Ajal 2003-2008. Grupp Venemaa ja Austria teadlasi Eisenwurzeni rahvuspargi tunnustatud paleontoloogi ja kuraatori Heinz Kohlmanni osavõtul uuris katastroofi, mis juhtus 65 miljonit aastat tagasi, kui suri üle 75% kõigist Maa organismidest, sealhulgas dinosaurused. Enamik teadlasi usub, et väljasuremine oli seotud asteroidi löögiga, kuigi on ka muid seisukohti
Selle katastroofi jälgi geoloogilistes lõikudes esindab õhuke kiht mustast savist, mille paksus on 1–5 cm. Üks neist lõikudest asub Austrias, Ida-Alpides, rahvuspargis Gamsi väikelinna lähedal, mis asub Viinist 200 km edelas. Selle sektsiooni proovide uurimise tulemusena skaneeriva elektronmikroskoobi abil leiti ebatavalise kuju ja koostisega osakesi, mis ei moodustu maapinna tingimustes ja klassifitseeritakse kosmiliseks tolmuks.
Tähetolm Maal
Esimest korda avastati Maal kosmoseaine jälgi punastes süvameresavastes ekspeditsioonides, mis uurisid laeva Challenger (1872-1876) maailmamere põhja. Neid kirjeldasid Murray ja Renard aastal 1891. Vaikses ookeani lõunaosas asuvas kahes jaamas 4300 m sügavuselt süvendades tõsteti kuni 100 µm läbimõõduga ferromangaanisõlmede ja magnetiliste mikrosfääride proovid, mida hiljem nimetati "kosmosepallideks". Challengeri ekspeditsiooni tõstatatud rauamikrosfääride üksikasju on aga uuritud alles viimastel aastatel. Selgus, et pallides on 90% metallist rauda, 10% niklit ja nende pind on kaetud õhukese raudoksiidikoorega.
Joonis: 1. Proovi võtmiseks ettevalmistatud osa Gams 1 monoliit. Erinevas vanuses kihid on tähistatud ladina tähtedega. Kriidiaja ja paleogeeni perioodide (vanus umbes 65 miljonit aastat) vaheline savi kiht, milles leiti metallmikrosfääride ja -plaatide kogunemine, on tähistatud tähega "J". Foto autor A. F. Gracheva
Salapäraste pallide avastamine süvamere savides on tegelikult seotud kosmilise aine uurimise algusega Maal. Kuid teadlaste seas tekitas huvi selle probleemi vastu plahvatus pärast kosmoseaparaatide esimest lendu laskmist, mille abil sai võimalikuks Päikesesüsteemi erinevatest osadest kuupinnase ja tolmuosakeste proovide valimine. K. P. Tunguska katastroofi jälgi uurinud Florensky (1963) ja E. L. Krinov (1971), kes uuris meteooritolmu Sikhote-Alini meteoriidi langemise kohas.
Reklaamvideo:
Teadlaste huvi metallmikrosfääride vastu viis selleni, et neid hakati leidma erineva vanuse ja päritoluga settekivimites. Metallmikrosfäärid asuvad Antarktika ja Gröönimaa jääs, ookeani sügavatel setetes ja mangaanisõlmedes, kõrbeliivades ja rannarannades. Neid leidub sageli meteoriidikraatrites ja nende ümbruses.
Viimasel kümnendil on maavälise päritoluga metallist mikrokerakesi leitud erineva vanusega settekivimitest: Alam-Kambriumist (umbes 500 miljonit aastat tagasi) kuni moodsate koosseisudeni.
Andmed iidsetest setetest pärinevate mikrosfääride ja muude osakeste kohta võimaldavad otsustada mahtude üle, samuti kosmilise aine Maale sissevoolu ühetaolisuse või ebaühtluse, kosmosest Maale saabuvate osakeste koostise muutuse ja selle aine esmaste allikate üle. See on oluline, sest need protsessid mõjutavad elu arengut Maal. Paljud neist küsimustest pole veel kaugeltki lahendatud, kuid andmete kogumine ja nende põhjalik uurimine võimaldab neile kahtlemata vastata.
Nüüd on teada, et kogu orbiidil ringleva tolmu mass on suurusjärgus 1015 tonni, aastas langeb Maa pinnale 4–10 tuhat tonni kosmilist ainet. 95% Maa pinnale langevast ainest koosneb 50–400 mikroni suurustest osakestest. Hoolimata paljudest viimase 10 aasta jooksul läbi viidud uuringutest on siiani vaieldav küsimus, kuidas kosmilise aine sissevoolu kiirus Maale muutub aja jooksul.
Kosmiliste tolmuosakeste suuruse põhjal eraldub praegu tegelik planeetidevaheline kosmiline tolm suurusega alla 30 mikroni ja mikrometeoriidid on suuremad kui 50 mikronit. Veel varem E. L. Krinov tegi ettepaneku nimetada mikrometeoriitideks pinnalt sulanud meteoorkeha kõige väiksemaid fragmente.
Kosmilise tolmu ja meteoriidi osakeste eristamiseks ei ole veel välja töötatud rangeid kriteeriume ja isegi meie uuritud Gamsi sektsiooni näidet kasutades on näidatud, et metallosakesed ja mikrokerad on kuju ja koostisega mitmekesisemad, kui olemasolevad klassifikatsioonid ette näevad. Osakeste peaaegu täiuslikku sfäärilist kuju, metallilist läiget ja magnetilisi omadusi peeti nende kosmilise päritolu tõendiks. Geokeemik E. V. Sobotovitš, “uuritava materjali kosmogeensuse hindamise ainus morfoloogiline kriteerium on sulatatud pallide olemasolu, sealhulgas magnetiliste kuulide olemasolu”. Kuid lisaks vormile, mis on äärmiselt mitmekesine, on põhimõtteliselt oluline ka aine keemiline koostis. Teadlased said teadaet koos kosmilise päritoluga mikrokeradega on tohutult palju erineva geneesiga kuulikesi - seotud vulkaanilise aktiivsuse, bakterite elutegevuse või metamorfismiga. On teada, et vulkaanilist päritolu ferrugiinsetel mikrosfääridel on palju väiksem tõenäosus, et neil on ideaalne sfääriline kuju ja lisaks on neil titaani (Ti) suurem sisaldus (üle 10%).
Vene-Austria geoloogide rühm ja Viini TV võttegrupp Ida-Alpides Gamsi sektsioonis. Esiplaanil - A. F. Gratšev
Kosmilise tolmu päritolu
Kosmilise tolmu päritolu on endiselt arutelu küsimus. Professor E. V. Sobotovitš uskus, et kosmiline tolm võib kujutada endast algse planeedipilve jäänuseid, mille vastu B. Yu. Levin ja A. N. Simonenko, uskudes, et peen mateeria ei saa kaua püsida (Maa ja Universum, 1980, nr 6).
On veel üks seletus: kosmilise tolmu teke on seotud asteroidide ja komeetide hävitamisega. Nagu E. V. Sobotovitš, kui Maale siseneva kosmilise tolmu hulk aja jooksul ei muutu, siis B. Yu. Levin ja A. N. Symonenko.
Vaatamata suurele hulgale uuringutele ei saa sellele põhimõttelisele küsimusele praegu vastust anda, sest kvantitatiivseid hinnanguid on väga vähe ja nende täpsus on vaieldav. Hiljuti viitasid stratosfääris proovidest võetud kosmiliste tolmuosakeste NASA programmi isotoopuuringute andmed päikesepaistelist päritolu osakeste olemasolule. Selle tolmu koostises leiti selliseid mineraale nagu teemant, moisaniit (ränikarbiid) ja korund, mis süsiniku ja lämmastiku isotoopide järgi võimaldavad nende tekkimist seostada päikesesüsteemi tekkele eelnenud ajaga.
Kosmilise tolmu uurimise tähtsus geoloogilises osas on ilmne. Selles artiklis esitatakse Kreeta-Paleogeeni piiri (65 miljonit aastat tagasi) ülemineku savikihis oleva kosmilise aine uurimise esimesed tulemused Gamsi sektsioonist Ida-Alpides (Austrias).
Gamsi jaotise üldised omadused
Kosmilise päritoluga osakesed saadi mitmest kriidiajastu ja paleogeeni vahelise üleminekukihi lõigust (germaani kirjanduses - K / T piir), mis asusid mägiküla Gamsi lähedal, kus samanimeline jõgi avab selle piiri mitmes kohas.
Gams 1 sektsioonis lõigati paljandist monoliit, milles K / T piir on väga hästi väljendatud. Selle kõrgus on 46 cm, laius - 30 cm alumises osas ja 22 cm - ülemises osas, paksus - 4 cm. Sektsiooni üldiseks uurimiseks jagati monoliit 2 cm pärast (alt üles) ladina tähestiku tähtedega tähistatud kihtideks (A, B, C … W) ja igas kihis, ka 2 cm pärast, tehakse numbritega (1, 2, 3 jne) märgistamine. Lähemalt uuriti üleminekukihti J K / T liideses, kus tuvastati kuus aluskihti paksusega umbes 3 mm.
Gams 1 sektsioonis saadud uurimistulemusi korrati suures osas teise sektsiooni - Gams 2 - uurimisel. Uuringute kompleks hõlmas õhukeste sektsioonide ja monomineraalsete fraktsioonide uurimist, nende keemilist analüüsi, samuti röntgenkiirte fluorestsentsi, neutronite aktivatsiooni ja röntgeni struktuurianalüüse, isotoopi. heeliumi, süsiniku ja hapniku analüüs, mineraalide koostise määramine mikrosondil, magnetomineraloogiline analüüs.
Mikroosakeste mitmekesisus
Raua ja nikli mikrokerad kriidiajastu ja paleogeeni vahelises üleminekukihis jaotuses Gamsi: 1 - jämeda retikulaar-mugulapinnaga Fe-mikrosfäär (üleminekukihi J ülemine osa); 2 - kareda pikisuunalise pinnaga Fe mikrosfäär (siirdekihi alumine osa J); 3 - kristallograafiliste tahkete elementidega ja jämeda võrgusilmaga pinna tekstuuriga (mikrokiht M) Fe mikrosfäär; 4 - õhukese võrkkattega Fe mikrosfäär (siirdekihi J ülemine osa); 5 - Ni-mikrosfäär, mille pinnal on kristalliidid (siirdekihi J ülemine osa); 6 - paagutatud Ni mikrosfääride agregaat, mille pinnal on kristalliidid (üleminekukihi J ülemine osa); 7 - Ni-mikrokerakeste agregaat mikrodiamantidega (C; üleminekukihi J ülemine osa); 8,9 - kriidiaja ja paleogeeni vahelise üleminekukihi metalliosakeste iseloomulikud vormid Ida-Alpides Gamsi sektsioonis.
Kahe geoloogilise piiri - kriidiaja paleogeeni - vahelises savikihis, samuti Gamsi sektsiooni paleotseeni ülemistes setetes kahel tasemel, leiti palju kosmilise päritoluga metallosakesi ja mikrokerakesi. Need on kuju, pinna tekstuuri ja keemilise koostise poolest palju mitmekesisemad kui kõik seni teadaolevad selle ajastu üleminekuaja savikihtides teistes maailma piirkondades.
Gams'i jaotises esindavad kosmoseainet mitmesuguse kujuga peeneks hajutatud osakesed, mille hulgas on kõige sagedamini magnetilised mikrokerakesed suurusega 0,7–100 μm, mis koosnevad 98% puhasast rauast. Selliseid kerade või mikrokerakeste kujul olevaid osakesi leidub suures koguses mitte ainult kihis J, vaid ka ülal, paleotseeni savides (kihid K ja M).
Mikrokerad koosnevad puhtast rauast või magnetiidist, millest mõned sisaldavad kroomi (Cr), raua ja nikli sulamit (avaruiit) ja puhast niklit (Ni). Mõned Fe-Ni osakesed sisaldavad molübdeeni (Mo) lisandeid. Kriidi ja paleogeeni vahelises savi üleminekukihis avastati nad kõik esimest korda.
Kunagi varem pole me kohanud kõrge niklisisaldusega osakesi, millel on märkimisväärne segu molübdeenist, mikrokerakesi koos kroomi ja spiraalraudade tükkidega. Lisaks metallmikrosfääridele ja osakestele leiti Gamsis ülemineku savikihist Ni-spinell, puhta Ni mikrokeradega mikrodemondid, samuti Au, Cu rebenenud plaadid, mida ei leidu nende aluseks olevates ja ülal asetsevates ladestustes.
Mikroosakeste omadused
Gamsi sektsiooni metallmikrosfäärid esinevad kolmel stratigraafilisel tasemel: erineva kujuga ferrugiinsed osakesed on koondunud ülemineku savikihti, K-kihi kattuvatesse peeneteralistesse liivakividesse ja kolmanda taseme moodustavad M-kihi aleurokivid.
Mõnel keral on sile pind, teisel on võre-noolega pind ja teised on kaetud väikeste hulknurkade võrguga või paralleelsete pragude süsteemiga, mis ulatuvad ühest peapragust. Need on õõnsad, kestataolised, täidetud savimineraaliga ning neil võib olla ka sisemine kontsentriline struktuur. Fe-metalli osakesed ja mikrokerakesed leiduvad kogu ülemineku savikihis, kuid on peamiselt koondunud alumisse ja keskmisesse horisondi.
Mikrometeoriidid on puhta raua või Fe-Ni raua-nikli sulami (avaruiit) sulatatud osakesed; nende suurused on vahemikus 5 kuni 20 mikronit. Arvukad avariiidi osakesed piirduvad üleminekukihi J ülemise tasemega, samas kui siirdekihi alumises ja ülemises osas on puhtaid raudrugiinseid osakesi.
Ristmugulase pinnaga plaatide kujul olevad osakesed koosnevad ainult rauast, nende laius on 10–20 µm ja pikkus on kuni 150 µm. Need on kergelt kaarjad ja kohtuvad üleminekukihi põhjas. Selle alumises osas leidub ka Mo lisanditega Fe-Ni plaate.
Raua ja nikli sulamist plaadid on pikliku kujuga, kergelt kumerad, pinnal on pikisooned, mõõtude pikkus varieerub 70 kuni 150 mikronit laiusega umbes 20 mikronit. Neid esineb sagedamini üleminekukihi alumises ja keskmises osas.
Pikisuunaliste soonetega raudplaadid on kuju ja suurusega identsed Ni-Fe sulamisplaatidega. Need piirduvad üleminekukihi alumise ja keskmise osaga.
Erilist huvi pakuvad puhta raua osakesed, millel on tavaline spiraal ja mis on painutatud konksu kujul. Need koosnevad peamiselt puhtast Fe-st, harva on see Fe-Ni-Mo sulam. Spiraalsed rauaosakesed asuvad J-kihi ülaosas ja ülal asuvas liivakivist vahekihis (K-kiht). Siirdekihi J alusest leiti spiraalne Fe-Ni-Mo osake.
Siirdekihi J ülemises osas oli mitu Ni-mikrokeradega paagutatud mikrodiamondi tera. Nikkelkuulide mikrotroobiuuringud, mis viidi läbi kahel instrumendil (lainete ja energiaga hajuvate spektromeetritega) näitasid, et need pallid koosnevad õhukese nikkeloksiidkile all peaaegu puhtast niklist. Kõigi nikkelkuulide pind on punktiiritud selgete kristallititega, mille kaksikud on suurusega 1–2 µm. Sellist puhtalt niklit hästi kristallunud pinnaga kerade kujul ei leidu ei tardkivimites ega meteoriitides, kus nikkel sisaldab tingimata märkimisväärset hulka lisandeid.
Gams 1 sektsiooni monoliidi uurimisel leiti puhtaid Ni-kerasid ainult üleminekukihi J ülemisest osast (selle kõige ülemisest osast - väga õhuke settekiht J 6, mille paksus ei ületa 200 μm) ning termilise magnetanalüüsi andmete kohaselt on metallist niklit siirdekiht, alustades alamkihist J4. Siit koos Ni-pallidega leiti ka teemante. Kuubikust, mille pindala on 1 cm2, eemaldatud kihis on leitud teemantterade arv kümnetes (suurusega mikronite fraktsioonidest kümnete mikroniteni) ja sama suurusega nikkelkuulidest - sadades.
Otse paljandilt võetud siirdekihi ülemisest osast võetud proovides leiti teemante, mille tera pinnal olid peened nikliosakesed. On märkimisväärne, et uurides kihi J selle osa proove, selgus ka mineraalse moisaniidi olemasolu. Varem leiti mikrodiamonds Mehhikos kriidi-paleogeeni piiril olevast üleminekukihist.
Leidub teistes piirkondades
Kontsentrilise sisestruktuuriga Gamsi mikrosfäärid on sarnased nendega, mille Challengeri ekspeditsioon Vaikse ookeani süvamere savides kaevandas.
Ebakorrapärase kujuga sulatatud servadega rauaosakesed, samuti spiraalide ja kõverate konksude ja plaatide kujul on väga sarnased Maale langevate meteoriitide hävitamisproduktidele, neid võib pidada meteoorrauaks. Avaruiidi ja puhta nikli osakesed saab määrata samasse kategooriasse.
Kumerad rauaosakesed on lähedal Pele pisarate erinevatele vormidele - laavapiiskadele (lapilli), mida vulkaanid vedelas olekus purske ajal õhust välja viskavad.
Seega on Gamsi ülemineku savikiht heterogeense struktuuriga ja jagatud selgelt kaheks osaks. Alumises ja keskmises osas domineerivad rauaosakesed ja mikrokerakesed, kihi ülemine osa on aga rikastatud nikliga: avariiidi osakesed ja teemantidega nikkel-mikrokerakesed. Seda ei kinnita mitte ainult raua ja nikli osakeste levik savis, vaid ka keemiliste ja termomagnetiliste analüüside andmed.
Termomagnetilise analüüsi ja mikrotroopianalüüsi andmete võrdlus näitab nikli, raua ja nende sulami jaotumise J kihis äärmist heterogeensust, kuid termomagnetilise analüüsi tulemuste kohaselt registreeritakse puhas nikkel ainult J4 kihist. Tähelepanuväärne on asjaolu, et spiraalne raud esineb peamiselt J-kihi ülaosas ja jätkub seda peal asuvas K-kihis, kus on siiski vähe isomeetrilisi või lamellaarseid Fe, Fe-Ni osakesi.
Rõhutame, et selline selge raua, nikli ja iriidiumi diferentseerumine, mis avaldub Gamsi ülemineku savikihis, esineb ka teistes piirkondades. Näiteks USA New Jersey osariigis ilmus siirdekerekihis (6 cm) iriidiumi anomaalia järsult selle põhjas ja löögimineraalid on koondunud ainult selle kihi ülemisse (1 cm) ossa. Haitil kriidiaegse paleogeeni piiril ja kerakihi ülemises osas on Ni ja šokkvarts järsult rikastatud.
Maa taustnähtus
Leitud Fe ja Fe-Ni sfäärulite paljud omadused on sarnased pallidega, mille Challenger ekspeditsioon avastas Vaikse ookeani süvamere savides, Tunguska katastroofi piirkonnas ning Jaapanis Sikhote-Alini meteoriidi ja Nio meteoriidi kukkumiskohtades, aga ka paljudes eri vanuses settekivimites. maailma piirkondades. Lisaks Tunguska katastroofi piirkondadele ja Sikhote-Alini meteoriidi langusele pole kõigil muudel juhtudel löögisündmusega seotud mitte ainult kerakeste, vaid ka erinevate morfoloogiliste osakeste moodustumine, mis koosneb puhtast rauast (mõnikord kroomisisaldusega) ja nikli sulamist rauaga. Me arvestame selliste osakeste ilmnemisega kosmilise planeetidevahelise tolmu tõttu, mis langeb Maa pinnale - protsess, mis on pidevalt kestnud alates Maa moodustumisest ja on omamoodi taustanähtus.
Paljud Gamsi sektsioonis uuritud osakesed on koostiselt lähedased meteoriidiaine keemilisele üldkoostisele Shothot-Alini meteoriidi langemise kohas (E. L. Krinovi sõnul on see 93,29% rauda, 5,94% niklit, 0,38% koobaltit).
Mõnes osakeses ei ole molübdeeni olemasolu ootamatu, kuna see hõlmab mitut tüüpi meteoriite. Molübdeeni sisaldus meteoriitides (raua-, kivi- ja süsinikkondritites) jääb vahemikku 6–7 g / t. Kõige olulisem oli Allende meteoriidist leitud molübdeniidi leid sulami kujul järgmise metallikoostise (massiprotsentides) kujul: Fe - 31,1, Ni - 64,5, Co - 2,0, Cr - 0,3, V - 0,5, P - 0,1. Tuleb märkida, et looduslikku molübdeeni ja molübdeniiti leiti ka automaatjaamade Luna-16, Luna-20 ja Luna-24 proovidest võetud kuutolmust.
Esimesi hästi kristallunud pinnaga puhtast niklist avastatud sfääre pole teada ei tardkivimites ega meteoriitides, kus nikkel sisaldab tingimata märkimisväärses koguses lisandeid. Niisugune nikkelkuulide pinna struktuur võib tekkida asteroidi (meteoriidi) kukkumise korral, mis viis energia eraldumiseni, mis võimaldas langeva keha materjali mitte ainult sulatada, vaid ka aurustada. Metalliaurud oleks võinud plahvatuse abil tõsta suurele kõrgusele (tõenäoliselt kümnetele kilomeetritele), kus toimus kristalliseerumine.
Leiti avarariidist (Ni3Fe) koosnevad osakesed koos metallist nikkelkuulidega. Need kuuluvad meteoorse tolmu hulka ja sulatatud raua osakesi (mikrometeoriite) tuleks käsitleda "meteoriiditolmuna" (EL Krinovi terminoloogias). Nikkelkuulidega kokku puutunud teemantkristallid tekkisid tõenäoliselt meteoriidi ablatsiooni (sulamise ja aurustamise) tagajärjel samast aurupilvest järgneva jahutamise ajal. On teada, et sünteetilised teemandid saadakse spontaansel kristallimisel süsiniku lahusest metallisulamil (Ni, Fe) grafiidi - teemandi faasi tasakaalujoone kohal monokristallide, nende kasvude, kaksikute, polükristalliliste agregaatide, raamkristallide, nõelakujuliste kristallide, ebakorrapäraste terade kujul. Uuritud proovist leiti peaaegu kõik loetletud teemantkristallide tüpomorfsed tunnused.
See võimaldab meil järeldada, et teemantkristallumisprotsessid nikli-süsinikuauru pilves selle jahutamise ajal ja spontaanne kristallumine nikli sulamisisalduses olevast süsinikulahusest on katsetes sarnased. Lõpliku järelduse teemandi olemuse kohta saab teha aga pärast üksikasjalikke isotoopuuringuid, mille jaoks on vaja saada piisavalt suur kogus ainet.
Seega näitas kosmilise aine uurimine kriidiaja paleogeeni piiril olevas savises üleminekukihis selle esinemist kõigis osades (kihist J1 kuni kihini J6), kuid löögisündmuse märke registreeritakse ainult kihist J4, mis on 65 miljonit aastat vana. Seda kosmilise tolmu kihti saab võrrelda dinosauruste surmaga.
