержат внеземной никель и железо. Те из них которые совсем не содержат железа на столько редки, что даже если мы обратимся за помощью по выявлению возможных космических камней, мы скорее всего не найдём ни чего, что не содержит большое количество метала. Классификация метеоритов, по факту, основывается на количестве железа, содержащемся в образце.
Пример железного метеорита
У большинства образцов этой группы, железная составляющая примерно 90%-95%, остальное никель и рассеянные микроэлементы. Железные метеориты подразделяются на классы по химическому составу и структуре. Структурные классы определяются путём изучения двух компонентов железоникелевых сплавов: камасит и тэнит.
Эти сплавы имеют сложную кристаллическую структуру, известную как видманштеттеновая структура, названная в честь графа Алоиза фон Видманштеттена описавшего феномен в 19 веке. Эта решёткоподобная структура очень красива и хорошо видна, если железный метеорит нарезать пластинами, отполировать и потом протравить в слабом растворе азотной кислоты. У камаситовых кристаллов, обнаруженных в процессе этого, измеряют среднюю ширину полос, полученную цифру используют для разделения железных метеоритов на структурные классы. Железо с тонкой полосой (менее 1 мм) называют «тонкоструктурный октаэдрит», с широкой полосой «грубый октаэдрит».
Каменные метеориты
Крупнейшая группа метеоритов - каменные, они сформировались из внешней коры планеты или астероида. Множество каменных метеоритов, особенно те, которые находятся на поверхности нашей планеты долгое время, очень сильно похожи на обычные земные камни, и нужен опытный глаз, чтобы найти такой метеорит в поле. Недавно упавшие камни отличаются черной сияющей поверхностью, которая образовалась в результате горения поверхности в полете, и подавляющее большинство камней содержит достаточно железа, чтобы притягиваться к мощному магниту.
Типичный представитель хондритов
Некоторые каменные метеориты содержат маленькие, красочные, зерноподобные включения известные, как «хондры». Эти крошечные крупинки произошли из солнечной туманности, следовательно, ещё до формирования нашей планеты и всей Солнечной Системы, что делает их древнейшей известной материей доступной для изучения. Каменные метеориты, содержащие эти хондры, называются «хондриты».
Космические камни без хондр называются «ахондриты». Это вулканические камни, сформированные вулканической активностью на их «родительских» космических объектах, где плавление и рекристаллизация стерли все следы древних хондр. Ахондриты содержат мало железа или не содержат его совсем, что делает трудными его поиски по сравнению с другими метеоритами, хотя его образцы часто покрыты глянцевой корочкой, которая выглядит как эмалевая краска.
Каменные метеориты с Луны и Марса
Действительно ли, мы можем найти лунные и марсианские камни на поверхности нашей собственной планеты? Ответ - да, но они чрезвычайно редкие. Более сто тысяч лунных и примерно тридцать марсианских метеоритов были обнаружены на Земле, и все они относятся к ахондритовой группе.
Лунный метеорит
Столкновение поверхности Луны и Марса с другими метеоритами, выкинуло осколки в открытый космос и некоторые из них упали на Землю. С финансовой точки зрения лунные и марсианские образцы находятся среди самых дорогих метеоритов. На рынках коллекционеров их цена доходит до тысячи долларов за грамм, что делает их в несколько раз более дорогими, чем, если бы они были из золота.
Каменно-железные метеориты
Наименее распространенный из трёх основных видов – каменно-железный, насчитывает менее 2% от всех известных метеоритов. Они состоят из примерно одинаковых частей железа-никеля и камня, и делятся на два класса: палласиты и мезосидериты. Каменно-железные метеориты образовались на границе коры и мантии своих «родительских» тел.
Пример каменно-железного метеорита
Палласиты, пожалуй, самый заманчивый из всех метеоритов и определенно представляет большой интерес среди частных коллекционеров. Палласит состоит из железоникелевой матрицы, заполненной кристаллами оливина. Когда кристаллы оливина достаточно чистые, и отображаются изумрудно-зелёным цветом, они известны как драгоценный камень перодот. Палласиты получили своё название в честь немецкого зоолога Питера Палласа, который описал русский метеорит Красноярск, найденный возле столицы Сибири в 18 веке. Если кристалл палласита разрезать на пластины и отполировать, он становится полупрозрачным, что дает ему неземную красоту.
Мезосидериты – меньшая из двух каменно-железных групп. Они состоят из железа-никеля и силикатов, и обычно привлекательно выглядят. Высокий контраст серебристой и черной матрицы, если отрезать пластину и отшлифовать, и случайных вкраплений, приводит к очень необычному виду. Слово мезосидерит произошло от греческого «половина» и «железо», и они очень редкие. В тысячах официальных каталогов метеоритов, мезосидеритов менее сотни.
Классификация метеоритов
Классификация метеоритов комплексный и технический предмет и сказанное выше предназначено только в качестве краткого обзора темы. Методы классификации изменялись несколько раз за последние годы; известные метеориты переклассифицировали в другой класс.
Марсианские метеориты
Марсианский метеорит - редкий вид метеоров, который прилетел с планеты Марс. До ноября 2009 года на Земле было найдено более 24 000 метеоров, но только 34 из них марсианских. Марсианское происхождение метеоров было известно по составу изотопного газа, который содержится в метеорах в микроскопическом количестве, анализ марсианской атмосферы, был произведен аппаратами «Викинг».
Возникновение марсианского метеорита Нахла
В 1911 году в египетской пустыне был найден первый марсианский метеорит под названием «Нахла». Возникновение и принадлежность метеорита к Марсу установили намного позже. И установили его возраст - 1,3 миллиардов лет. Данные камни появились в космосе после падения на Марс больших астероидов или при массивных извержениях вулканов. Сила взрыва была такая, что выкинутые кусочки породы приобрели скорость, необходимую для того, чтобы превзойти притяжение планеты Марс и оставить его орбиту (5 км/с). В наше время на Землю падает до 500 кг марсианских камней за один год.
Две части метеорита Нахла
В августе 1996 года в журнале Science опубликовали статью об исследовании метеорита ALH 84001, найденного в Антарктиде в 1984 году. Началась новая работа, сосредоточена вокруг метеорита обнаруженного в леднике Антарктиды. Исследование проводили при помощи сканирующего электронного микроскопа, они выявили «биогенные структуры» внутри метеора, которые теоретически имели возможность быть образованы жизнью на Марсе.
Изотопная дата продемонстрировала, что метеор появился около 4,5 млрд. лет назад, и попав в межпланетное пространство, упал на Землю 13 тыс. лет назад.
"Биогенные структуры", обнаруженные на срезе метеорита
Изучая метеор с помощью электронного микроскопа, эксперты нашли микроскопические окаменелости, подсказывающие бактериальные колонии, состоящие из отдельных частей объемом приблизительно 100 нм. Еще были отысканы следы препаратов, возникающих при разложении микроорганизмов. Доказательство возникновения марсианского метеора требует микроскопического изучения и особых химических анализов. Засвидетельствовать марсианское возникновение метеора может специалист сообразно наличию минералов, оксидов, фосфатов кальция, кремния и сульфида железа.
Известные образцы являются бесценными находками, поскольку представляют собой типичные капсулы времени из геологического прошлого Марса. Данные марсианские метеориты мы получили без всяких космических миссий.
Самые большие метеориты, упавшие на Землю
На Землю время от времени падают космические тела… больше и не очень, из камня или металла. Некоторые из них не более песчинки, другие весят несколько сотен килограмм или даже тонн. Ученые Астрофизического института города Оттава (Канада) утверждают, что в год нашу планету посещает несколько сотен твердых инопланетных тел общей массой более 21 тонны. Вес большинства метеоритов не превышает нескольких грамм, однако есть и те, которые весят несколько сотен килограмм или даже тонн.
Места падения метеоритов либо огораживают, либо наоборот открывают для всеобщего обозрения, чтобы каждый желающий смог притронуться к внеземному «гостю».
Некоторые путают кометы и метеориты из-за того, что оба этих небесных тела имеют огненную оболочку. В древности люди считали кометы и метеориты плохим предзнаменованием. Места падения метеоритов люди старались избегать, считая их проклятой зоной. К счастью, в наше время, подобных случаев уже не наблюдается, а даже наоборот - места падения метеоритов вызывают огромнейший интерес у жителей планеты.
Вспомним 10 наиболее крупных метеоритов, которые падали на нашу планету.
Метеорит упал на нашу планету 22 апреля 2012-го года, скорость болида составляла 29 км/сек. Пролетел над штатами Калифорния и Невада, метеорит разбросал свои горящие осколки на десятки километров и разорвался в небе над столицей США. Мощность взрыва относительно небольшая – 4 килотонны (в тротиловом эквиваленте). Для сравнения, взрыв знаменитого челябинского метеорита по мощность составил 300 килотонн в тротиле.
По мнению ученых, метеорит Саттер Милл был сформирован в момент зарождения нашей Солнечной системы, космическому телу более 4566,57 млн. лет назад.
11 февраля 2012-го года над территорией КНР пролетели сотни крохотных метеоритных камней и упали на площадь свыше 100 км в южных районах Китая. Наиболее крупный из них весил порядка 12.6 кг. По мнению ученых, метеориты прилетели из астероидного пояса между Юпитером и Марсом.
15-го сентября 2007 года метеорит упал у озера Титикака (Перу) рядом с границей Боливией. По утвержденью очевидцев, событию предшествовал сильный шум. Потом они увидели падающее охваченное огнем тело. Метеорит оставил яркий след в небе и струйку дыма, который было видно спустя несколько часов после падения болида.
На месте падения образовался огромный кратер 30 метров в диаметре и 6 в глубину. В метеорите содержались токсичные вещества, поскольку у людей живущих рядом начались головные боли.
На Землю чаще всего падают метеориты из камня (92% от общего количества), состоящие из силикатов. Челябинский метеорит – исключение, он был железным.
Метеорит упал 20 июня 1998 года рядом с туркменским городом Куня-Ургенч, отсюда и произошло его название. Перед падением местные жители видели яркую вспышку. Самая большая часть болида весит 820 кг, этот кусок упал в поле и образовал воронку в 5 метров.
По данным геологов, возраст этого небесного тела составляет порядка 4-х млрд лет. Метеорит Куня-Ургенч сертифицирован Международным метеоритным обществом и считается наиболее крупным всех болидов падавших на территории СНГ и стран третьего мира.
Болид из железа Стерлитамак, чей вес составлял более 300 кг, упал 17 мая 1990 года на поле совхоза западнее города Стерлитамак. При падении небесного тела образовался кратер в 10 метров.
Вначале были обнаружены небольшие металлические обломки, спустя год ученым удалось извлечь самый крупный фрагмент метеорита весом 315 кг. В настоящее время метеорит находится в Музее этнографии и археологии Уфимского научного центра.
Произошло это событие в марте 1976-го года в провинции Цзилинь на востоке Китая. Крупнейший метеоритный дождь длился более получаса. Космические тела падали со скоростью 12 км в секунду.
Лишь спустя несколько месяцев были найдены около сотни метеоритов, самый большой - Цзилинь (Гирин), весил 1.7 т.
Этот метеорит упал 12 февраля 1947-го года на Дальнем Востоке в городе Сихотэ-Алинь. Болид был раздроблен в атмосфере на мелкие железные куски, которые рассыпались на площади 15 кв.км.
Образовалось несколько десятков кратеров глубиной 1-6 метров и диаметром от 7 до 30 метров. Геологи собрали несколько десятков тонн метеоритного вещества.
Метеорит Гоба (1920 год)
Знакомьтесь, Гоба - один из самых крупных найденных метеоритов! На Землю он упал 80 тыс. лет назад, однако был найден в 1920 году. Настоящий гигант из железа весил порядка 66 тонн и имел объём 9 куб.м. Кто знает, с какими мифами связывали падение этого метеорита жившие в то время люди.
Состав метеорита. На 80% это небесное тело состоит из железа, считается наиболее тяжелым из всех метеоритов, когда-либо падавших на нашу планету. Ученые взяли пробы, но не стали транспортировать весь метеорит. Сегодня он находится на месте падения. Это – один из самых больших кусков железа на Земле внеземного происхождения. Метеорит постоянно уменьшается: эрозия, вандализм и научные исследования сделали свое дело: метеора снизился на 10%.
Вокруг него создали специальное ограждение и теперь Гоба известен всей планете, к нему приезжает множество туристов.
Загадка тунгусского метеора (1908 год)
Самый известный российский метеорит. Летом 1908-го года над территорией Енисея пролетел огромный огненный шар. Метеорит взорвался на высоте 10 км над тайгой. Взрывная волна два раза обогнула Землю и зафиксировалась всеми обсерваториями.
Мощность взрыва просто чудовищна и оценивается в 50 мегатонн. Полет космического гиганта – сотня километров в секунду. Вес, по разным оценкам варьируется - от 100 тыс. до одного млн. тонн!
К счастью при этом никто не пострадал. Метеорит взорвался над тайгой. В близлежащих населенных пунктах взрывной волной выбило окно.
В результате взрыва повалились деревья. Территории леса в 2 000 кв. превратилась в щебки. Взрывная волна убила животных в радиусе более 40 км. Несколько дней над территорией центральной Сибири наблюдались артефакты – светящиеся облака и свечение неба. По мнению ученых это было вызвано инертными газами, которые были высвобождены в момент входа метеорита в атмосферу Земли.
Что же это было? Метеорит оставил бы на месте падения огромный кратер как минимум в 500 метров глубиной. Ни одна экспедиция не смогла найти ничего подобного…
Тунгусский метеор, с одной стороны - хорошо изученное явление, с другой - одна из самых больших загадок. Небесное тело разорвалось в воздухе, куски сгорели в атмосфере, и на Земле не осталось никаких остатков.
Рабочее название «Тунгусский метеорит» появилось потому, что это – наиболее простое и понятное объяснение пролетевшего горящего шара, вызвавшего эффект взрыва. Тунгусский метеорит называли и разбившимся инопланетным кораблем, и природной аномалией, и взрывом газа. Чем же он был в реальности - остается только догадываться и строить гипотезы.
Метеоритный дождь в США (1833 год)
13 ноября 1833-го года в США над восточной территорией прошел метеоритный дождь. Длительность метеоритного дождя - 10 часов! На поверхность нашей планеты за это время упало около 240 тыс. мелких и средних метеоритов. Метеоритный дождь 1833 года - самый мощный из всех известных метеорных потоков.
Каждый день десятки метеоритных потоков пролетают рядом с нашей планетой. Известны около 50 потенциально опасных комет, которые могут пересечь орбиту Земли. Столкновение нашей планеты с небольшими (не способными нанести большой вред) космическими телами происходят раз в 10-15 лет. Особая опасность для нашей планеты - падение астероида.
Челябинский метеорит
Прошло уже почти два года, как южноуральцы оказались очевидцами космического катаклизма - падение челябинского метеорита, ставшее впервые в современной истории случаем, который причинил существенный ущерб местному населению.
Падение астероида произошло в 2013 году, 15 февраля. Вначале южноуральцам показалось, будто взорвался «малопонятный объект», многие видели странные зарницы, освещающие небо. Вот к какому мнению пришли учёные, изучившие данное происшествие в течение года.
Данные о метеорите
В местности близ Челябинска упала достаточно обычная комета. Падения космических объектов именно подобного характера случаются один раз за столетие. Хотя по другим сведениям, они случаются неоднократно, в среднем до 5 раз в 100 лет. По предположениям учёных, в атмосферу нашей Земли ориентировочно раз в год залетают кометы величиной порядка 10 м., что больше в 2 раза челябинского меторита, однако зачастую это происходит над регионами с малым количеством населения или над океанами. При чём кометы сгорают и разрушаются на огромной высоте, не нанося никакого ущерба.
Шлейф от Челябинского метеорита на небе
До падения масса челябинского аэролита равнялась от 7 до 13 тысяч тонн, а его параметры достигали предположительно 19.8 м. Проведя анализ, учёные выяснили, что на поверхность земли всего свалилось порядка 0.05% от начальной массы, это 4-6 тонн. В настоящее время собрано из данного количества чуть более одной тонны, учитывая и один из крупных осколков аэролита массой в 654 кг., поднятого со дна Чебаркульского озера.
Исследование челябинского маеторита по геохимическим показателям выявило, что он принадлежит типу обычных хондритов класса LL5. Это самая часто встречающаяся подгруппа каменных метеоритов. Все ныне обнаруженные метеориты, порядка 90%, являются именно хондритами. Они получили своё название ввиду наличия в них хондр - сферических оплавленных образований диаметром в 1 мм.
Показания инфразвуковых станций свидетельствуют, что в минуту сильного торможения челябинского аэролита, когда до земли оставалось примерно 90 км., произошёл мощнейший взрыв силой равный тротиловому эквиваленту 470-570 килотонн, что сильнее в 20-30 раз атомного взрыва в Хиросиме, однако по взрывной мощи он уступает падению Тунгусского метеорита (примерно от 10 до 50 мегатонн) больше чем в 10 раз.
Падение челябинского метеорита сразу сотворило сенсацию и по времени и по месту. В современной истории этот космический объект является первым упавшим метеоритом в столь плотнонаселённый район, вследствие чего, повлекший за собой значительный ущерб. Так при взрыве метеорита были выбиты стёкла более 7 тысяч домов, более полутора тысяч человек обратилось за медицинской помощью, из них 112 госпитализированы.
Помимо значительного урона, падение метеорита также принесло и положительные результаты. На сегодня это событие лучше всего задокументировано. К тому же одна видеокамера засняла фазу падения в Чебаркульское озеро одного из больших осколков астероида.
Откуда прилетел челябинский метеорит?
Для учёных данный вопрос не составил особого труда. Он появился из основного пояса астероидов нашей Солнечной системы, зоны посреди орбит Юпитера и Марса, где пролегают пути большинства малых тел. Орбиты отдельных из них, к примеру, астероидов группы Атона или Аполлона продолговаты и могут проходить через орбиту Земли.
Учёные-астрономы достаточно точно смогли определить траекторию полёта «челябинца», благодаря множеству фото- и видеозаписям, а также спутниковым фотоснимкам, запечатлевшим падение. Затем астрономы продолжили путь метеорита в обратную сторону, за атмосферу, с целью выстроить полную орбиту данного объекта.
Размеры фрагментов Челябинского метеорита
Несколько групп астрономов пытались определить путь челябинского метеорита до его удара с Землёй. По их вычислениям можно увидеть, что большая полуось орбиты упавшего метеорита равнялась примерно 1.76 а.е. (астрономическая единица), это средний радиус земной орбиты; близкая к Солнцу точка орбиты - перигелий, был на дистанции 0.74 а.е., а наиболее удалённая от Солнца точка - афелий, или апогелий, на 2.6 а.е.
Данные цифры позволили учёным попытаться найти челябинского метеорита в астрономических каталогах уже выявленных малых космических объектов. Понятно, что большинство ранее установленных астероидов через какое-то время вновь «выпадают из вида», а затем некоторых «потеряшек» умудряются «открыть» по второму разу. Астрономы не отбрасывали и этот вариант, что упавший метеорит, возможно, и есть «потеряшка».
Родичи челябинского метеорита
Пусть полного сходства при поисках не выявилось, астрономы всё же сыскали ряд вероятных «родичей» астероида из Челябинска. Учёные из Испании Рауль и Карлос де ла Флуэнте Маркос, просчитав все вариации орбит «челябинца», выискали его предполагаемого праотца - астероид 2011 ЕО40. На их взгляд, челябинский метеорит оторвался от него порядка 20-40 тысяч лет.
Ещё одна команда (Астрономический институт АН Чехии) во главе с Иржи Боровичкой, вычислив глиссаду челябинского метеорита, установила, что она сильно сходна с орбитой астероида 86039 (1999 NC43) размером 2.2 км. К примеру, большая полуось орбиты и того, и другого объекта равна 1.72 и 1.75 а.е., а расстояние перигелия равняется 0.738 и 0.74.
Трудный жизненный путь
По упавшим на поверхность земли осколкам челябинского метеорита учёные «определили» его жизненную историю. Оказывается, челябинский метеорит является сверстником нашей Солнечной системы. При исследовании пропорций изотопов урана и свинца выяснилось, что ему приблизительно 4.45 миллиарда лет.
Фрагмент Челябинского метеорита, обнаруженного на озере Чебаркуль
На его трудную биографию указывают тёмные нити в толще метеорита. Они возникли при оплавлении веществ, попавших внутрь в результате сильнейшего удара. Это показывает, что ориентировочно 290 миллионов лет тому назад этот астероид выдержал мощное столкновение с каким-то космическим объектом.
Как заявляют учёные Института геохимии и аналитической химии им. Вернадского РАН, столкновение заняло по времени примерно несколько минут. На это указывают потёки ядер железа, которые не успели до конца оплавиться.
Одновременно с этим, учёные из ИГМ СО РАН (Институт геологии и минералогии) не отклоняют факт того, что следы плавления, возможно, появились из-за чрезмерного сближения космического тела с Солнцем.
Метеорные потоки
Несколько раз в год метеорные потоки, будто звезды, освещают чистое ночное небо. Но они на самом деле не имеют ничего общего со звездами. Эти небольшие космические частицы метеоритов являются в буквальном смысле небесным мусором.
Метеороид, метеор или метеорит?
Всякий раз, когда метеороид входит в атмосферу Земли, он генерирует вспышку света, называющуюся метеором или «падающей звездой». Высокие температуры, вызванные трением между метеором и газом в атмосфере Земли, нагревает метеорит до точки, когда он начинает светиться. Это то самое свечение, которое делает метеор видимым с поверхности Земли.
Метеоры обычно светятся в течение очень короткого периода времени - они, как правило, полностью сжигаются до удара поверхности Земли. Если метеор не распадается при прохождении через атмосферу Земли и падает на поверхность, тогда он известен как метеорит. Метеориты, как полагают, происходят из Пояса астероидов, хотя некоторые части мусора были идентифицированы как принадлежащие к Луне и Марсу.
Что такое метеорные потоки?
Иногда метеоры падают огромным потоком, известным как метеорные потоки. Метеорные потоки возникают, когда комета приближается к Солнцу и оставляет мусор позади себя в виде своеобразных «хлебных крошек». Когда орбита Земли и кометы пересекаются, на Землю падает метеорный поток.
Так метеоры, которые образуют метеорный поток, перемещаются на параллельном пути и с той же скоростью, поэтому для наблюдателей они исходят из одной точки в небе. Эта точка известна как «радиант». По соглашению, метеоритные потоки, особенно регулярные, названы в честь созвездия, из которого они приходят.
