Med leti 2003-2008. Skupina ruskih in avstrijskih znanstvenikov, v kateri je sodeloval Heinz Kohlmann, priznani paleontolog in kustos narodnega parka Eisenwurzen, je preučevala katastrofo, ki se je zgodila pred 65 milijoni let, ko je izumrlo več kot 75% vseh organizmov na Zemlji, vključno z dinozavri. Večina raziskovalcev verjame, da je bilo izumrtje povezano z vplivom asteroida, čeprav obstajajo tudi druga stališča
Slede te katastrofe na geoloških odsekih predstavlja tanka plast črne gline debele od 1 do 5 cm. Eden od teh odsekov se nahaja v Avstriji, v vzhodnih Alpah, v narodnem parku blizu mesteca Gams, ki leži 200 km jugozahodno od Dunaja. Kot rezultat preučevanja vzorcev iz tega odseka z uporabo skenirnega elektronskega mikroskopa so bili najdeni delci nenavadne oblike in sestave, ki v tleh ne nastanejo in spadajo v vesoljski prah.
Zvezdni prah na Zemlji
Angleška odprava, ki je na ladji Challenger (1872–1876) raziskovala dno Svetovnega oceana, je v rdečih globokomorskih glinah prvič odkrila sledi vesoljske snovi na Zemlji. Opisala sta jih Murray in Renard leta 1891. Na dveh postajah v južnem Tihem oceanu so pri poglabljanju globine 4300 m dvignili vzorce feromanganovih vozličkov in magnetnih mikrosfer do premera 100 µm, pozneje imenovane "vesoljske kroglice". Vendar so podrobnosti o železnih mikrosferah, ki jih je odkrila odprava Challenger, raziskane šele v zadnjih letih. Izkazalo se je, da so kroglice 90% kovinsko železo, 10% nikelj, njihova površina pa je prekrita s tanko skorjo železovega oksida.
Slika: 1. Monolit iz oddelka Gams 1, pripravljen za vzorčenje. Sloji različnih starosti so označeni z latiničnimi črkami. Prehodna glinena plast med kredno in paleogeno dobo (starost približno 65 milijonov let), v kateri je bilo ugotovljeno kopičenje kovinskih mikrosfer in plošč, je označena s črko "J". Foto A. F. Gracheva
Odkritje skrivnostnih kroglic v globokomorskih glinah je pravzaprav povezano z začetkom preučevanja kozmične snovi na Zemlji. Vendar se je eksplozija zanimanja raziskovalcev za to težavo zgodila po prvih izstrelitvah vesoljskih plovil, s pomočjo katerih je bilo mogoče izbrati lunino zemljo in vzorce prašnih delcev iz različnih delov osončja. Dela K. P. Florensky (1963), ki je preučeval sledi Tunguske katastrofe, in E. L. Krinov (1971), ki je preučeval meteorski prah na mestu padca meteorita Sikhote-Alin.
Promocijski video:
Zanimanje raziskovalcev za kovinske mikrosfere je pripeljalo do dejstva, da so jih začeli najti v sedimentnih kamninah različnih starosti in izvora. Kovinske mikrosfere najdemo v ledu Antarktike in Grenlandije, v globokih oceanskih sedimentih in manganovih vozličkih, v pesku puščav in obalnih plaž. Pogosto jih najdemo v kraterjih meteoritov in okoli njih.
V zadnjem desetletju so bile v sedimentnih kamninah različnih starosti najdene kovinske mikrosfere nezemeljskega izvora: od spodnjega kambrija (pred približno 500 milijoni leti) do sodobnih formacij.
Podatki o mikrosferah in drugih delcih starodavnih usedlin omogočajo presojo količin, pa tudi enakomernosti ali neenakomernosti dotoka kozmične snovi na Zemljo, spremembe v sestavi delcev, ki na Zemljo prihajajo iz vesolja, in primarnih virov te snovi. To je pomembno, ker ti procesi vplivajo na razvoj življenja na Zemlji. Številna od teh vprašanj še zdaleč niso rešena, vendar bo kopičenje podatkov in njihova celovita študija nedvomno omogočila odgovor nanje.
Zdaj je znano, da skupna masa prahu, ki kroži znotraj zemeljske orbite, znaša približno 1015 ton, na zemeljsko površino letno pade od 4 do 10 tisoč ton kozmične snovi. 95% snovi, ki pade na zemeljsko površje, je sestavljeno iz delcev, velikih 50–400 mikronov. Vprašanje, kako se hitrost dotoka kozmične snovi na Zemljo spreminja skozi čas, ostaja sporno do zdaj, kljub številnim raziskavam, opravljenim v zadnjih 10 letih.
Glede na velikost delcev kozmičnega prahu je trenutno dejanski medplanetarni kozmični prah izpuščen z velikostjo manj kot 30 mikronov in mikrometeoriti več kot 50 mikronov. Še prej E. L. Krinov je predlagal, naj najmanjše drobce meteorskega telesa, ki se stopijo s površja, imenujemo mikrometeoriti.
Stroga merila za razlikovanje delcev vesoljskega prahu in meteorita še niso razvita in tudi na primeru, ki smo ga preučevali, smo pokazali, da so kovinski delci in mikrosfere po obliki in sestavi bolj raznoliki, kot to predvidevajo obstoječe klasifikacije. Skoraj popolna sferična oblika, kovinski lesk in magnetne lastnosti delcev so bili dokaz za njihov kozmični izvor. Po mnenju geokemika E. V. Sobotovič, "edino morfološko merilo za oceno kozmogenosti preiskovanega materiala je prisotnost taljenih kroglic, vključno z magnetnimi." Vendar je poleg izjemno raznolike oblike bistvenega pomena kemična sestava snovi. Raziskovalci so to ugotovilida je skupaj z mikrosferami kozmičnega izvora ogromno kroglic drugačne geneze - povezane z vulkanskim delovanjem, vitalno aktivnostjo bakterij ali metamorfizmom. Znano je, da so železne mikrosfere vulkanogenega izvora veliko manj pogosto idealne sferične oblike, poleg tega pa imajo povečan primes titana (Ti) (več kot 10%).
Rusko-avstrijska skupina geologov in filmska ekipa dunajske televizije v oddelku Gams v vzhodnih Alpah. V ospredju - A. F. Grachev
Izvor kozmičnega prahu
O izvoru kozmičnega prahu je še vedno treba razpravljati. Profesor E. V. Sobotovič je menil, da bi kozmični prah lahko predstavljal ostanke prvotnega protoplanetarnega oblaka, proti kateremu je B. Yu. Levin in A. N. Simonenko, ki je verjel, da drobna snov ne more dolgo obstajati (Zemlja in vesolje, 1980, št. 6).
Obstaja še ena razlaga: nastanek kozmičnega prahu je povezan z uničenjem asteroidov in kometov. Kot ugotavlja E. V. Sobotoviču, če se količina kozmičnega prahu, ki vstopa na Zemljo, s časom ne spremeni, potem B. Yu. Levin in A. N. Symonenko.
Kljub velikemu številu študij odgovora na to temeljno vprašanje trenutno ni mogoče dati, ker je kvantitativnih ocen zelo malo in je njihova natančnost sporna. V zadnjem času podatki iz izotopskih študij v programu NASA vesoljskih prašnih delcev, vzorčenih v stratosferi, kažejo na obstoj delcev predsončnega izvora. V sestavi tega prahu so našli minerale, kot so diamant, moissanite (silicijev karbid) in korund, ki na podlagi izotopov ogljika in dušika omogočajo pripisovanje njihovega nastanka času pred nastankom sončnega sistema.
Pomen proučevanja kozmičnega prahu v geološkem odseku je očiten. Ta članek predstavlja prve rezultate preučevanja vesoljske snovi v prehodni glineni plasti na meji krede in paleogena (pred 65 milijoni leti) iz odseka Gams v vzhodnih Alpah (Avstrija).
Splošne značilnosti oddelka Gams
Delci kozmičnega izvora so bili pridobljeni iz več odsekov prehodnih plasti med kredo in paleogenom (v germanski literaturi - meja K / T), ki se nahajajo v bližini alpske vasice Gams, kjer istoimenska reka na več mestih odpira to mejo.
V odseku Gams 1 je bil iz izrezka odrezan monolit, v katerem je meja K / T zelo dobro izražena. Njegova višina je 46 cm, širina - 30 cm v spodnjem delu in 22 cm - v zgornjem delu, debelina - 4 cm. Za splošno študijo odseka je bil monolit po 2 cm (od spodaj navzgor) razdeljen na sloje, označene s črkami latinske abecede (A, B, C … W), znotraj vsakega sloja pa se tudi po 2 cm izvede označevanje s številkami (1, 2, 3 itd.). Podrobneje je bila preučena prehodna plast J na vmesniku K / T, kjer so ločili šest podplastov z debelino približno 3 mm.
Rezultati raziskav, pridobljeni v odseku Gams 1, so se v veliki meri ponovili pri preučevanju drugega oddelka - Gams 2. Kompleks raziskav je vključeval preučevanje tankih odsekov in monomineralnih frakcij, njihovo kemijsko analizo, pa tudi rentgensko fluorescenco, nevtronsko aktivacijo in rentgenske strukturne analize, izotopske analiza helija, ogljika in kisika, določanje sestave mineralov na mikrosondi, magnetomineraloška analiza.
Raznolikost mikrodelcev
Mikrosfere železa in niklja iz prehodne plasti med kredo in paleogenom v odseku Gams: 1 - mikrosfera Fe z grobo mrežasto-gomoljasto površino (zgornji del prehodne plasti J); 2 - mikrosfera Fe z grobo vzdolžno vzporedno površino (spodnji del prehodne plasti J); 3 - mikrosfera Fe s kristalografskimi fasetnimi elementi in grobo mrežno podobno površinsko teksturo (plast M); 4 - Fe mikrosfera s tanko mrežno površino (zgornji del prehodne plasti J); 5 - Ni mikrosfera Ni s kristaliti na površini (zgornji del prehodne plasti J); 6 - agregat sintranih mikrokroglic Ni s kristaliti na površini (zgornji del prehodne plasti J); 7 - agregat mikrokroglic Ni z mikrodiamanti (C; zgornji del prehodne plasti J); 8,9 - značilne oblike kovinskih delcev iz prehodne plasti med kredo in paleogenom v odseku Gams v vzhodnih Alpah.
V prehodni plasti gline med dvema geološkima mejama - kredo in paleogenom ter na dveh nivojih v prekrivnih sedimentih paleocena v odseku Gams so našli veliko kovinskih delcev in mikrosfer kozmičnega izvora. Po obliki, površinski teksturi in kemični sestavi so veliko bolj raznoliki kot vsi doslej znani v prehodnih glinenih plasteh te dobe v drugih regijah sveta.
V oddelku Gams vesoljsko snov predstavljajo drobno razpršeni delci različnih oblik, med katerimi so najpogostejše magnetne mikrosfere velikosti od 0,7 do 100 μm, sestavljene iz 98% čistega železa. Takšne delce v obliki krogel ali mikrokroglic najdemo v velikem številu ne le v plasti J, ampak tudi zgoraj, v glinah paleocena (plasti K in M).
Mikrosfere so sestavljene iz čistega železa ali magnetita, od katerih nekateri vsebujejo krom (Cr), zlitino železa in niklja (avaruit) ter čisti nikelj (Ni). Nekateri delci Fe-Ni vsebujejo molibden (Mo) nečistoče. V prehodni plasti gline med kredo in paleogenom so bili vsi prvič odkriti.
Še nikoli nismo naleteli na delce z visoko vsebnostjo niklja in pomembnimi primesmi molibdena, mikrosfer s prisotnostjo kroma in kosov spiralnega železa. V prehodni glineni plasti v Gamsu so bili poleg kovinskih mikrosfer in delcev v prehodni glineni plasti najdeni tudi Ni-špinel, mikrodiamanti z mikrosferami čistega Ni, pa tudi raztrgane plošče Au, Cu, ki jih ni mogoče najti v spodnjih in prekrivnih nanosih.
Značilnosti mikrodelcev
Kovinske mikrosfere v odseku Gams so prisotne na treh stratigrafskih nivojih: železovi delci različnih oblik so skoncentrirani v prehodni glineni plasti, v prekrivajočih se drobnozrnih peščenjakih sloja K, tretjo raven pa tvorijo muljevci sloja M.
Nekatere krogle imajo gladko površino, druge imajo mrežno mrenasto površino, druge pa so prekrite z mrežico majhnih poligonal ali sistemom vzporednih razpok, ki se raztezajo od ene glavne razpoke. So votle, lupine podobne, napolnjene z glinenimi minerali in imajo lahko tudi notranjo koncentrično strukturo. Delci in mikrosfere Fe so v celotni prehodni plasti gline, vendar so večinoma koncentrirani v spodnjem in srednjem obzorju.
Mikrometeoriti so spojeni delci čistega železa ali železo-nikljeve zlitine Fe-Ni (avaruit); njihove velikosti so od 5 do 20 mikronov. Številni delci avaruita so omejeni na zgornji nivo prehodne plasti J, medtem ko so čisti železovi delci prisotni v spodnjem in zgornjem delu prehodne plasti.
Delci v obliki plošč s prečno gomoljasto površino so sestavljeni samo iz železa, njihova širina je 10–20 µm in njihova dolžina je do 150 µm. So rahlo obločne in se stikajo na dnu prehodne plasti J. V njenem spodnjem delu najdemo tudi plošče Fe-Ni z primesjo Mo.
Plošče iz zlitine železa in niklja imajo podolgovato obliko, rahlo ukrivljene, z vzdolžnimi žlebovi na površini, mere se v dolžini razlikujejo od 70 do 150 µm s širino približno 20 µm. Pogostejši so v spodnjem in srednjem delu prehodne plasti.
Ferruginozne plošče z vzdolžnimi utori so po obliki in velikosti enake ploščam iz zlitine Ni-Fe. Omejeni so na spodnji in srednji del prehodne plasti.
Zlasti zanimivi so delci čistega železa, ki imajo obliko pravilne spirale in so upognjeni v obliki trnka. V glavnem so sestavljeni iz čistega Fe, le redko gre za zlitino Fe-Ni-Mo. Zviti železni delci se nahajajo v zgornjem delu plasti J in v prekrivajočem se vmesnem sloju peščenjaka (K-plast). Na dnu prehodne plasti J so našli spiralni delček Fe-Ni-Mo
V zgornjem delu prehodne plasti J je bilo več zrn mikrodiamantov, sintranih z Ni mikrosferami. Študije nikljevih kroglic z mikrosondami, izvedene na dveh instrumentih (z valovnimi in energijsko disperzivnimi spektrometri), so pokazale, da so te kroglice sestavljene iz skoraj čistega niklja pod tankim filmom nikljevega oksida. Površina vseh nikljevih kroglic je posejana s prozornimi kristaliti z izrazitimi dvojčki velikosti 1-2 μm. Tako čistega niklja v obliki krogel z dobro kristalizirano površino ne najdemo niti v magmatskih kamninah niti v meteoritih, kjer nikelj nujno vsebuje znatno količino nečistoč.
Pri preučevanju monolita iz odseka Gams 1 so bile kroglice čistega Ni odkrite le v zgornjem delu prehodne plasti J (v njegovem zgornjem delu - zelo tanka sedimentna plast J6, katere debelina ne presega 200 μm), po podatkih termično-magnetne analize pa je v prehodni sloj, začenši s podplastom J4. Tu so bili skupaj z Ni kroglicami najdeni tudi diamanti. V plasti, odstranjeni iz kocke s površino 1 cm2, je število najdenih diamantnih zrn deset (v velikosti od frakcij mikronov do deset mikronov), nikljevih kroglic enake velikosti - na stotine.
V vzorcih iz zgornjega dela prehodne plasti, odvzetih neposredno iz izrastka, so našli diamante z majhnimi delci niklja na površini zrna. Pomembno je, da je bila pri preučevanju vzorcev iz tega dela plasti J razkrita tudi prisotnost minerala moissanite. Prej so bili mikrodiamanti najdeni v prehodni plasti na meji Krede in Paleogena v Mehiki.
Najdbe na drugih področjih
Mikrosfere Gamsa s koncentrično notranjo strukturo so podobne tistim, ki jih je minirala ekspedicija Challenger v globokomorskih glinah Tihega oceana.
Delci železa nepravilne oblike s stopljenimi robovi, pa tudi v obliki spiral in ukrivljenih kavljev in plošč so zelo podobni produktom uničenja meteoritov, ki padajo na Zemljo, zato jih lahko štejemo za meteorno železo. Delce avaruita in čistega niklja lahko uvrstimo v isto kategorijo.
Ukrivljeni delci železa so blizu različnih oblik Peleovih solz - kapljic lave (lapilli), ki jih vulkani med izbruhi v tekočem stanju izpuščajo iz odprtine.
Tako ima prehodna glinena plast v Gamsu heterogeno strukturo in je jasno razdeljena na dva dela. V spodnjem in srednjem delu prevladujejo železni delci in mikrosfere, zgornji del plasti pa je obogaten z nikljem: delci avaruita in mikrosfere niklja z diamanti. To potrjujejo ne le porazdelitve delcev železa in niklja v glini, temveč tudi podatki kemijskih in termomagnetnih analiz.
Primerjava podatkov termomagnetne analize in analize mikrosond kaže na izjemno heterogenost v porazdelitvi niklja, železa in njihove zlitine v plasti J; vendar se po rezultatih termomagnetne analize čisti nikelj beleži le iz plasti J4. Omeniti velja dejstvo, da se spiralno železo pojavlja predvsem v zgornjem delu sloja J in se še naprej pojavlja v sloju K, ki ga prekriva, kjer pa je malo izometričnih ali lamelarnih delcev Fe, Fe-Ni.
Poudarimo, da je tako jasno razlikovanje železa, niklja in iridija, ki se kaže v prehodni glineni plasti v Gamsu, prisotno tudi v drugih regijah. Na primer, v ameriški zvezni državi New Jersey se je v prehodni (6 cm) sferični plasti anomalija iridija močno pojavila v svojem dnu, udarni minerali pa so koncentrirani le v zgornjem (1 cm) delu te plasti. Na Haitiju na meji krede in paleogena in v zgornjem delu sferične plasti močno obogatimo Ni in udarni kremen.
Ozadje za Zemljo
Številne značilnosti najdenih Fe in Fe-Ni sferul so podobne kroglicam, ki jih je odprava Challenger odkrila v globokomorskih glinah Tihega oceana, na območju Tunguske katastrofe in padališčih meteorita Sikhote-Alin in Nio na Japonskem, pa tudi v sedimentnih kamninah različnih starosti iz mnogih držav. območjih sveta. Poleg območij tunguske katastrofe in padca meteorita Sikhote-Alin v vseh drugih primerih nastanek ne le krogel, temveč tudi delcev različnih morfologij, sestavljenih iz čistega železa (včasih z vsebnostjo kroma) in zlitine niklja z železom, ni povezan z dogodkom udarca. Pojav takšnih delcev obravnavamo kot rezultat vesoljnega medplanetarnega prahu, ki pade na zemeljsko površje - proces, ki traja že od nastanka Zemlje in je nekakšen pojav v ozadju.
Številni delci, preučeni v oddelku Gams, so po sestavi blizu kemijski sestavi meteoritne snovi na mestu padca meteorita Sikhote-Alin (po besedah E. L. Krinova je to 93,29% železa, 5,94% niklja, 0,38% kobalta).
Prisotnost molibdena v nekaterih delcih ni nepričakovana, saj vključuje številne vrste meteoritov. Vsebnost molibdena v meteoritih (železo, kamen in ogljikovi hondriti) znaša od 6 do 7 g / t. Najpomembnejša je bila najdba molibdenita v meteoritu Allende v obliki vključitve v zlitino kovine naslednje sestave (mas.%): Fe - 31,1, Ni - 64,5, Co - 2,0, Cr - 0,3, V - 0,5, P - 0,1. Treba je opozoriti, da sta v luninem prahu, ki so ga vzorčile avtomatske postaje Luna-16, Luna-20 in Luna-24, našli tudi naravni molibden in molibdenit.
Prve odkrite krogle čistega niklja z dobro kristalizirano površino niso znane ne v magmatskih kamninah ne v meteoritih, kjer nikelj nujno vsebuje znatno količino nečistoč. Takšna struktura površine nikljevih kroglic bi lahko nastala v primeru padca asteroida (meteorita), kar je privedlo do sproščanja energije, ki je omogočila ne samo taljenje materiala padajočega telesa, temveč tudi njegovo izhlapevanje. Kovinske hlape bi lahko eksplozija dvignila na veliko višino (verjetno več deset kilometrov), kjer je prišlo do kristalizacije.
Delce, sestavljene iz avaruita (Ni3Fe), najdemo skupaj s kovinskimi kroglicami niklja. Pripadajo meteornemu prahu, zlitje železnih delcev (mikrometeoriti) pa je treba obravnavati kot "meteoritni prah" (v terminologiji EL Krinov). Diamantni kristali, na katere so naleteli skupaj z nikljevimi kroglicami, so verjetno nastali kot posledica ablacije (taljenja in izhlapevanja) meteorita iz istega parnega oblaka med njegovim nadaljnjim ohlajanjem. Znano je, da sintetične diamante dobimo s spontano kristalizacijo iz raztopine ogljika v kovinski talini (Ni, Fe) nad ravnotežno črto grafitno-diamantne faze v obliki monokristalov, njihovih medrastkov, dvojčkov, polikristalnih agregatov, okvirnih kristalov, igličastih kristalov, nepravilnih zrn. V preučevanem vzorcu smo našli skoraj vse naštete tipomorfne značilnosti diamantnih kristalov.
Iz tega lahko sklepamo, da so procesi kristalizacije diamantov v oblaku nikelj-ogljikove pare med njihovim hlajenjem in spontane kristalizacije iz raztopine ogljika v nikljevi talini v poskusih podobni. Končni zaključek o naravi diamanta pa lahko naredimo po podrobnih izotopskih študijah, za katere je treba pridobiti dovolj veliko količino snovi.
Tako je preučevanje kozmične snovi v prehodni glinasti plasti na meji krede in paleogena pokazalo njeno prisotnost v vseh delih (od plasti J1 do plasti J6), vendar so znaki udarnega dogodka zabeleženi le iz plasti J4, stare 65 milijonov let. To plast kozmičnega prahu lahko primerjamo s smrtjo dinozavrov.