I løpet av 2003-2008. En gruppe russiske og østerrikske forskere med deltakelse av Heinz Kohlmann, en kjent paleontolog og kurator for Eisenwurzen nasjonalpark, studerte katastrofen som skjedde for 65 millioner år siden, da mer enn 75% av alle organismer på jorden, inkludert dinosaurer, døde ut. De fleste forskere mener at utryddelsen var assosiert med en asteroideeffekt, selv om det er andre synspunkter
Spor av denne katastrofen i geologiske seksjoner er representert med et tynt lag med svart leire fra 1 til 5 cm tykt. En av slike seksjoner ligger i Østerrike, i de østlige Alpene, i nasjonalparken nær den lille byen Gams, som ligger 200 km sørvest for Wien. Som et resultat av å studere prøver fra denne seksjonen ved hjelp av et skanningelektronmikroskop, ble det funnet partikler med uvanlig form og sammensetning, som ikke dannes under grunnforhold og er klassifisert som kosmisk støv.
Stardust på jorden
For første gang ble spor av romstoff på Jorden oppdaget i røde dypvannsleire av en engelsk ekspedisjon som utforsket bunnen av verdenshavet på Challenger-skipet (1872-1876). De ble beskrevet av Murray og Renard i 1891. Ved to stasjoner i det sørlige Stillehavet, når de ble mudret fra en dybde på 4300 m, ble prøver av ferromangan-knuter og magnetiske mikrosfærer opp til 100 µm i diameter hevet, senere kalt "romkuler". Imidlertid er detaljene i jernmikrosfærene som ble reist av Challenger-ekspedisjonen først undersøkt de siste årene. Det viste seg at kulene er 90% metallisk jern, 10% nikkel, og overflaten er dekket med en tynn skorpe av jernoksid.
Figur: 1. Monolitt fra Gams 1-delen, klargjort for prøvetaking. Lag i forskjellige aldre er angitt med latinske bokstaver. Overgangsleirelaget mellom kritt- og paleogenperioden (alder ca 65 millioner år), hvor akkumulering av metallmikrokuler og plater ble funnet, er merket med bokstaven "J". Foto av A. F. Gracheva
Oppdagelsen av mystiske baller i dyphavsleire er faktisk knyttet til begynnelsen av studiet av kosmisk materie på jorden. Imidlertid skjedde en eksplosjon av interesse blant forskere for dette problemet etter de første lanseringene av romfartøyer, ved hjelp av hvilke det ble mulig å velge månejord og prøver av støvpartikler fra forskjellige deler av solsystemet. Verkene til K. P. Florensky (1963), som studerte sporene etter Tunguska-katastrofen, og E. L. Krinov (1971), som studerte meteorisk støv på stedet for Sikhote-Alin-meteoritten.
Kampanjevideo:
Forskernes interesse for mikrosfærer i metall førte til at de begynte å bli funnet i sedimentære bergarter av forskjellige aldre og opprinnelse. Metallmikrosfærer finnes i isen på Antarktis og Grønland, i dype havsedimenter og manganknuter, i ørkensanden og kyststrender. De finnes ofte i og rundt meteorittkratere.
I løpet av det siste tiåret er det funnet metallmikrosfærer av utenomjordisk opprinnelse i sedimentære bergarter i forskjellige aldre: fra Nedre Kambrium (for rundt 500 millioner år siden) til moderne formasjoner.
Data om mikrosfærer og andre partikler fra gamle sedimenter gjør det mulig å bedømme volumene, samt ensartethet eller ujevnheten i tilstrømningen av kosmisk materie til jorden, endringen i sammensetningen av partikler som kommer til jorden fra verdensrommet, og de primære kildene til dette stoffet. Dette er viktig fordi disse prosessene påvirker utviklingen av livet på jorden. Mange av disse spørsmålene er fremdeles langt fra løst, men datainnsamlingen og den omfattende studien vil utvilsomt gjøre det mulig å svare på dem.
Det er nå kjent at den totale støvmassen som sirkulerer inne i jordens bane er i størrelsesorden 1015 tonn. Fra 4 til 10 tusen tonn kosmisk materiale faller årlig på jordoverflaten. 95% av materialet som faller på jordoverflaten består av partikler på 50–400 mikron. Spørsmålet om hvordan tilførselshastigheten av kosmisk materie til jorden endrer seg over tid forblir kontroversiell til nå, til tross for mange studier utført de siste 10 årene.
Basert på størrelsen på kosmiske støvpartikler, for øyeblikket, sendes det faktiske interplanetære kosmiske støvet ut med en størrelse mindre enn 30 mikron og mikrometeoritter større enn 50 mikron. Enda tidligere E. L. Krinov foreslo å kalle de minste fragmentene av en meteorisk kropp smeltet fra overflaten mikrometeoritter.
Strenge kriterier for å skille mellom kosmisk støv og meteorittpartikler har ennå ikke blitt utviklet, og selv ved å bruke eksemplet i Gams-delen studert av oss, har det vist seg at metallpartikler og mikrosfærer er mer varierte i form og sammensetning enn de eksisterende klassifiseringene forutsetter. Den nesten perfekte sfæriske formen, metallisk glans og magnetiske egenskaper til partiklene ble ansett som bevis på deres kosmiske opprinnelse. I følge geokjemisten E. V. Sobotovich, "det eneste morfologiske kriteriet for å vurdere kosmogeniteten til materialet som studeres, er tilstedeværelsen av sammensmeltede kuler, inkludert magnetiske." I tillegg til formen, som er ekstremt mangfoldig, er stoffets kjemiske sammensetning grunnleggende viktig. Forskerne fant utat det sammen med mikrosfærer av kosmisk opprinnelse er et enormt antall baller av en annen opprinnelse - assosiert med vulkansk aktivitet, den vitale aktiviteten til bakterier eller metamorfisme. Det er kjent at ferruginøse mikrosfærer av vulkanogen opprinnelse er mye sjeldnere av ideell sfærisk form og dessuten har en økt blanding av titan (Ti) (mer enn 10%).
En russisk-østerriksk gruppe geologer og et filmteam fra Wien TV ved Gams-delen i Øst-Alpene. I forgrunnen - A. F. Grachev
Opprinnelsen til kosmisk støv
Opprinnelsen til kosmisk støv er fortsatt et spørsmål om debatt. Professor E. V. Sobotovich mente at kosmisk støv kunne representere restene av den opprinnelige protoplanetære skyen, som B. Yu. Levin og A. N. Simonenko, og tro at fin materie ikke kunne vare i lang tid (Jorden og universet, 1980, nr. 6).
Det er en annen forklaring: dannelsen av kosmisk støv er forbundet med ødeleggelsen av asteroider og kometer. Som E. V. Sobotovich, hvis mengden kosmisk støv som kommer inn på jorden ikke endres over tid, så B. Yu. Levin og A. N. Symonenko.
Til tross for det store antallet studier, kan svaret på dette grunnleggende spørsmålet ikke gis for øyeblikket, fordi det er svært få kvantitative estimater, og deres nøyaktighet er kontroversiell. Nylig antyder data fra isotopstudier under NASA-programmet av kosmiske støvpartikler som er samplet i stratosfæren eksistensen av partikler av pre-solopprinnelse. I sammensetningen av dette støvet ble det funnet mineraler som diamant, moissanitt (silisiumkarbid) og korund, som, basert på isotoper av karbon og nitrogen, gjør det mulig å tilskrive dannelsen til tiden før solsystemets dannelse.
Viktigheten av å studere kosmisk støv i en geologisk seksjon er åpenbar. Denne artikkelen presenterer de første resultatene av studien av romstoff i overgangsleirelaget ved kritt-paleogen-grensen (65 millioner år siden) fra Gams-delen, i de østlige Alpene (Østerrike).
Generelle egenskaper ved Gams-delen
Partikler av romopprinnelse ble hentet fra flere seksjoner av overgangslagene mellom krittiden og Paleogenet (i den germanske litteraturen - K / T-grensen), som ligger nær den alpine landsbyen Gams, hvor elven med samme navn flere steder åpner denne grensen.
I Gams 1-seksjonen ble det kuttet en monolit fra utkanten, der K / T-grensen er veldig godt uttrykt. Høyden er 46 cm, bredde - 30 cm i nedre del og 22 cm - i øvre del, tykkelse - 4 cm. For en generell studie av seksjonen ble monolitten delt etter 2 cm (fra bunn til topp) i lag som er angitt med bokstaver i det latinske alfabetet (A, B, C … W), og innenfor hvert lag, også etter 2 cm, utføres markering med tall (1, 2, 3, etc.). Overgangslaget J ved K / T-grensesnittet ble studert mer detaljert, hvor seks underlag med en tykkelse på ca. 3 mm ble identifisert.
Forskningsresultatene oppnådd i Gams 1-seksjonen ble i stor grad gjentatt når man studerte en annen seksjon - Gams 2. Komplekset av studier inkluderte studiet av tynne seksjoner og monominerale fraksjoner, deres kjemiske analyse, samt røntgenfluorescens, nøytronaktivering og røntgenstrukturanalyser, isotopisk analyse av helium, karbon og oksygen, bestemmelse av sammensetningen av mineraler på en mikroprobe, magnetomineralogisk analyse.
Variasjon av mikropartikler
Jern- og nikkelmikrosfærer fra overgangslaget mellom kritt og paleogen i Gams-seksjonen: 1 - Fe-mikrosfære med en grov retikulær-knobbete overflate (øvre del av overgangslaget J); 2 - Fe mikrosfære med en grov langsgående parallell overflate (den nedre delen av overgangslaget J); 3 - Fe mikrosfære med krystallografiske fasetteringselementer og en grov mesh-lignende overflatestruktur (lag M); 4 - Fe mikrosfære med en tynn maskeoverflate (øvre del av overgangslaget J); 5 - Ni mikrosfære med krystallitter på overflaten (øvre del av overgangslaget J); 6 - aggregat av sintrede Ni-mikrosfærer med krystallitter på overflaten (øvre del av overgangslaget J); 7 - aggregat av Ni-mikrosfærer med mikrodiamanter (C; øvre del av overgangslaget J); 8,9 - karakteristiske former for metallpartikler fra overgangslaget mellom kritt og paleogen i Gams-delen i de østlige Alpene.
I overgangsleirelaget mellom de to geologiske grensene - kritt og Paleogen, så vel som på to nivåer i de overliggende avleiringene av Paleocene i Gams-seksjonen, ble det funnet mange metallpartikler og mikrosfærer av kosmisk opprinnelse. De er mye mer varierte i form, overflatestruktur og kjemisk sammensetning enn alle hittil kjent i overgangsleirelag i denne tidsalderen i andre regioner i verden.
I Gams-seksjonen er romstoff representert av fint spredte partikler av forskjellige former, blant de vanligste er magnetiske mikrosfærer i størrelsen fra 0,7 til 100 mikrometer, bestående av 98% rent jern. Slike partikler i form av kuler eller mikrosfærer finnes i stort antall ikke bare i lag J, men også over, i leire av Paleocene (lag K og M).
Mikrosfærer består av rent jern eller magnetitt, hvorav noen inneholder krom (Cr), en legering av jern og nikkel (avaruite) og rent nikkel (Ni). Noen Fe-Ni-partikler inneholder urenheter i molybden (Mo). I overgangslaget med leire mellom kritt og paleogen ble de alle oppdaget for første gang.
Aldri før har vi kommet over partikler med høyt nikkelinnhold og en betydelig blanding av molybden, mikrosfærer med nærvær av krom og biter av spiraljern. I tillegg til metallmikrokuler og partikler, ble Ni-spinel, mikrodiamanter med mikrosfærer av rent Ni, samt revne plater av Au, Cu, som ikke finnes i underliggende og overliggende avleiringer, funnet i overgangsleirelaget i Gams.
Kjennetegn ved mikropartikler
Metalliske mikrosfærer i Gams-delen er til stede på tre stratigrafiske nivåer: ferruginøse partikler av forskjellige former er konsentrert i overgangsleirelaget, i de overliggende finkornede sandsteinene i K-laget, og det tredje nivået er dannet av siltsteiner i M-laget.
Noen kuler har en jevn overflate, andre har en gitter-knobbete overflate, og andre er dekket med et nett av liten polygonal eller et system med parallelle sprekker som strekker seg fra en hovedsprekk. De er hule, skjellignende, fylt med et leiremineral, og kan også ha en indre konsentrisk struktur. Fe metallpartikler og mikrosfærer finnes i overgangsleirelaget, men er hovedsakelig konsentrert i nedre og midtre horisonter.
Mikrometeoritter er smeltede partikler av rent jern eller en jern-nikkellegering Fe-Ni (avaruite); størrelsene er fra 5 til 20 mikron. Tallrike avaruite-partikler er begrenset til det øvre nivået av overgangslaget J, mens rene ferruginøse partikler er tilstede i den nedre og øvre del av overgangslaget.
Partikler i form av plater med en tverrknollende overflate består bare av jern, bredden er 10–20 µm og lengden er opptil 150 µm. De er litt buede og møtes ved foten av overgangslaget J. I den nedre delen opptrer også Fe-Ni-plater med en blanding av Mo.
Plater laget av en legering av jern og nikkel har en langstrakt form, litt buet, med langsgående spor på overflaten, dimensjonene varierer i lengde fra 70 til 150 mikron med en bredde på ca. 20 mikron. De er vanligere i nedre og midtre del av overgangslaget.
Ferruginøse plater med langsgående spor er identiske i form og størrelse med Ni-Fe legeringsplater. De er begrenset til de nedre og midterste delene av overgangslaget.
Partikler av rent jern, som har form av en vanlig spiral og er bøyd i form av en krok, er av spesiell interesse. De består hovedsakelig av ren Fe, sjelden er det en Fe-Ni-Mo-legering. Spiraljernpartikler finnes i den øvre delen av J-laget og i det overliggende sandsteinslaget (K-laget). En spiralformet Fe-Ni-Mo-partikkel ble funnet ved bunnen av overgangslaget J.
I den øvre delen av overgangslaget J var det flere korn av mikrodiamanter sintret med Ni-mikrosfærer. Mikroprobestudier av nikkelkuler, utført på to instrumenter (med bølge- og energidispergerende spektrometre), viste at disse kulene består av nesten rent nikkel under en tynn film av nikkeloksid. Overflaten på alle nikkelkuler er oversådd med klare krystallitter med uttalt tvillinger 1–2 µm i størrelse. Slike rene nikkel i form av kuler med en godt krystallisert overflate finnes ikke i vulkanske bergarter eller i meteoritter, der nikkel nødvendigvis inneholder en betydelig mengde urenheter.
Når man studerte monolitten fra Gams 1-seksjonen, ble det funnet baller med rent Ni bare i den øverste delen av overgangslaget J (i den øverste delen av det - et veldig tynt sedimentært lag J6, hvis tykkelse ikke overstiger 200 mikrometer), og ifølge de termiske magnetiske analysedataene er metallisk nikkel tilstede i overgangslag, startende med underlag J4. Her, sammen med Ni-kuler, ble det også funnet diamanter. I et lag fjernet fra en kube med et område på 1 cm2, er antallet funnet diamantkorn i tiere (med en størrelse fra brøkdeler av mikron til titalls mikron), og nikkelkuler av samme størrelse - i hundrevis.
I prøver fra den øvre delen av overgangslaget tatt direkte fra utkanten ble det funnet diamanter med fine nikkelpartikler på kornoverflaten. Det er viktig at når man studerer prøver fra denne delen av laget J, ble tilstedeværelsen av mineral moissanitt også avslørt. Tidligere ble mikrodiamanter funnet i overgangslaget ved kritt-paleogen-grensen i Mexico.
Finner på andre områder
Gams-mikrosfærene med en konsentrisk indre struktur er lik de som ble utvunnet av Challenger-ekspedisjonen i Stillehavets dyphavsleire.
Jernpartikler med uregelmessig form med smeltede kanter, så vel som i form av spiraler og buede kroker og plater, ligner veldig på ødeleggelsesproduktene fra meteoritter som faller til jorden, de kan betraktes som meteorisk jern. Partikler av avaruite og rent nikkel kan tildeles samme kategori.
Buede jernpartikler er nær forskjellige former for Pele-tårer - lavadråper (lapilli), som vulkaner løser ut fra luftingen under utbrudd i flytende tilstand.
Dermed har overgangsleirelaget ved Gams en heterogen struktur og er tydelig delt inn i to deler. Jernpartikler og mikrosfærer hersker i nedre og midtre deler, mens den øvre delen av laget er beriket med nikkel: avaruite-partikler og nikkelmikrokuler med diamanter. Dette bekreftes ikke bare av fordelingen av jern- og nikkelpartikler i leire, men også av dataene fra kjemiske og termomagnetiske analyser.
Sammenligning av dataene for termomagnetisk analyse og mikroprobe-analyse indikerer en ekstrem heterogenitet i fordelingen av nikkel, jern og legering av dem i J-laget; ifølge resultatene av termomagnetisk analyse registreres imidlertid rent nikkel bare fra J4-laget. Bemerkelsesverdig er det faktum at spiralformet jern hovedsakelig forekommer i den øvre delen av J-laget og fortsetter å forekomme i K-laget som ligger over det, der det imidlertid er få isometriske eller lamellære Fe, Fe-Ni-partikler.
Vi understreker at en slik klar differensiering i jern, nikkel og iridium, manifestert i overgangsleirelaget i Gams, også er til stede i andre regioner. For eksempel, i den amerikanske delstaten New Jersey, i det overgående (6 cm) sfæriske laget, manifesterte iridiumanomalien seg skarpt ved basen, og slagmineraler konsentreres bare i den øvre (1 cm) delen av dette laget. På Haiti, ved grensen til kritt-paleogen og i den øverste delen av sfærelaget, er det en skarp berikelse av Ni og sjokkkvarts.
Bakgrunnfenomen for jorden
Mange trekk ved de funnet Fe- og Fe-Ni-sfærene ligner på kulene som ble oppdaget av Challenger-ekspedisjonen i de dype havleire i Stillehavet, i området Tunguska-katastrofen og høststedene til Sikhote-Alin-meteoritten og Nio-meteoritten i Japan, så vel som i sedimentære bergarter i forskjellige aldre fra mange aldre områder av verden. I tillegg til områdene i Tunguska-katastrofen og fallet av Sikhote-Alin-meteoritten, har dannelsen i ikke bare sfærer, men også partikler av forskjellige morfologier, bestående av rent jern (noen ganger med krominnhold) og en legering av nikkel og jern, ingen sammenheng med innvirkningshendelsen. Vi ser på utseendet til slike partikler som et resultat av at kosmisk interplanetært støv faller på jordoverflaten - en prosess som har pågått kontinuerlig siden jordens dannelse og er et slags bakgrunnsfenomen.
Mange partikler som er studert i Gams-delen, har en nær sammensetning av den brutto kjemiske sammensetningen av meteorittmaterialet på stedet for fallet av Sikhote-Alin-meteoritten (ifølge EL Krinov er dette 93,29% jern, 5,94% nikkel, 0,38% kobolt).
Tilstedeværelsen av molybden i noen av partiklene er ikke uventet, da den inkluderer mange typer meteoritter. Innholdet av molybden i meteoritter (jern, stein og karbonholdige kondritter) varierer fra 6 til 7 g / t. Det viktigste var funnet av molybdenitt i Allende-meteoritten i form av en inkludering i legeringen av følgende metallsammensetning (vekt%): Fe - 31,1, Ni - 64,5, Co - 2,0, Cr - 0,3, V - 0,5, P - 0,1. Det skal bemerkes at naturlig molybden og molybdenitt også ble funnet i månestøvet som ble prøvetatt av de automatiske stasjonene Luna-16, Luna-20 og Luna-24.
De første oppdagede kulene av rent nikkel med en godt krystallisert overflate er ikke kjent verken i vulkanske bergarter eller i meteoritter, der nikkel nødvendigvis inneholder en betydelig mengde urenheter. En slik struktur på overflaten av nikkelkuler kan oppstå i tilfelle en asteroide (meteoritt) faller, noe som førte til frigjøring av energi, noe som gjorde det mulig ikke bare å smelte materialet i det fallende legemet, men også å fordampe det. Metaldampene kunne ha blitt løftet av eksplosjonen til en stor høyde (sannsynligvis titalls kilometer), der krystallisering fant sted.
Partikler sammensatt av avaruite (Ni3Fe) ble funnet sammen med metalliske nikkelkuler. De tilhører meteorisk støv, og smeltede jernpartikler (mikrometeoritter) bør betraktes som "meteorittstøv" (i terminologien til EL Krinov). Det er sannsynlig at diamantkrystaller som oppstår sammen med nikkelkuler, har oppstått som et resultat av ablasjon (smelting og fordampning) av en meteoritt fra den samme dampskyen under den påfølgende kjøling. Det er kjent at syntetiske diamanter oppnås ved spontan krystallisering fra en karbonløsning i en metallsmelte (Ni, Fe) over grafitt-diamantfasens likevektslinje i form av enkeltkrystaller, deres vekster, tvillinger, polykrystallinske aggregater, rammekrystaller, nåleformede krystaller, uregelmessige korn. Nesten alle de listede typomorfe egenskapene til diamantkrystaller ble funnet i det studerte eksemplet.
Dette tillater oss å konkludere med at prosessene med diamantkrystallisering i en sky av nikkel-karbondamp under avkjøling og spontan krystallisering fra en karbonløsning i en nikkelsmelt i eksperimenter er like. Imidlertid kan den endelige konklusjonen om diamantens natur gjøres etter detaljerte isotopstudier, for hvilke det er nødvendig å oppnå en tilstrekkelig stor mengde stoff.
Dermed viste studien av romstoff i overgangsleirelaget ved kritt-Paleogen-grensen sin tilstedeværelse i alle deler (fra lag J1 til lag J6), men tegn på en innvirkningshendelse registreres bare fra lag J4, som er 65 millioner år gammelt. Dette laget av kosmisk støv kan sammenlignes med dinosaurenes død.
