2003-2008 folyamán. Orosz és osztrák tudósok egy csoportja, Heinz Kohlmann, az Eisenwurzen Nemzeti Park neves paleontológusának és kurátorának részvételével tanulmányozta a 65 millió évvel ezelőtt történt katasztrófát, amikor a Föld összes organizmusának, beleértve a dinoszauruszokat is, több mint 75% -a kihalt. A legtöbb kutató úgy véli, hogy a kihalás aszteroida becsapódással járt, bár vannak más nézőpontok is
Ennek a katasztrófának a geológiai szakaszokban nyomait vékony, 1–5 cm vastag fekete agyagréteg képviseli. Az egyik ilyen szakasz Ausztriában, a Keleti-Alpokban található, a Nemzeti Parkban, Gams kisváros közelében, Bécstől 200 km-re délnyugatra. Az e szakaszból származó minták pásztázó elektronmikroszkóppal történő tanulmányozása eredményeként szokatlan alakú és összetételű részecskéket találtak, amelyek talajviszonyok között nem képződnek és kozmikus porhoz tartoznak.
Csillagpor a Földön
Először fedezte fel a Föld űranyagának nyomait a vörös mélytengeri agyagokban egy angol expedíció, amely a Világ-óceán fenekét fedezte fel a Challenger hajón (1872–1876). Murray és Renard írta le őket 1891-ben. A Csendes-óceán déli részén található két állomáson 4300 m mélységből történő kotrás során ferromangán csomók és 100 µm átmérőjű mágneses mikrogömbök mintáit nyerték elő, amelyeket később "űrgolyóknak" neveztek. A Challenger-expedíció által felvetett vasmikrogömbök részleteit azonban csak az utóbbi években vizsgálták. Kiderült, hogy a golyók 90% fémvas, 10% nikkel, felületüket vékony vas-kéreg borítja.
Ábra: 1. Monolit a Gams 1 részből, mintavételre előkészítve. A különböző korú rétegeket latin betűkkel jelöljük. A kréta és paleogén korszak közötti (körülbelül 65 millió éves korú) agyag átmeneti réteget, amelyben fém mikrogömbök és lemezek felhalmozódását találták, "J" betűvel jelölték. Fotó: A. F. Gracheva
A titokzatos gömbök felfedezése a mélytengeri agyagokban valójában a Föld kozmikus anyagának tanulmányozásának kezdetével jár. Azonban a kutatók érdeklődése robbanásszerűen merült fel az űrhajók első indítása után, és ennek segítségével lehetővé vált a Hold talajának és a porszemcsék mintájának kiválasztása a Naprendszer különböző részeiről. K. P. művei Florensky (1963), aki a Tunguska-katasztrófa nyomait tanulmányozta, és E. L. Krinov (1971), aki meteorport vizsgált a Sikhote-Alin meteorit zuhanásának helyén.
Promóciós videó:
A kutatók érdeklődése a fém mikrogömbök iránt oda vezetett, hogy különböző korú és eredetű üledékes kőzetekben kezdtek fellelni. Fém mikrogömbök találhatók az Antarktisz és Grönland jégében, a mély óceán üledékeiben és mangán csomóiban, a sivatagok homokjában és a parti strandokban. Gyakran előfordulnak meteoritkráterekben és azok környékén.
Az elmúlt évtizedben földönkívüli eredetű fém mikrogömböket találtak különböző korú üledékes kőzetekben: az Alsó-Kambriustól (körülbelül 500 millió évvel ezelőtt) a modern képződményekig.
Az ősi üledékek mikrogömbjeire és más részecskéire vonatkozó adatok lehetővé teszik a térfogatok megítélését, valamint a kozmikus anyag Földbe történő beáramlásának egyenletességét vagy egyenletlenségét, az űrből a Földre érkező részecskék összetételének változását és ezen anyag elsődleges forrásait. Ez azért fontos, mert ezek a folyamatok befolyásolják a Föld életének fejlődését. Ezen kérdések közül sok még messze van a megoldástól, de az adatok felhalmozása és átfogó tanulmánya kétségtelenül lehetővé teszi a megválaszolást.
Ma már ismert, hogy a Föld keringő pályáján keringő por össztömege körülbelül 1015 tonna, évente 4-10 ezer tonna kozmikus anyag esik a Föld felszínére. A Föld felszínére hulló anyag 95% -a 50–400 mikron méretű részecskékből áll. Az a kérdés, hogy az idő múlásával hogyan változik a kozmikus anyag Földre jutásának sebessége, az elmúlt 10 évben végzett számos tanulmány ellenére mindeddig ellentmondásos.
A kozmikus porszemcsék nagysága alapján jelenleg a tényleges bolygóközi kozmikus port 30 mikronnál kisebb méretű és 50 mikronnál nagyobb mikrometeoritokból bocsátják ki. Még korábban E. L. Krinov azt javasolta, hogy a felszínről megolvadt meteoritest legkisebb töredékeit nevezzék mikrometeoritoknak.
A kozmikus por és meteorit részecskék megkülönböztetésére vonatkozó szigorú kritériumokat még nem dolgozták ki, és még az általunk vizsgált Gams szakasz példáján is kimutatták, hogy a fémrészecskék és a mikrogömbök alakja és összetétele változatosabb, mint azt a meglévő osztályozások előírják. A részecskék szinte tökéletes gömb alakját, fémes fényét és mágneses tulajdonságait kozmikus eredetük bizonyítékának tekintették. A geokémikus szerint E. V. Sobotovich, "a vizsgált anyag kozmogénitásának értékelésének egyetlen morfológiai kritériuma az olvasztott gömbök jelenléte, beleértve a mágneses golyókat is". A rendkívül változatos forma mellett azonban alapvetően fontos az anyag kémiai összetétele. A kutatók megtudtákhogy a kozmikus eredetű mikrogömbök mellett rengeteg különböző eredetű gömb található - a vulkáni aktivitással, a baktériumok létfontosságú aktivitásával vagy a metamorfizmussal. Ismeretes, hogy a vulkanikus eredetű ferruginos mikrogömbök sokkal kevésbé valószínű, hogy ideális gömb alakúak, és emellett megnövekedett titán (Ti) keverékkel rendelkeznek (több mint 10%).
Orosz-osztrák geológuscsoport és forgatócsoport a Bécsi TV-től a keleti Alpok Gams szakaszán. Az előtérben - A. F. Grachev
A kozmikus por eredete
A kozmikus por eredete még vita tárgyát képezi. E. V. professzor Sobotovics úgy vélte, hogy a kozmikus por az eredeti protoplanetáris felhő maradványait jelentheti, amelyekkel szemben B. Yu. Levin és A. N. Simonenko, hisz abban, hogy a finom anyag sokáig nem maradhat fenn (Föld és Univerzum, 1980, 6. sz.).
Van még egy magyarázat: a kozmikus por képződése összefügg az aszteroidák és az üstökösök pusztulásával. Amint azt E. V. Sobotovich, ha a Földbe kerülő kozmikus por mennyisége az idők során nem változik, akkor B. Yu. Levin és A. N. Symonenko.
A tanulmányok nagy száma ellenére erre az alapvető kérdésre jelenleg nem lehet választ adni, mivel nagyon kevés kvantitatív becslés létezik, pontosságuk ellentmondásos. A közelmúltban a sztratoszférában mintát vett kozmikus porrészecskék NASA-programjának izotópvizsgálataiból származó adatok arra utalnak, hogy a szolár előtti eredetű részecskék léteznek. E por összetételében olyan ásványi anyagokat találtak, mint a gyémánt, a moissanit (szilícium-karbid) és a korund, amelyek a szén és a nitrogén izotópjai alapján lehetővé teszik keletkezésüknek a naprendszer kialakulását megelőző időnek tulajdoníthatók.
A kozmikus por geológiai szakaszban történő tanulmányozásának fontossága nyilvánvaló. Ez a cikk bemutatja az űranyag vizsgálatának első eredményeit az átmeneti agyagrétegben a kréta-paleogén határnál (65 millió évvel ezelőtt) a Gams szakaszról, a Kelet-Alpokban (Ausztria).
A Gams szakasz általános jellemzői
Az űr eredetű részecskéket a kréta és a paleogén közötti átmeneti rétegek (a germán szakirodalomban - a K / T határ) több szakaszából nyertük, amelyek az alpesi Gams falu közelében helyezkedtek el, ahol az azonos nevű folyó több helyen megnyitja ezt a határt.
A Gams 1 szakaszban monolitot vágtak ki a kibúvóból, amelyben a K / T határ nagyon jól kifejeződik. Magassága 46 cm, szélessége - 30 cm az alsó részén és 22 cm - a felső részén, vastagsága - 4 cm. A szakasz általános vizsgálatához a monolitot 2 cm után (alulról felfelé) latin ábécé betűivel jelölt rétegekre osztották (A, B, C … W), és az egyes rétegeken belül, szintén 2 cm után, számokkal (1, 2, 3 stb.) Ellátott jelölést készítenek. A J / átmeneti réteget a K / T felületén részletesebben tanulmányozták, ahol hat, körülbelül 3 mm vastag alréteget azonosítottak.
A Gams 1 szekcióban kapott kutatási eredmények nagyrészt megismétlődtek egy másik szakasz - Gams 2 - tanulmányozása során. A tanulmányok komplexumába beletartozott a vékony metszetek és monomineralis frakciók vizsgálata, azok kémiai elemzése, valamint röntgenfluoreszcencia, neutronaktiválás és röntgenszerkezeti elemzések, izotópos a hélium, a szén és az oxigén elemzése, az ásványi anyagok összetételének meghatározása mikropróbán, magnetomineralógiai elemzés.
A mikrorészecskék sokfélesége
Vas- és nikkelmikrogömbök a kréta és paleogén közötti átmeneti rétegből a Gams-szakaszban: 1 - Durva retikuláris-gumós felülettel rendelkező Fe-mikroszféra (a J átmeneti réteg felső része); 2 - Fe mikrogömb, durva hosszirányban párhuzamos felülettel (a J átmeneti réteg alsó része); 3 - Fe mikroszféra kristálytani fazettáló elemekkel és durva hálószerű felületszerkezettel (M réteg); 4 - Fe mikroszféra vékony hálós felülettel (a J átmeneti réteg felső része); 5 - Ni mikroszféra kristályokkal a felszínen (a J átmeneti réteg felső része); 6 - szinterezett Ni mikrogömbök összesítése kristályokkal a felszínen (a J átmeneti réteg felső része); 7 - Ni mikrogömbök aggregációja mikrodiamandumokkal (C; a J átmeneti réteg felső része); 8,9 - a kréta és a paleogén közötti átmeneti rétegből származó fémrészecskék jellegzetes formái a keleti Alpok Gams szakaszában.
A két geológiai határ - kréta és paleogén - átmeneti agyagrétegben, valamint a Gams szakaszon a paleocén fedő üledékeiben két szinten számos kozmikus eredetű fémrészecskét és mikrogömböt találtak. Formájukban, felületi textúrájukban és kémiai összetételükben sokkal változatosabbak, mint amennyi eddig ismert volt e kor átmeneti agyagrétegében a világ más régióiban.
A Gams szakaszban az űranyagot finoman diszpergált, különböző alakú részecskék képviselik, amelyek között a leggyakoribbak a 0,7 és 100 μm közötti méretű, 98% tiszta vasból álló mágneses mikrogömbök. Az ilyen gömbök vagy mikrogömbök formájú részecskék nemcsak a J rétegben, hanem a paleocén agyagaiban (K és M réteg) is nagy számban találhatók meg.
A mikrogömbök tiszta vasból vagy magnetitből állnak, amelyek közül néhány krómot (Cr), vas és nikkel ötvözetet (avaruit) és tiszta nikkelt (Ni) tartalmaz. Néhány Fe-Ni részecske molibdén (Mo) szennyeződéseket tartalmaz. A kréta és a paleogén közötti átmeneti agyagrétegben mindet először felfedezték.
Soha nem találkoztunk még magas nikkeltartalmú részecskékkel, jelentős molibdén-keverékkel, mikrogömbökkel króm jelenlétében és spirális vasdarabokkal. A fém mikrogömbök és részecskék mellett a gams-i átmeneti agyagrétegben Ni-spinelt, tiszta Ni mikrogömbökkel rendelkező mikrodiamandumokat, valamint olyan szakadt Au, Cu lemezeket találtunk, amelyek nem találhatók az alatta és a mögöttük lévő lerakódásokban.
A mikrorészecskék jellemzői
A Gams szakasz fémes mikrogömbjei három rétegtani szinten vannak: a különböző alakú ferruginos részecskék koncentrálódnak az átmeneti agyagrétegben, a K réteg felülréteg finom szemcsés homokköveiben, a harmadik szintet pedig az M réteg iszapkövei alkotják.
Egyes gömbök sima felülettel rendelkeznek, mások rácsos-gömbölyű felülettel, mások pedig egy kis sokszögű hálóval vagy párhuzamos repedések rendszerével vannak lefedve, amelyek egy fő repedésből nyúlnak ki. Üregesek, héjszerűek, agyagásványokkal töltöttek, és belső koncentrikus szerkezetük is lehet. A Fe-részecskék és mikrogömbök az átmeneti agyagrétegben találhatók, de főleg az alsó és a középső horizontban koncentrálódnak.
A mikrometeoritok a tiszta vas vagy a vas-nikkel ötvözet Fe-Ni (avaruit) olvadt részecskéi; méretük 5-20 mikron. Számos avaruit részecske korlátozódik a J átmeneti réteg felső szintjére, míg az átmeneti réteg alsó és felső részében tiszta ferrugin részecskék vannak jelen.
Keresztgumós felületű lemezek formájában lévő részecskék csak vasból állnak, szélességük 10–20 µm, hosszuk pedig 150 µm. Enyhén ívesek és az átmeneti réteg tövében találkoznak. Alsó részében Mo-szennyeződésű Fe-Ni lemezek is találhatók.
A vas és a nikkel ötvözetéből készült lemezek hosszúkás alakúak, kissé íveltek, a felületükön hosszanti hornyok vannak, a méretek hossza 70-150 mikron, szélessége körülbelül 20 mikron. Az átmeneti réteg alsó és középső részén gyakoribbak.
A hosszanti hornyokkal ellátott vaslemezek alakja és mérete megegyezik a Ni-Fe ötvözetlemezekkel. Az átmeneti réteg alsó és középső részére korlátozódnak.
Különösen érdekes a tiszta vas részecskéi, amelyek szabályos spirál alakúak és horog alakban hajlottak. Főleg tiszta Fe-ből, ritkán Fe-Ni-Mo ötvözetből állnak. A tekercselt vasrészecskék a J réteg felső részében és a fedő homokkő közbenső rétegben (K réteg) találhatók. A J. átmeneti réteg alján spirális Fe-Ni-Mo részecskét találtak.
A J átmeneti réteg felső részében több mikrodiamond szemcsék voltak szinterelve Ni mikrogömbökkel. A nikkelgömbök két szondán (hullám- és energiadiszperzív spektrométerrel) végzett mikroszondás vizsgálata azt mutatta, hogy ezek a golyók szinte tiszta nikkelből állnak, vékony nikkel-oxid film alatt. Az összes nikkelgömb felületét átlátszó kristályok tarkítják, 1-2–2 µm ikrekkel. Ilyen tiszta kristályos felületű gömb alakú tiszta nikkel nem található sem magmás kőzetekben, sem meteoritokban, ahol a nikkel szükségszerűen jelentős mennyiségű szennyeződést tartalmaz.
A Gams 1 szakasz monolitjának vizsgálata során a tiszta Ni gömbök csak a J átmeneti réteg legfelső részén (legfelső részén - egy nagyon vékony üledékréteg J 6 található, amelynek vastagsága nem haladja meg a 200 μm-t), és a termikus mágneses elemzés adatai szerint fémes nikkel van jelen átmeneti réteg, kezdve a J4 alréteggel. Itt a Ni golyókkal együtt gyémántokat is találtak. Az 1 cm2 területű kockából eltávolított rétegben a talált gyémántszemcsék száma tízes (a mikronok frakcióitól a tíz mikronokig terjedő nagyságú), és az azonos méretű nikkelgolyók - százakban.
Az átmeneti réteg felső részéből közvetlenül a kitermelésből vett mintákban olyan gyémántokat találtak, amelyekben a nikkel részecskék a gabona felületén voltak. Jelentős, hogy a J réteg ezen részéből származó minták vizsgálata során az ásványi moissanit jelenléte is kiderült. Korábban mikrodiamandumokat találtak az átmeneti rétegben a mexikói kréta-paleogén határnál.
Leletek más területeken
A koncentrikus belső felépítésű Gams-mikrogömbök hasonlóak azokhoz, amelyeket a Challenger-expedíció bányászott a Csendes-óceán mélytengeri agyagaiban.
A szabálytalan alakú, megolvadt élű vasrészecskék, valamint spirálok és ívelt horgok és lemezek formájában nagyon hasonlítanak a Földre hulló meteoritok pusztulási termékeihez, meteorvasnak tekinthetők. Az avaruit és a tiszta nikkel részecskék ugyanahhoz a kategóriához sorolhatók.
Az ívelt vasrészecskék közel állnak a Pele-könny különböző formáihoz - láva cseppekhez (lapilli), amelyeket a vulkánok folyékony állapotban történő kitörések során dobnak ki a szellőzőből.
Így Gamsnél az átmeneti agyagréteg heterogén szerkezetű, és egyértelműen két részre oszlik. Az alsó és a középső részekben a vasrészecskék és a mikrogömbök dominálnak, míg a réteg felső része nikkelrel dúsított: avaruit részecskék és nikkel mikrogömbök gyémántokkal. Ezt nemcsak a vas és a nikkel részecskék agyagban való eloszlása, hanem a kémiai és termomágneses elemzések adatai is megerősítik.
A termomágneses elemzés és a mikroteszt-analízis adatainak összehasonlítása rendkívüli heterogenitásra utal a nikkel, a vas és ötvözetük eloszlásában a J rétegben, a termomágneses elemzés eredményei szerint azonban a tiszta nikkelt csak a J4 rétegből rögzítik. Figyelemre méltó, hogy a spirális vas főleg a J réteg felső részében fordul elő, és továbbra is a felette lévő K rétegben fordul elő, ahol azonban kevés izometrikus vagy lamellás Fe, Fe-Ni részecske van.
Hangsúlyozzuk, hogy ilyen egyértelmű megkülönböztetés a vasban, a nikkelben és az irídiumban, amely Gams átmeneti agyagrétegében nyilvánul meg, más régiókban is jelen van. Például New Jersey amerikai államában az átmeneti (6 cm) gömbrétegben az irídium anomália élesen megmutatkozott a tövénél, és az ütközési ásványok csak ennek a rétegnek a felső (1 cm) részében koncentrálódnak. Haitiban a kréta-paleogén határán és a gömb réteg legfelső részén élesen dúsul a Ni és a sokk kvarc.
Háttérjelenség a Föld számára
A megtalált Fe és Fe-Ni gömbök számos jellemzője hasonlít azokhoz a gömbökhöz, amelyeket a Challenger-expedíció fedezett fel a Csendes-óceán mélytengeri agyagaiban, a Tunguska-katasztrófa területén, valamint a japán Sikhote-Alin meteorit és Nio meteorit zuhanási helyein, valamint sokféle korú üledékes kőzeteken. a világ területein. A Tunguska-katasztrófa területein és a Sikhote-Alin meteorit zuhanásán túl minden más esetben nemcsak a gömbök, hanem a különféle morfológiájú részecskék képződése, amelyek tiszta vasból (néha krómtartalmú) és nikkelötvözetből állnak, nem csak a vas okozta ütközést. Az ilyen részecskék megjelenését a kozmikus bolygóközi pornak a Föld felszínére hullásának eredményeként tekintjük - ez a folyamat a Föld kialakulása óta folyamatosan zajlik, és egyfajta háttérjelenség.
A Gams szakaszban vizsgált részecskék közül sok összetételében közel áll a meteorit anyag tömeges kémiai összetételéhez a Sikhote-Alin meteorit zuhanásának helyén (E. L. Krinov szerint ez 93,29% vas, 5,94% nikkel, 0,38% kobalt).
A molibdén jelenléte egyes részecskékben nem váratlan, mivel sokféle meteoritot tartalmaz. A meteoritok (vas-, kő- és széntartalmú kondritok) molibdéntartalma 6-7 g / t között mozog. A legfontosabb az allende-meteoritban található molibdenit lelet volt, amely ötvözetbe tartalmazta a következő fémösszetételt (tömeg%): Fe - 31,1, Ni - 64,5, Co - 2,0, Cr - 0,3, V - 0,5, P - 0,1. Meg kell jegyezni, hogy natív molibdént és molibdenitet találtak a Luna-16, Luna-20 és Luna-24 automata állomások által vett mintákban is.
Az első felfedezett tiszta nikkel gömbök, amelyek jól kristályosodtak, sem magmás kőzetekben, sem meteoritokban nem ismertek, ahol a nikkel szükségszerűen jelentős mennyiségű szennyeződést tartalmaz. A nikkelgömbök felületének ilyen szerkezete felépülhet egy aszteroida (meteorit) leesése esetén, ami energia felszabaduláshoz vezetett, ami lehetővé tette nemcsak a leeső test anyagának megolvasztását, hanem elpárologtatását is. A fémgőzök a robbanással nagy magasságba (valószínűleg tíz kilométerre) emelkedhettek, ahol kristályosodás történt.
Avaruitból (Ni3Fe) álló részecskéket és fém nikkelgolyókat találtak. A meteorporhoz tartoznak, és az összeolvadt vasrészecskéket (mikrometeoritokat) "meteoritpornak" kell tekinteni (EL Krinov terminológiájában). A nikkelgömbökkel találkozott gyémántkristályok valószínűleg egy meteorit ablációja (olvadás és párolgás) eredményeként keletkeztek ugyanazon gőzfelhőből a későbbi lehűlés során. Ismeretes, hogy a szintetikus gyémántokat a grafit-gyémánt fázis egyensúlyi vonala fölötti fémolvadékban (Ni, Fe) lévő szén-dioxid-oldat spontán kristályosításával nyerik monokristályok, egymás közötti növekedéseik, ikrek, polikristályos aggregátumok, keretkristályok, tű alakú kristályok, szabálytalan szemcsék. A gyémántkristályok felsorolt tipomorf tulajdonságainak szinte mindegyike megtalálható a vizsgált mintában.
Ez arra enged következtetni, hogy a gyémánt kristályosodási folyamata a nikkel-szén gőz felhőjében lehűlése során és a nikkelolvadék szénoldatából történő spontán kristályosodása a kísérletek során hasonló. A gyémánt természetére vonatkozó végső következtetést azonban részletes izotóp vizsgálatok után lehet megtenni, amelyekhez elegendő mennyiségű anyag előállításához van szükség.
Így a kréta-paleogén határon lévő átmeneti agyagos rétegben a téranyag vizsgálata megmutatta jelenlétét minden részen (a J1 rétegtől a J6 rétegig), de az ütésesemény jeleit csak a 65 millió éves J4 rétegből rögzítik. Ez a kozmikus porrét összehasonlítható a dinoszauruszok halálával.