Зачем нужно изучать метеориты кратко
Обновлено: 30.06.2024
— Дмитрий Дмитриевич, откуда к нам на Землю прилетают метеориты?
— Очень интересный вопрос. Владимир Иванович Вернадский, который основал науку метеоритику, считал, что метеориты — галактические странники. Но, к сожалению, это не так. Гипотеза Вернадского не подтвердилась. Сейчас известно, что метеориты в основном приходят к нам из пояса астероидов, находящегося между Марсом и Юпитером. Существует фантастическая гипотеза, что пояс астероидов — это остатки не образовавшейся из-за гравитационных воздействий планеты Фаэтон, хотя, расчётные модели не подтверждают эту версию. Так или иначе, пояс астероидов сформировался в космосе примерно 4,5–4.4 млрд. лет назад. Для нас это, конечно, ценное свидетельство условий рождения Солнечной системы. Состав хондритовых метеоритов, что примечательно, в общем не отличается от состава Солнца. У нашего светила есть внешняя оболочка, фотосфера, состав которой мы хорошо знаем из спектроскопических наблюдений и которая не изменялась с момента образования этой звезды. Оказывается, вещество, из которого состоят примитивные метеориты, соответствуют веществу фотосферы Солнца. Из него все мы образовались.
— Выходит, мы в какой-то степени дети Солнца?
— Возможно, это так, хотя и не совсем. Все достаточно тяжёлые атомы (за исключением водорода и некоторых лёгких элементов) на нашей Земле образовались в звёздах. Так что можно утверждать, что мы созданы из звёздной пыли. Наше Солнце — это звезда примерно 3-го поколения, она состоит из вещества, оставшегося после взрыва сверхновых.
Вообще изучение метеоритов напоминает работу криминалиста. Возясь в разных деталях, мы постепенно расшифровываем всю историю возникновения данной породы, восстанавливаем историю возникновения Солнечной системы, Земли и планет. Исследования метеоритов дают нам в этом смысле очень много. Мы до сих пор не знаем точно, каков был строительный материал Земли, но догадываемся, что это были так называемые энстатитовые хондриты.
Дмитрий Дмитриевич Бадюков, кандидат геолого-минералогических наук, руководитель лаборатории метеоритики ГЕОХИ РАН. Фото Наталии Лесковой.
Мы знаем, что Земля не могла образоваться из углистых хондритов — тех, которые образовались изначально из протопланетного облака, когда возникло наше Солнце. В первые моменты своего существования вокруг него носился диск пыли, из которого и сформировались эти изначальные примитивные углистые хондриты. Их вещество до сих пор не изменялось, и мы можем расшифровывать, какие тогда были парциальные давления газов, какие протекали окислительно-восстановительные процессы и могла ли там возникнуть органика.
В нашей лаборатории изучаются проблемы возникновения самых первых частиц, образовавшихся в Солнечной системе и несущих информацию о наиболее ранних стадиях образования твёрдого вещества, а также по истории формирования астероидов — немых свидетелей самых первых этапов формирования Земли. Это широчайший круг задач. Кстати, наша лаборатория курирует коллекцию метеоритов Российской академии наук, поддерживает её в порядке и ежегодно пополняет новыми метеоритами и образцами. Эта коллекция старейшая в мире и является культурным достоянием России.
— Почему тогда Земля не могла возникнуть из углистых хондритов, если их с самого начала было много?
— Моделируя формирование Земли из углистых хондритов, мы должны получить планету, где содержится значительно больше железа и у которой будет массивная атмосфера (типа Венеры, а то и гораздо хуже). Другое дело энстатитовые хондриты, хотя они весьма редки и составляют всего около двух процентов от всех упавших на Землю метеоритов.
Существует ещё гипотеза гетерогенной аккреции, согласно которой приращение массы нашей планеты происходило путем слипания материала разного состава — сначала железо-никелевого ядра, а потом уже силикатной оболочки, хотя изотопные данные свидетельствуют против этого. Здесь я вспоминаю, как был рецензентом статьи академика Алексея Александровича Маракушева, на которую дал отрицательный отзыв. В ней утверждалось, что планета типа Юпитера образовалась вблизи Солнца. Тогда, с моей точки зрения, образование газового гиганта в горячей области казалось невероятным. А сейчас найдены газовые гиганты среди экзопланет (т. е. планет в других звёздных системах), которые вращаются в непосредственной близи от своих звёзд.
— Какая из этих гипотез возникновения Земли лично вам кажется наиболее убедительной?
— Я до сих пор считаю это загадкой. В этом смысл науки: множество наших предположений оказываются ошибочными. Но остальное — это истина, ради которой мы и работаем.
— А кроме углистых и энстатитовых хондритов какие ещё метеориты прилетают к нам на Землю?
— Их не так уж много: железные, железно-каменные, ахондриты, палласиты. Палласиты представляют собой железно-никелевую матрицу с вкраплениями кристаллов минерала оливина. Названы в честь академика П. С. Палласа, описавшего его как самородное железо. Палласиты встречаются редко и интересны тем, что, вероятно, представляют собой ядра астероидов. Изучая такие метеориты, мы можем узнать, как возникли эти астероиды, являются ли они продуктами ударных столкновений либо дифференциации. Железные метеориты и ахондриты несут нам информацию о процессах возникновения и становления астероидов.
Пингуалуит (Cratère des Pingualuit) — хорошо сохранившийся ударный кратер, расположенный на севере Канады. Образовался примерно полтора миллиона лет назад. В отличие от молодых кратеров (таких как "знаменитый" Аризонский кратер возрастом около 50 тысяч лет), старые метеоритные кратеры практически неразличимы с поверхности и их обнаружение возможно либо по спутниковым снимкам либо по данным геофизических исследований. Фото: Terra — MODIS, Nasa.gov.
— И удавалось ли вам обнаружить что-то особенное?
— Я занимался одним из крупнейших массовых вымираний — мел-палеогеновым, исследовал тонкий слой, который связан с глобальной катастрофой, произошедшей 65,5 миллионов лет назад. Мы обнаружили в этом слое космогенное вещество и, самое главное, ударно-метаморфизованный кварц. Что это такое? Под воздействием ударной волны кварц, очень чувствительный минерал, даёт структурные нарушения. Такие элементы никогда нигде не встречаются, кроме как при ударном преобразовании вещества: при давлениях в ударной волне, превышающих 100 тысяч атмосфер. В результате того события на нашей планете вымерли все динозавры, а также и масса других животных. Одна из гипотез говорит, что это могло быть связано с множественным выпадением астероидов. В частности возраст Болтышского кратера, относительно небольшого метеоритного кратера (всего примерно 20 км в диаметре, расположен на Украине), как раз составляет 65,5 млн. лет.
— А сейчас нам на голову может упасть что-то крупное?
— В основном на нас падают хондриты, их выпадает примерно 50 тонн в год. Это очень мало, примерно всего один железнодорожный вагон. И преимущественно это мелкие метеориты. Последний крупный случай — Челябинский метеорит, имевший около 20 метров в диаметре и массу около 700 кг. При этом я уверен, что около двух тонн до сих пор где-то валяется. Это случилось в 2013 году, и, скорее всего, нам следует ждать прилёта аналогичного крупного метеорита лет через пять-шесть. Ещё одно интересное падение случилось в селе Озёрки в Липецкой области в 2018 году. Там была немного смешная история. Метеорит упал на сельскохозяйственные поля, засеянные соей. Хозяин разрешил нам там ходить, только просил не топтать эти грядки. Но потом набежала масса любителей поисков метеоритов, и они вытоптали ему все посевы. Фермер был в отчаянии.
— Так метеорит-то в итоге вы нашли? Было в нём что-то интересное или всё-таки зря вытоптали посевы?
— Да, я нашёл его сам. Здесь больше интересен именно сам факт падения. Он может указать нам возраст метеорита — как долго он болтался в Солнечной системе. Оказалось, что прежде чем упасть на Землю, он провёл в космосе 12 миллионов лет. Обломки, из которых происходил этот метеорит, вращаются по эллиптической орбите вокруг Солнца, и иногда их орбита пересекается с земной. Тогда они могут выпадать на Землю. Но, повторюсь, сам метеорит ничего особенного собой не представляет.
Сбор микрометеоритов на восточной окраине ледникового щита Северного острова Новой Земли близ истоков р. Снежная. На фото Дмитрий Бадюков.
— Сейчас существует целое научное направление — бактериальная палеонтология — которая пытается в том числе находить следы внеземной жизни на метеоритах и кометах. Удавалось ли вам обнаружить нечто подобное на изучаемых метеоритах?
— Академик Алексей Юрьевич Розанов, научный руководитель Палеонтологического института РАН, говорит, что находит. Мне же никогда ничего подобного видеть не доводилось. У нас в лаборатории есть специалисты высочайшего класса, которые на хорошем микроскопическом оборудовании изучают вещество метеоритов, но никогда нам признаки органики не встречались. Морфология проявления жизни очень специфична, её ни с чем другим спутать нельзя.
— Академик Розанов уверен, что жизнь прилетела к нам из космоса. Бывший научный руководитель вашего института академик Эрик Михайлович Галимов был уверен, что она зародилась в недрах Земли. А какой точки зрения придерживаетесь вы?
— Я считаю верной гипотезу панспермии (гипотеза о возможности переноса живых организмов или их зародышей через космическое пространство — прим.ред.). Само образование Вселенной в результате Большого взрыва подразумевает зарождение и распространение жизни.
— И на чем основано это утверждение?
— Это вера. Я верю, что все химические и физические процессы формирования мира имели в своей основе идею образования жизни.
— Не только на Земле?
— Конечно. Вы знаете, раньше думали, что Солнце обращается вокруг Земли. Потом оказалось, что это Земля вращается вокруг Солнца. Затем стали наблюдать другие звёзды, но считали, что планет у них нет. Но вот выяснилось, что экзопланет существует множество, в том числе и землеподобных. Обнаружение жизни — лишь вопрос времени и научного развития. Жизнь разлита по Вселенной, и я уверен, что когда-нибудь это подтвердится.
— Однако вы её признаков на метеоритах пока не видите. Может быть, надо искать на ледяных кометах, где у органики больше шансов сохраниться? Но, насколько я знаю, кометное вещество в наших руках пока не побывало.
— Это не так. Во-первых, к кометам отправлялись космические миссии. Во-вторых, ещё одним предметом наших исследований является космическая пыль, которая, как и метеориты, также выпадает из космоса, причём в значительно больших количествах. Её собирают во льдах Антарктиды, Гренландии, Новой Земли и других ледниках. Чем она интересна? Она коренным образом отличается по составу от потока метеоритов. 90 процентов в её составе — углистые хондриты, близкие, но отличающиеся от метеоритных по типу.
Электронно-микроскопические изображения полированных срезов силикатных микрометеоритов. а), б) — Непереплавленные микрометеориты, испытавшие незначительный нагрев при пролёте в атмосфере и сохранившие первоначальную структуру; а) микрометеорит с тонкозернистой структурой, близкий к углистым хондритам; б) — микрометеорит с “грубозернистой” структурой, характерной для кристаллизации из расплава; в), г) —микрометеориты, испытавшие более сильный нагрев в атмосфере, но сохранившие отчасти первичные минералы с высокой температурой плавления; д) е) — космические шарики, образованные в результате полного плавления исходного вещества при торможении в атмосфере с различными новообразованными структурами. Космические шарики —твёрдые остатки от “падающих звёзд”.
Тут, как говорится, теряя в одном, мы находим в другом. Чем хорош метеорит? Это камни довольно больших размеров. Мы можем его распилить и подвергнуть анализу. Космическая пыль —частички размером 1-2 миллиметра максимум. Распилить их сложно, хотя наша техника позволяет и это.
Но всё дело в том, что поток космической пыли выполняет роль своего рода пылесборника. Если, например, вы возьмете пыль из этой комнаты, то сможете установить, куда, где, когда я ходил и что делал, то есть восстановить всю историю моего путешествия и обстоятельства того, как, когда оно началось и где кончилось.
—А космическая пыль тоже, как и метеориты, родом из Солнечной системы?
— Вещество Солнечной системы обладает определённым изотопным составом. Он известен, и получается, что космическая пыль в массе своей тоже родом из Солнечной системы. Хотя я считаю, что космическая пыль может прилетать не только из Солнечной системы. При этом надо понимать, что невозможно поймать на лету частицу, прилетевшую из внесолнечного пространства. Гиперболическая скорость, с которой такие тела входят в земную атмосферу, должны быть не менее 72 километров в секунду — огромная скорость! Правда, некоторые специалисты сумели зафиксировать пролёт таких частиц со скоростью около 300 километров в секунду. И это, по всей видимости, галактическая космическая пыль, но поймать и исследовать такие частицы пока никто не смог, поэтому и их состава мы пока не знаем.
— Но каким образом всё это связано с исследованием комет?
— В том-то и дело, что связано напрямую. У нас есть три основных источника космической пыли — астероиды, пояс Койпера и облако Оорта. Поэтому, скорее всего, космическая пыль — это и есть то самое кометное вещество, которое может дать нам многие ответы, в том числе на вопросы происхождения и распространения жизни по Солнечной системе и дальше. Хотя многие учёные считают, что космическая пыль не имеет отношения к кометному веществу, а прилетела из пояса астероидов. Скорее всего, правы обе стороны. Часть космической пыли прилетает из пояса астероидов, но часть — это кометное вещество. Иначе говоря, мы имеем в наших коллекциях твёрдое вещество комет, хотя и не уделяем этому достаточного внимания.
След от Челябинского метеорита, обломки которого упали в районе озера Чебаркуль 15 февраля 2013 года. Метеорит относится к классу обыкновенных хондритов LL5. Самый большой осколок массой около 500 кг хранится в Государственном историческом музее Южного Урала. Фото: Alex Alishevskikh/Wikimedia Commons.
— Сейчас астробиологи рассчитывают, что на спутниках планет-гигантов в подповерхностных океанах может существовать жизнь. Как вы считаете, может ли она таиться и в космической пыли, которую вы сейчас исследуете?
— Вряд ли. Мелкие частицы пыли подвергаются воздействую жёсткого космического излучения, и никакая органика там уцелеть не может. Другое дело, если это, например, километровое космическое тело, тогда в его ядре вполне может содержаться органика. Но примитивная жизнь, каким-то образом попавшая на Землю, это ещё полдела. Как она смогла развиться во всем её разнообразии — отдельный и не менее сложный вопрос.
— Дмитрий Дмитриевич, как бы вы ответили, зачем нужно всё это изучать?
— Фундаментальная наука бесценна. Зачем, например, нам знать, что Земля обращается вокруг Солнца? При навигации это бесполезная информация. Зачем нам знание того, как устроена Солнечная система? А что находится дальше, за ней? А ещё дальше? Откуда мы, зачем пришли на Землю? Это всё вопросы, от которых человечество избавиться не сможет, и ответы на них будет искать всегда. Всё это и делает нас людьми.
— Могут ли эти знания каким-то образом повлиять на наше будущее? Может быть, мы научимся предсказывать космические катастрофы и предотвращать их?
— Да, и это важная часть научного знания, которое всегда приносит практические плоды. Мы можем установить спутниковое наблюдение, создать глобальную сеть, с помощью которых будет проводиться мониторинг возможных космических опасностей.
Но если случится глобальная катастрофа, такая как произошла во время мел-палеогенового вымирания, то это будет, конечно, очень непростая задача. Сможет ли человечество преодолеть эту ситуацию? Не знаю. Шансов мало, учитывая то, как безалаберно ведёт себя человечество сейчас.
Вот вы спрашиваете — зачем нам всё это изучать? Если не изучать, не задаваться этими вопросами, не финансировать научные исследования, то мы, конечно, не выживем. Жизнь в любом случае уцелеет. Солнце ещё будет светить 4,5 млрд лет. Но останемся ли мы под этим солнцем или вымрем, как динозавры, — большой вопрос. Время подумать у нас ещё есть. Но тянуть я бы не советовал.
Метеориты и метеоры
- о строении вселенной;
- как зародилась;
- дальнейшее развитие.
Поэтому, вопрос о том зачем нужно изучать метеориты, тут просто неуместен, и его могут задавать только некомпетентные в этом направлении люди.
Консультации со специалистом
Метеорит в музее.
Начнём с Челябинского метеорита:
— Работники ИГМ СО РАН, первыми осуществили химический анализ, и определили весь минеральный состав этого камня. Возникает вопрос что нового удалось получить при его осмотре и анализе?
— Все первые данные проводимых анализов обломков космического тела подтвердили то, что он относится к очень редкой группе обыкновенных хондритов с кодовым названием LL5. Такие камни, как известно, пока что не встречались на территории РФ. Но и это ещё не всё, потому что дальнейшие исследования, которые уже проводились совместно с японскими специалистами, показали, что в составе этого камня присутствует минерал высокого давления – жадеит. Этот факт даёт возможность установить, что во время удара, когда от основного тела метеорита откололся исследуемый кусок, камень имел температуру до двух тысяч градусов по Цельсию. И это при давлении от 30 тысяч и до 120 тысяч атмосфер.
— Дальнейшие расчёты показали, что такой удар мог получиться только на скорости до 1500 метров в секунду. При этом космическое тело должно иметь размер в пределах 200 метров.
— Специалисты ИГМ СО РАН одними из первых проанализировали химический и минеральный состав Челябинского метеорита. Какие новые данные удалось получить при его изучении?
— Первые анализы обломков метеорита, проведённые в ИГМ СО РАН группой исследователей во главе с кандидатом геолого-минералогических наук В. В. Шарыгиным, подтвердили его принадлежность к редкой группе обыкновенных хондритов – LL5, ранее не встречавшихся на территории нашей страны. В ходе дальнейших исследований, проведённых нашей лабораторией совместно с японскими специалистами из института Тохоку, в ударно-расплавных жилах Челябинского метеорита был обнаружен минерал высокого давления жадеит, позволивший установить, что в момент удара, отколовшего его от родительского тела, давление и температура достигали 30 000 – 120 000 атмосфер и 1700-2000 °С. Расчёты показали: такой удар был вызван столкновением на скорости 400-1500 м/с с космическим телом размером 150-190 метров.
— Такие высокие давления можно как-то смоделировать в искусственных условиях и приспособить для получения фундаментальных знаний или даже чего-нибудь полезного? Например, для создания новых материалов?
— Специалисты нашей лаборатории как раз и занимаются созданием высоких давлений в экспериментальных условиях. Однако для решения многих задач кратковременного ударного воздействия которое моделируется, например, с помощью взрыва, недостаточно. Именно поэтому нам приходится использовать сложную аппаратуру – многотонные прессы и прессы с алмазными наковальнями, способные поддерживать высокое давление в течение длительного времени. Помимо получения фундаментальных знаний о поведении вещества при экстремальных нагрузках, наши эксперименты предполагают и ряд прикладных применений. Одним из них является синтез новых сверхтвёрдых материалов.
В уникальных случаях в виде метеоритов до Земли могут долетать породы с поверхности Луны и Марса, выброшенные в космос ударом астероида. Они резко выделяются среди остальных по химическому и изотопному составу.
— Как осуществляется реконструкция условий столкновений метеоритов? Как вы получаете информацию об их первоначальных размерах и скорости в тот или иной момент?
— Насколько мне известно, сейчас вы исследуете метеориты из коллекции Центрального сибирского геологического музея. Какая основная цель ваших исследований?
— Больше всего нам, конечно же, хотелось бы найти в них новые минералы высокого давления, ранее не обнаруженные в природе, однако для этого, нужно признать, требуется немало везения. Другой важной задачей является реконструкция ударных событий, предшествовавших падению метеорита. Сбор и систематизация данных позволит определить масштабы давлений и температур, возникающих при столкновении небесных тел, и таким образом дополнить наши знания о физике взаимодействия малых тел Солнечной системы.
Космос ближе, чем кажется. По подсчётам учёных, за сутки на Землю падает около 80 тонн небесного вещества. А за год – более 20000 тонн. Многие из метеоритов не долетают до поверхности, сгорая в атмосфере. Но тысячи космических тел и их осколков ежегодно обрушивается на планету.
Две лекции, посвящённые метеоритам, для участников февральской смены провёл Виктор Иосифович Гроховский — профессор физико-технологического института Уральского федерального университета, член Комитета по метеоритам РАН, член международного Метеоритного общества.
- Чтобы изучать метеориты, не нужно летать в космос — они сами падают к нам на Землю. А вот об астероидах мы знаем недостаточно. Можно по пальцам пересчитать космические экспедиции для исследования малых тел Солнечной системы. Нужно изучать метеориты, чтобы знать, как устроены астероиды. Классификация метеоритов разнообразна — их больше сотни типов. И найти два одинаковых — крайне сложно. Каждый чем-то уникален.
- Как часто падают опасные метеориты?
- Нельзя сказать, что здесь есть какая-то закономерность. Нашей стране, в этом смысле, повезло. Для такой огромной территории, подобное явление – крайне редкое. Если говорить обо всей планете, можно сказать, раз в 50 лет падение опасного метеорита стоит ожидать.
- Как отличить космическое тело от обыкновенного земного камня?
- Первое, на что можно обратить внимание – это внешняя форма и состав. Но здесь легко ошибиться, приняв за метеорит земной камень. Главный отличительный признак – особая внутренняя структура, которая могла сформироваться только в необычных условиях. Её нельзя разглядеть невооружённым взглядом. В железных метеоритах это так называемая видманштеттова структура, отличающаяся геометрически правильным расположением элементов. Такая структура формируется в результате медленного остывания – на градус в течение миллиона лет. Есть также каменные метеориты. Их ещё называют хондриты, так как они содержат хондры – особые круглые образования, состоящие из материи, из которой формировалась солнечная система после сжатия газо-пылевого облака.
- Можно ли невооружённым глазом определить, что это метеорит?
- Если это не осколок, а целый метеорит, он, как правило, имеет форму снаряда. Ещё одним признаком является наличие ржавчины. Металл есть во всех метеоритах. Полежав в земле, он окисляется. Даже фрагменты челябинского метеорита спустя короткое время окислились. Хочу отметить, что случаи, когда осколки метеоритов находят случайно, очень редкие. Ходить в поисках метеорита с металлоискателем, если вы не знаете точного места падения, нет смысла.
- Идеальный вариант, когда заранее известно место падения. Также установлено, что в пустынях и в Антарктиде есть особые природные механизмы концентрации всего, что падает с неба. В Антарктиде существуют участки голубого льда, в котором концентрация космического вещества гораздо выше, чем на всей планете. Места скопления метеоритов есть и в пустынях. Космические тела падали в песок, под воздействием ветра песчаные холмы двигались, выкладывая метеориты, как на подложку.
- Какой интерес, с практической точки зрения, может представлять изучение внеземного вещества?
- Во-первых, это понимание процессов, связанных с металлом. Я металлург по образованию и вижу, что есть такие процессы, которые нельзя повторить в наших условиях, но они в принципе возможны.
- Возможно, в будущем мы сможем повторить их?
- Процессы, связанные с медленным остыванием, - нет. Но применить закономерности структурных и фазовых превращений для других материалов мы сможем.
- Есть ли неожиданные способы применения знаний, связанных с изучением метеоритов?
- Сейчас в мире заговорили о космических ресурсах, в частности, об освоении астероидов с целью добычи там полезных элементов. Лично мне идея кажется фантастикой, но тем не менее, эти исследования финансируются на государственном уровне одной из европейских стран.
- Что можно там добывать?
- Многие металлы, включая железо и редкие благородные, были доставлены на ранних этапах жизни нашей планеты другими космическими телами. Некоторые месторождения напрямую связаны с падением метеоритов.
- Готово ли человечество к метеоритной опасности?
- К сожалению, пока не готово. Нам повезло, что ни один из последних метеоритов не привёл к катастрофическим последствиям. К примеру, Тунгусское явление произошло вдали от населённых пунктов. А Челябинский метеорит был настолько небольшим, что не привёл к жертвам. Были выбиты стёкла, причинён огромный ущерб, но все остались живы.
Хотя метеоритная угроза существует, полноценной системы для защиты планеты нет. Чтобы создать такую систему защиты от космической угрозы в планетарном масштабе, нужны колоссальные вложения. Для этого должны объединиться все крупнейшие государства.
Читайте также: