V rokoch 2003-2008. Skupina ruských a rakúskych vedcov za účasti Heinza Kohlmanna, uznávaného paleontológa a kurátora národného parku Eisenwurzen, skúmala katastrofu, ktorá sa stala pred 65 miliónmi rokov, keď zomrelo viac ako 75% všetkých organizmov na Zemi vrátane dinosaurov. Väčšina vedcov sa domnieva, že vyhynutie bolo spojené s dopadom asteroidu, aj keď existujú aj iné uhly pohľadu
Stopy tejto katastrofy v geologických úsekoch predstavuje tenká vrstva čiernej hliny s hrúbkou 1 až 5 cm. Jeden z týchto úsekov sa nachádza v Rakúsku vo východných Alpách v národnom parku neďaleko mestečka Gams, ktoré sa nachádza 200 km juhozápadne od Viedne. Výsledkom štúdia vzoriek z tejto časti pomocou rastrovacieho elektrónového mikroskopu boli nájdené častice neobvyklého tvaru a zloženia, ktoré sa za pôdnych podmienok netvoria a sú klasifikované ako kozmický prach.
Hviezdny prach na Zemi
Po prvýkrát boli stopy vesmírnej hmoty na Zemi objavené v červených hlbokomorských hlinách anglickou výpravou, ktorá skúmala dno Svetového oceánu na lodi Challenger (1872–1876). Opísali ich Murray a Renard v roku 1891. Na dvoch staniciach v južnom Tichom oceáne boli pri bagrovaní z hĺbky 4300 m odobraté vzorky uzlín feromangánu a magnetických mikrosfér s priemerom do 100 µm, neskôr nazývaných „vesmírne gule“. Detaily železných mikrosfér, ktoré priniesla expedícia Challenger, sa však skúmali až v posledných rokoch. Ukázalo sa, že gule sú z 90% kovového železa, 10% niklu a ich povrch je pokrytý tenkou kôrkou oxidu železitého.
Obrázok: 1. Monolit zo sekcie Gams 1, pripravený na odber vzoriek. Vrstvy rôzneho veku sú označené latinskými písmenami. Prechodná vrstva hliny medzi kriedovými a paleogénnymi obdobiami (vek asi 65 miliónov rokov), v ktorej sa zistila akumulácia kovových mikrosfér a platní, je označená písmenom „J“. Foto A. F. Gracheva
Objav záhadných gúľ v hlbokomorských hlinách je v skutočnosti spojený so začiatkom štúdia kozmickej hmoty na Zemi. K explózii záujmu výskumníkov o tento problém však došlo po prvých štartoch kozmických lodí, pomocou ktorých bolo možné vybrať mesačnú pôdu a vzorky prachových častíc z rôznych častí slnečnej sústavy. Diela K. P. Florenskij (1963), ktorý skúmal stopy katastrofy Tunguska, a E. L. Krinov (1971), ktorý študoval meteorický prach na mieste pádu meteoritu Sikhote-Alin.
Propagačné video:
Záujem vedcov o kovové mikrosféry viedol k tomu, že sa začali nachádzať v usadených horninách rôzneho veku a pôvodu. Kovové mikrosféry sa nachádzajú v ľade Antarktídy a Grónska, v hlbokomorských sedimentoch a uzloch mangánu, v pieskoch púští a pobrežných pláží. Často sa vyskytujú v kráteroch meteoritov a okolo nich.
V poslednom desaťročí sa kovové sedimenty mimozemského pôvodu našli v sedimentárnych horninách rôzneho veku: od dolného Kambrie (asi pred 500 miliónmi rokov) po moderné útvary.
Údaje o mikrosférach a iných časticiach zo starodávnych sedimentov umožňujú posúdiť objemy, ako aj rovnomernosť alebo nerovnomernosť prílivu vesmírnej hmoty na Zem, zmenu zloženia častíc prichádzajúcich na Zem z vesmíru a primárne zdroje tejto látky. To je dôležité, pretože tieto procesy ovplyvňujú vývoj života na Zemi. Mnohé z týchto otázok ešte nie sú ani zďaleka vyriešené, ale hromadenie údajov a ich komplexné štúdium im nepochybne umožní zodpovedať.
Teraz je známe, že celková hmotnosť prachu cirkulujúceho vo vnútri obežnej dráhy Zeme je asi 1015 ton. Od povrchu Zeme ročne spadne 4 až 10 tisíc ton kozmickej hmoty. 95% hmoty dopadajúcej na zemský povrch je tvorené časticami s veľkosťou 50–400 mikrónov. Otázka, ako sa v priebehu času mení rýchlosť vstupu kozmickej hmoty na Zem, zostáva kontroverzná až doteraz, a to aj napriek mnohým štúdiám uskutočneným za posledných 10 rokov.
Na základe veľkosti častíc kozmického prachu je v súčasnosti skutočný medziplanetárny kozmický prach emitovaný s veľkosťou menej ako 30 mikrónov a mikrometeority väčšie ako 50 mikrónov. Ešte skôr E. L. Krinov navrhol nazvať najmenšie fragmenty meteorického telesa roztaveného z povrchových mikrometeoritov.
Prísne kritériá na rozlíšenie kozmického prachu a častíc meteoritu ešte neboli vyvinuté, a dokonca aj na príklade nami skúmanej časti Gams sa ukázalo, že kovové častice a mikrosféry sú tvarovo a zložene rozmanitejšie, ako ustanovujú existujúce klasifikácie. Takmer dokonalý sférický tvar, kovový lesk a magnetické vlastnosti častíc sa považovali za dôkaz ich kozmického pôvodu. Podľa geochemika E. V. Sobotoviča, „jediným morfologickým kritériom na posúdenie kozmogenity študovaného materiálu je prítomnosť kondenzovaných gúľ vrátane magnetických“. Okrem formy, ktorá je mimoriadne rozmanitá, je však zásadne dôležité aj chemické zloženie látky. Zistili to vedciže spolu s mikrosférami kozmického pôvodu existuje obrovské množstvo guličiek inej genézy - spojených s vulkanickou aktivitou, vitálnou aktivitou baktérií alebo metamorfózou. Je známe, že železné mikroguľôčky vulkanického pôvodu majú oveľa menšiu pravdepodobnosť ideálneho sférického tvaru a navyše majú zvýšenú prímes titánu (Ti) (viac ako 10%).
Rusko-rakúska skupina geológov a filmový štáb z viedenskej televízie v sekcii Gams vo východných Alpách. V popredí - A. F. Grachev
Pôvod kozmického prachu
Pôvod kozmického prachu je stále predmetom diskusií. Profesor E. V. Sobotovič veril, že kozmický prach môže predstavovať zvyšky pôvodného protoplanetárneho mraku, proti ktorému B. Yu. Levin a A. N. Simonenko, ktorý veril, že jemná hmota nemôže dlho pretrvávať (Zem a vesmír, 1980, č. 6).
Existuje ďalšie vysvetlenie: vznik kozmického prachu je spojený so zničením asteroidov a komét. Ako poznamenal E. V. Sobotovič, ak sa množstvo kozmického prachu vstupujúceho na Zem časom nezmení, potom B. Yu. Levin a A. N. Symonenko.
Napriek veľkému počtu štúdií nemožno v súčasnosti odpovedať na túto zásadnú otázku, pretože existuje len veľmi málo kvantitatívnych odhadov a ich presnosť je kontroverzná. Nedávno údaje zo štúdií izotopov v rámci programu NASA o časticiach kozmického prachu odobratých zo stratosféry naznačujú existenciu častíc predslnečného pôvodu. V zložení tohto prachu sa našli minerály ako diamant, moissanit (karbid kremíka) a korund, ktoré na základe izotopov uhlíka a dusíka umožňujú pripísať ich vznik dobe pred vznikom slnečnej sústavy.
Dôležitosť štúdia kozmického prachu v geologickej časti je zrejmá. Tento článok predstavuje prvé výsledky štúdia vesmírnej hmoty v prechodnej ílovitej vrstve na hranici kriedy a paleogénu (pred 65 miliónmi rokov) zo sekcie Gams vo východných Alpách (Rakúsko).
Všeobecné charakteristiky sekcie Gams
Častice kozmického pôvodu boli získané z niekoľkých úsekov prechodných vrstiev medzi kriedou a paleogénom (v germánskej literatúre - hranica K / T), nachádzajúcich sa v blízkosti vysokohorskej dediny Gams, kde túto hranicu otvára na viacerých miestach rovnomenná rieka.
V časti Gams 1 bol z výrezu vyrezaný monolit, v ktorom je veľmi dobre vyjadrená hranica K / T. Jeho výška je 46 cm, šírka - 30 cm v dolnej časti a 22 cm - v hornej časti, hrúbka - 4 cm. Pre všeobecné štúdium časti bol monolit rozdelený po 2 cm (zdola nahor) na vrstvy označené písmenami latinskej abecedy (A, B, C … W) a v každej vrstve, tiež po 2 cm, sa vykoná značenie číslami (1, 2, 3 atď.). Prechodná vrstva J na rozhraní K / T bola študovaná podrobnejšie, kde bolo rozlíšených šesť podvrstiev s hrúbkou asi 3 mm.
Výsledky výskumu získané v sekcii Gams 1 sa zväčša opakovali pri štúdiu ďalšej sekcie - Gams 2. Komplex štúdií zahŕňal štúdium tenkých rezov a monominerálnych frakcií, ich chemickú analýzu, ako aj röntgenovú fluorescenciu, neutrónovú aktiváciu a röntgenové štrukturálne analýzy, izotopové analýza hélia, uhlíka a kyslíka, stanovenie zloženia minerálov na mikropróbe, magnetomineralogická analýza.
Rozmanitosť mikročastíc
Mikrosféry železa a niklu z prechodnej vrstvy medzi kriedou a paleogénom v sekcii Gams: 1 - Fe mikrosféra s hrubým retikulárno-knobovým povrchom (horná časť prechodnej vrstvy J); 2 - Fe mikrosféra s drsným pozdĺžne rovnobežným povrchom (spodná časť prechodovej vrstvy J); 3 - Fe mikrosféra s kryštalografickými fazetovacími prvkami a hrubou sieťovitou povrchovou textúrou (vrstva M); 4 - Fe mikrosféra s tenkým sieťovaným povrchom (horná časť prechodovej vrstvy J); 5 - Ni mikrosféra s kryštalitmi na povrchu (horná časť prechodovej vrstvy J); 6 - agregát zo spekaných Ni mikrosfér s kryštalitmi na povrchu (horná časť prechodovej vrstvy J); 7 - agregát Ni mikrosfér s mikrodiamantmi (C; horná časť prechodovej vrstvy J); 8,9 - charakteristické formy kovových častíc z prechodnej vrstvy medzi kriedou a paleogénom v časti Gams vo východných Alpách.
V prechodnej ílovitej vrstve medzi dvoma geologickými hranicami - kriedou a paleogénom, ako aj na dvoch úrovniach v nadložných sedimentoch paleocénu v časti Gams sa našlo veľa kovových častíc a mikrosfér kozmického pôvodu. Tvarom, povrchovou textúrou a chemickým zložením sú oveľa rozmanitejšie ako všetky, ktoré sú doteraz známe v prechodných hlinených vrstvách tohto veku v iných regiónoch sveta.
V sekcii Gams predstavujú vesmírnu hmotu jemne rozptýlené častice rôznych tvarov, z ktorých najbežnejšie sú magnetické mikrosféry s veľkosťou od 0,7 do 100 μm, pozostávajúce z 98% čistého železa. Takéto častice vo forme guľôčok alebo mikroguličiek sa nachádzajú vo veľkom množstve nielen vo vrstve J, ale aj vyššie, v íloch paleocénu (vrstvy K a M).
Mikrosféry sa skladajú z čistého železa alebo magnetitu, z ktorých niektoré obsahujú chróm (Cr), zliatinu železa a niklu (avaruit) a čistý nikel (Ni). Niektoré častice Fe-Ni obsahujú nečistoty molybdénu (Mo). V prechodnej vrstve hliny medzi kriedou a paleogénom boli všetky objavené prvýkrát.
Nikdy predtým sme sa nestretli s časticami s vysokým obsahom niklu a výraznou prímesou molybdénu, mikroguličiek s prítomnosťou chrómu a kúskov špirálovitého železa. V prechodnej ílovitej vrstve v Gamse sa okrem kovových mikrosfér a častíc, Ni-spinelu, mikrodiamantov s mikrosférami čistého Ni, ako aj roztrhaných platní Au, Cu, ktoré sa nenachádzajú v podkladových a nadložných usadeninách, našli.
Charakteristika mikročastíc
Kovové mikrosféry v sekcii Gams sú prítomné na troch stratigrafických úrovniach: železité častice rôznych tvarov sú koncentrované v prechodnej ílovitej vrstve, v nadložných jemnozrnných pieskovcoch vrstvy K a tretiu úroveň tvoria prachové kamene vrstvy M.
Niektoré gule majú hladký povrch, iné majú mriežkovito vypuklý povrch a iné sú pokryté sieťou malých mnohouholníkov alebo systémom paralelných trhlín tiahnucich sa od jednej hlavnej trhliny. Sú duté, škrupinové, naplnené ílovými minerálmi a môžu mať tiež vnútornú koncentrickú štruktúru. Fe kovové častice a mikrosféry sa nachádzajú v celej prechodnej ílovitej vrstve, ale sú sústredené hlavne v spodnom a strednom horizonte.
Mikrometeority sú kondenzované častice čistého železa alebo železo-niklovej zliatiny Fe-Ni (avaruit); ich veľkosti sú od 5 do 20 mikrónov. Početné častice avaruitu sú obmedzené na hornú úroveň prechodovej vrstvy J, zatiaľ čo čisté železité častice sú prítomné v dolnej a hornej časti prechodnej vrstvy.
Častice vo forme dosiek s priečnym hľuzovitým povrchom pozostávajú iba zo železa, ich šírka je 10–20 µm a ich dĺžka je až 150 µm. Sú mierne oblúkovité a stretávajú sa na spodku prechodovej vrstvy J. V jej spodnej časti sa vyskytujú aj dosky Fe-Ni s prímesou Mo.
Dosky zo zliatiny železa a niklu majú podlhovastý tvar, mierne zakrivený, s pozdĺžnymi drážkami na povrchu, rozmery sa líšia v dĺžke od 70 do 150 mikrónov a šírke asi 20 mikrónov. Častejšie sa vyskytujú v dolnej a strednej časti prechodnej vrstvy.
Železné doštičky s pozdĺžnymi drážkami sú tvarovo a veľkostne rovnaké ako doštičky zo zliatiny Ni-Fe. Sú obmedzené na spodnú a strednú časť prechodnej vrstvy.
Obzvlášť zaujímavé sú častice čistého železa, ktoré majú tvar pravidelnej špirály a sú ohnuté vo forme háku. Skladajú sa hlavne z čistého Fe, zriedka zliatiny Fe-Ni-Mo. Častice stočeného železa sa nachádzajú v hornej časti vrstvy J a v nadložnej pieskovcovej medzivrstve (vrstva K). Na dne prechodovej vrstvy J sa našla špirálovitá častica Fe-Ni-Mo.
V hornej časti prechodovej vrstvy J bolo niekoľko zŕn mikrodiamantov spekaných s Ni mikrosférami. Štúdie mikropróbových niklových guličiek uskutočňované na dvoch prístrojoch (s vlnovým a energetickým disperzným spektrometrom) ukázali, že tieto guličky pozostávajú z takmer čistého niklu pod tenkou vrstvou oxidu nikelnatého. Povrch všetkých niklových guličiek je posiaty čírymi kryštalitmi s výraznými dvojčatami veľkosti 1–2 µm. Takýto čistý nikel vo forme guličiek s dobre vykryštalizovaným povrchom sa nenachádza ani v magmatických horninách, ani v meteoritoch, kde nikel nevyhnutne obsahuje značné množstvo nečistôt.
Pri štúdiu monolitu z časti Gams 1 sa čisté Ni guľôčky našli iba v najvrchnejšej časti prechodovej vrstvy J (v jej najvrchnejšej časti - veľmi tenkej sedimentárnej vrstve J 6, ktorej hrúbka nepresahuje 200 μm) a podľa údajov termickej magnetickej analýzy je kovový nikel prítomný v prechodová vrstva počnúc podvrstvou J4. Tu sa spolu s Ni guličkami našli aj diamanty. Vo vrstve odstránenej z kocky s plochou 1 cm2 je počet nájdených diamantových zŕn v desiatkach (s veľkosťou od zlomkov mikrónov do desiatok mikrónov) a niklové guľôčky rovnakej veľkosti - v stovkách.
Vo vzorkách z hornej časti prechodovej vrstvy odobratých priamo z odkryvu boli nájdené diamanty s malými časticami niklu na povrchu zrna. Je príznačné, že pri štúdiu vzoriek z tejto časti vrstvy J sa tiež odhalila prítomnosť minerálu moissanit. Predtým sa mikrodiamanty našli v prechodnej vrstve na hranici kriedy a paleogénu v Mexiku.
Nachádza sa v iných oblastiach
Mikrosféry Gams s koncentrickou vnútornou štruktúrou sú podobné tým, ktoré boli vyťažené expedíciou Challenger v hlbokomorských hlinách Tichého oceánu.
Železné častice nepravidelného tvaru s roztavenými okrajmi, ako aj vo forme špirál a zakrivených háčikov a dosiek sú veľmi podobné produktom ničenia meteoritov padajúcich na Zem, možno ich považovať za meteorické železo. Do rovnakej kategórie možno zaradiť častice avaruitu a čistého niklu.
Zakrivené železné častice sú blízke rôznym formám slz Pele - lávových kvapiek (lapilli), ktoré sopky počas erupcií v tekutom stave vystrekujú z prieduchu.
Prechodná ílová vrstva v Gamse má teda heterogénnu štruktúru a je zreteľne rozdelená na dve časti. V dolnej a strednej časti prevažujú železné častice a mikroguličky, zatiaľ čo horná časť vrstvy je obohatená o nikel: častice avaruitu a niklové mikroguličky s diamantmi. Potvrdzuje to nielen distribúcia častíc železa a niklu v íle, ale aj údaje z chemických a termomagnetických analýz.
Porovnanie údajov termomagnetickej analýzy a analýzy mikropróbov naznačuje extrémnu heterogenitu v distribúcii niklu, železa a ich zliatin vo vrstve J; podľa výsledkov termomagnetickej analýzy sa však čistý nikel zaznamenáva iba z vrstvy J4. Pozoruhodná je skutočnosť, že špirálové železo sa vyskytuje hlavne v hornej časti vrstvy J a naďalej sa vyskytuje v vrstve K nad ňou, kde je však len málo izometrických alebo lamelárnych častíc Fe, Fe-Ni.
Zdôrazňujeme, že takáto zreteľná diferenciácia medzi železom, niklom a irídiom, ktorá sa prejavuje v prechodnej ílovitej vrstve v Gamse, sa vyskytuje aj v iných regiónoch. Napríklad v americkom štáte New Jersey sa v prechodnej (6 cm) sférickej vrstve irídiová anomália ostro prejavila na svojej základni a nárazové minerály sa koncentrujú iba v hornej (1 cm) časti tejto vrstvy. Na Haiti je na hranici kriedy a paleogénu a v najvyššej časti sférickej vrstvy zaznamenané prudké obohatenie o Ni a rázový kremeň.
Fenomén pozadia pre Zem
Mnohé znaky nájdených sférických častíc Fe a Fe-Ni sú podobné loptám objaveným expedíciou Challenger v hlbokomorských hlinách Tichého oceánu, v oblasti katastrofy Tunguska a na miestach pádu meteoritov Sikhote-Alin a Nio v Japonsku, ako aj v sedimentárnych horninách rôzneho veku od mnohých oblastiach sveta. Okrem oblastí katastrofy Tunguska a pádu meteoritu Sikhote-Alin vo všetkých ostatných prípadoch nemá súvislosť s nárazovou udalosťou ani tvorba nielen guľôčok, ale aj častíc rôznej morfológie pozostávajúcich z čistého železa (niekedy s obsahom chrómu) a zo zliatiny niklu so železom. Vzhľad takýchto častíc považujeme za výsledok dopadu kozmického medziplanetárneho prachu na povrch Zeme - proces, ktorý nepretržite pokračuje od vzniku Zeme a je akýmsi javom v pozadí.
Mnohé z častíc študovaných v sekcii Gams majú blízke zloženie k hromadnému chemickému zloženiu meteoritovej hmoty v mieste pádu Sikhote-Alinovho meteoritu (podľa E. L. Krinova je to 93,29% železa, 5,94% niklu, 0,38% kobaltu).
Prítomnosť molybdénu v niektorých časticiach nie je neočakávaná, pretože obsahuje veľa druhov meteoritov. Obsah molybdénu v meteoritoch (železo, kameň a uhlíkaté chondrity) sa pohybuje od 6 do 7 g / t. Najdôležitejší bol nález molybdenitu v meteorite Allende vo forme inklúzie do zliatiny nasledujúceho kovového zloženia (hmotn.%): Fe - 31,1, Ni - 64,5, Co - 2,0, Cr - 0,3, V - 0,5, P - 0,1. Je potrebné poznamenať, že natívny molybdén a molybdenit sa našli aj v mesačnom prachu odobranom z automatických staníc Luna-16, Luna-20 a Luna-24.
Prvé objavené sféry čistého niklu s dobre vykryštalizovaným povrchom nie sú známe ani v magmatických horninách, ani v meteoritoch, kde nikel nevyhnutne obsahuje značné množstvo nečistôt. Takáto štruktúra povrchu niklových guličiek mohla vzniknúť v prípade pádu asteroidu (meteoritu), čo viedlo k uvoľneniu energie, čo umožnilo nielen roztaviť materiál padajúceho telesa, ale aj odpariť ho. Kovové pary sa výbuchom mohli zdvihnúť do veľkej výšky (pravdepodobne desiatky kilometrov), kde došlo ku kryštalizácii.
Našli sa častice zložené z avaruitu (Ni3Fe) spolu s kovovými guličkami niklu. Patria k meteorickému prachu a kondenzované železné častice (mikrometeority) by sa mali považovať za „meteoritový prach“(v terminológii EL Krinov). Diamantové kryštály, ktoré sa vyskytli spolu s niklovými guľkami, pravdepodobne vznikli v dôsledku ablácie (topenia a odparovania) meteoritu z rovnakého oblaku pár počas jeho následného ochladzovania. Je známe, že syntetické diamanty sa získavajú spontánnou kryštalizáciou z uhlíkového roztoku v kovovej tavenine (Ni, Fe) nad rovnovážnou čiarou grafit-diamantovej fázy vo forme monokryštálov, ich medzirastov, dvojčiat, polykryštalických agregátov, rámových kryštálov, ihličkovitých kryštálov, nepravidelných zŕn. V študovanej vzorke boli nájdené takmer všetky uvedené typomorfné znaky diamantových kryštálov.
To nám umožňuje dospieť k záveru, že procesy diamantovej kryštalizácie v oblaku pár nikel-uhlík počas jej ochladzovania a spontánna kryštalizácia z uhlíkového roztoku v tavenine niklu sú v experimentoch podobné. Konečný záver o povahe diamantu však možno urobiť po podrobných izotopových štúdiách, pre ktoré je potrebné získať dostatočne veľké množstvo látky.
Štúdium kozmickej hmoty v prechodnej ílovitej vrstve na hranici kriedy a paleogénu teda ukázalo jeho prítomnosť vo všetkých častiach (od vrstvy J1 po vrstvu J6), ale príznaky nárazovej udalosti sú zaznamenané iba od vrstvy J4, ktorá je stará 65 miliónov rokov. Táto vrstva kozmického prachu sa dá porovnať so smrťou dinosaurov.