V letech 2003-2008. Skupina ruských a rakouských vědců za účasti Heinze Kohlmanna, slavného paleontologa a kurátora národního parku Eisenwurzen, studovala katastrofu, která se stala před 65 miliony let, kdy zemřelo více než 75% všech organismů na Zemi, včetně dinosaurů. Většina vědců věří, že vyhynutí bylo spojeno s dopadem asteroidu, i když existují i jiné úhly pohledu
Stopy této katastrofy v geologických úsecích představují tenká vrstva černé hlíny o tloušťce 1 až 5 cm. Jedna z těchto částí se nachází v Rakousku ve východních Alpách v národním parku poblíž městečka Gams, které se nachází 200 km jihozápadně od Vídně. Výsledkem studia vzorků z této sekce pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu byly nalezeny částice neobvyklého tvaru a složení, které se netvoří za pozemních podmínek a jsou klasifikovány jako kosmický prach.
Hvězdný prach na Zemi
Poprvé byly stopy vesmírné hmoty na Zemi objeveny v červených hlubinných jílech anglickou expedicí, která prozkoumala dno Světového oceánu na lodi Challenger (1872-1876). Popsali je Murray a Renard v roce 1891. Na dvou stanicích v jižním Tichém oceánu byly při bagrování z hloubky 4300 m odebrány vzorky feromanganových uzlíků a magnetických mikrokuliček o průměru až 100 µm, později nazývaných „vesmírné koule“. Podrobnosti o železných mikrosférách získaných expedicí Challenger však byly zkoumány až v posledních letech. Ukázalo se, že kuličky jsou z 90% kovové železo, 10% nikl a jejich povrch je pokryt tenkou krustou oxidu železa.
Postava: 1. Monolit ze sekce Gams 1, připravený k odběru vzorků. Vrstvy různého věku jsou označeny latinskými písmeny. Přechodná vrstva jílu mezi křídovými a paleogenními obdobími (věk asi 65 milionů let), ve které byla nalezena akumulace kovových mikrokuliček a desek, je označena písmenem „J“. Foto od A. F. Gracheva
Objev tajemných koulí v hlubinných jílech je ve skutečnosti spojen se začátkem studia kosmické hmoty na Zemi. Výbuch zájmu vědců o tento problém však nastal po prvních startech kosmických lodí, pomocí nichž bylo možné vybrat měsíční půdu a vzorky prachových částic z různých částí sluneční soustavy. Díla K. P. Florensky (1963), který studoval stopy katastrofy Tunguska, a E. L. Krinov (1971), který studoval meteorický prach v místě pádu meteoritu Sikhote-Alin.
Propagační video:
Zájem výzkumníků o kovové mikrokuličky vedl k tomu, že se začaly objevovat v sedimentárních horninách různého věku a původu. Kovové mikrokuličky se nacházejí v ledu Antarktidy a Grónska, v hlubokých oceánských sedimentech a manganových uzlících, v písku pouští a pobřežních pláží. Často se vyskytují v kráterech meteoritů a kolem nich.
V posledním desetiletí byly kovové mikrosféry mimozemského původu nalezeny v sedimentárních horninách různého věku: od dolního kambriu (před asi 500 miliony let) až po moderní formace.
Údaje o mikrokuličkách a jiných částicích ze starověkých sedimentů umožňují posoudit objemy i uniformitu nebo nerovnoměrnost přílivu kosmické hmoty na Zemi, změnu složení částic přicházejících na Zemi z vesmíru a primární zdroje této látky. To je důležité, protože tyto procesy ovlivňují vývoj života na Zemi. Mnoho z těchto otázek ještě není zdaleka vyřešeno, ale hromadění údajů a jejich komplexní studium jim nepochybně umožní odpovědět.
Nyní je známo, že celková hmotnost prachu cirkulujícího na oběžné dráze Země je asi 1015 tun. Od povrchu Země ročně dopadne 4 až 10 tisíc tun kosmické hmoty. 95% hmoty dopadající na zemský povrch je tvořeno částicemi o velikosti 50–400 mikronů. Otázka, jak se rychlost vstupu kosmické hmoty na Zemi v průběhu času mění, zůstává kontroverzní až dosud, navzdory mnoha studiím provedeným za posledních 10 let.
Na základě velikosti částic kosmického prachu je v současnosti skutečný meziplanetární kosmický prach emitován s velikostí menší než 30 mikronů a mikrometeority větší než 50 mikronů. Ještě dříve E. L. Krinov navrhl nazvat nejmenší fragmenty meteorického tělesa roztaveného z povrchových mikrometeoritů.
Dosud nebyla vyvinuta přísná kritéria pro rozlišení kosmického prachu a částic meteoritu, ai na příkladu naší studované sekce Gams bylo prokázáno, že kovové částice a mikrokuličky mají rozmanitější tvar a složení, než stanoví stávající klasifikace. Téměř dokonalý sférický tvar, kovový lesk a magnetické vlastnosti částic byly považovány za důkaz jejich kosmického původu. Podle geochemika E. V. Sobotovich, „jediným morfologickým kritériem pro posouzení kosmogenity studovaného materiálu je přítomnost kondenzovaných koulí, včetně magnetických“. Kromě formy, která je extrémně různorodá, je však zásadně důležité chemické složení látky. Zjistili to vědciže spolu s mikrokuličkami kosmického původu existuje obrovské množství koulí jiné geneze - spojené s vulkanickou aktivitou, vitální aktivitou bakterií nebo metamorfózou. Je známo, že železité mikrokuličky vulkanogenního původu mají mnohem méně často ideální sférický tvar a navíc mají zvýšenou příměs titanu (Ti) (více než 10%).
Rusko-rakouská skupina geologů a filmový štáb z vídeňské televize v sekci Gams ve východních Alpách. V popředí - A. F. Grachev
Původ kosmického prachu
Původ kosmického prachu je stále předmětem debaty. Profesor E. V. Sobotovič věřil, že kosmický prach může představovat zbytky původního protoplanetárního mraku, proti kterému B. Yu. Levin a A. N. Simonenko věří, že jemná hmota nemůže dlouho přetrvávat (Země a vesmír, 1980, č. 6).
Existuje další vysvětlení: tvorba kosmického prachu je spojena se zničením asteroidů a komet. Jak poznamenal E. V. Sobotovich, pokud se množství vesmírného prachu vstupujícího na Zemi v průběhu času nezmění, pak B. Yu. Levin a A. N. Symonenko.
Navzdory velkému počtu studií nelze v současné době odpovědět na tuto základní otázku, protože existuje jen velmi málo kvantitativních odhadů a jejich přesnost je kontroverzní. Nedávno údaje ze studií izotopů v rámci programu NASA týkající se částic kosmického prachu vzorkovaných ve stratosféře naznačují existenci částic presolárního původu. Ve složení tohoto prachu byly nalezeny minerály jako diamant, moissanit (karbid křemíku) a korund, které na základě izotopů uhlíku a dusíku umožňují přiřadit jejich vznik době před vznikem sluneční soustavy.
Důležitost studia kosmického prachu v geologické části je zřejmá. Tento článek představuje první výsledky studia vesmírné hmoty v přechodové jílovité vrstvě na hranici křídy a paleogenu (před 65 miliony let) ze sekce Gams ve východních Alpách (Rakousko).
Obecná charakteristika sekce Gams
Částice vesmírného původu byly získány z několika úseků přechodových vrstev mezi křídou a paleogenem (v germánské literatuře - hranice K / T), které se nacházejí poblíž alpské vesnice Gams, kde tuto hranici na několika místech otevírá stejnojmenná řeka.
V sekci Gams 1 byl z výchozu vyříznut monolit, ve kterém je hranice K / T velmi dobře vyjádřena. Jeho výška je 46 cm, šířka - 30 cm ve spodní části a 22 cm - v horní části, tloušťka - 4 cm. Pro obecné studium sekce byl monolit rozdělen po 2 cm (zdola nahoru) na vrstvy označené písmeny latinské abecedy (A, B, C … W) a v každé vrstvě se také po 2 cm provede značení čísly (1, 2, 3 atd.). Podrobněji byla studována přechodová vrstva J na rozhraní K / T, kde bylo identifikováno šest podvrstev o tloušťce asi 3 mm.
Výsledky výzkumu získané v sekci Gams 1 se do značné míry opakovaly při studiu další sekce - Gams 2. Komplex studií zahrnoval studium tenkých řezů a monominerálních frakcí, jejich chemickou analýzu, rentgenovou fluorescenci, neutronovou aktivaci a rentgenové strukturní analýzy, izotopové analýza helia, uhlíku a kyslíku, stanovení složení minerálů na mikrosondě, magnetomineralogická analýza.
Rozmanitost mikročástic
Železné a niklové mikrokuličky z přechodové vrstvy mezi křídou a paleogenem v sekci Gams: 1 - Fe mikrosféra s hrubým retikulárně-hlíznatým povrchem (horní část přechodové vrstvy J); 2 - Fe mikrosféra s drsným podélně rovnoběžným povrchem (spodní část přechodové vrstvy J); 3 - Fe mikrosféra s krystalografickými fazetovacími prvky a hrubou síťovitou povrchovou strukturou (vrstva M); 4 - Fe mikrosféra s tenkým síťovaným povrchem (horní část přechodové vrstvy J); 5 - Ni mikrosféra s krystaly na povrchu (horní část přechodové vrstvy J); 6 - agregát slinutých mikrosfér Ni s krystaly na povrchu (horní část přechodové vrstvy J); 7 - agregát Ni mikrosfér s mikrodiamanty (C; horní část přechodové vrstvy J); 8,9 - charakteristické formy kovových částic z přechodové vrstvy mezi křídou a paleogenem v části Gams ve východních Alpách.
V přechodové jílovité vrstvě mezi dvěma geologickými hranicemi - křídou a paleogenem a také na dvou úrovních v nadložních sedimentech paleocenu v části Gams bylo nalezeno mnoho kovových částic a mikrokuliček kosmického původu. Mají mnohem pestřejší tvar, povrchovou strukturu a chemické složení, než jaké jsou dosud známy v přechodných hliněných vrstvách tohoto věku v jiných oblastech světa.
V sekci Gams představují vesmírnou hmotu jemně rozptýlené částice různých tvarů, z nichž nejběžnější jsou magnetické mikrokuličky o velikosti od 0,7 do 100 μm, skládající se z 98% čistého železa. Takové částice ve formě koulí nebo mikrokuliček se vyskytují ve velkém počtu nejen ve vrstvě J, ale i výše, v jílech paleocenu (vrstvy K a M).
Mikrokuličky se skládají z čistého železa nebo magnetitu, z nichž některé obsahují chrom (Cr), slitinu železa a niklu (avaruite) a čistý nikl (Ni). Některé částice Fe-Ni obsahují nečistoty molybdenu (Mo). V přechodné vrstvě jílu mezi křídou a paleogenem byly všechny objeveny poprvé.
Nikdy předtím jsme nenarazili na částice s vysokým obsahem niklu a významnou příměsí molybdenu, mikrokuličky s přítomností chrómu a kousky spirálového železa. Kromě kovových mikrokuliček a částic byly v přechodové jílovité vrstvě v Gamsu nalezeny Ni-spinel, mikrodiamanty s mikrokuličkami čistého Ni a také roztrhané desky Au, Cu, které se nenacházejí v podkladových a nadložních usazeninách.
Charakteristika mikročástic
Kovové mikrokuličky v sekci Gams jsou přítomny na třech stratigrafických úrovních: železité částice různých tvarů jsou koncentrovány v přechodné jílovité vrstvě, v nadložních jemnozrnných pískovcích vrstvy K a třetí úroveň jsou tvořeny prachovými kameny vrstvy M.
Některé koule mají hladký povrch, jiné mají mřížovitě vyboulený povrch a jiné jsou pokryty sítí malých mnohoúhelníků nebo systémem paralelních trhlin vycházejících z jedné hlavní trhliny. Jsou duté, skořápkové, vyplněné jílovým minerálem a mohou mít také vnitřní soustřednou strukturu. Fe kovové částice a mikrokuličky se nacházejí v přechodné jílovité vrstvě, ale jsou soustředěny hlavně ve spodním a středním horizontu.
Mikrometeority jsou kondenzované částice čistého železa nebo železo-niklové slitiny Fe-Ni (avaruite); jejich velikosti jsou od 5 do 20 mikronů. Četné částice avaruitu jsou omezeny na horní úroveň přechodové vrstvy J, zatímco čisté železité částice jsou přítomny ve spodní a horní části přechodové vrstvy.
Částice ve formě desek s křížově hlíznatým povrchem se skládají pouze ze železa, jejich šířka je 10–20 µm a jejich délka je až 150 µm. Jsou mírně obloukovité a setkávají se na základně přechodové vrstvy J. V její spodní části se také setkáváme s Fe-Ni deskami s příměsí Mo.
Desky ze slitiny železa a niklu mají podlouhlý tvar, mírně zakřivený, s podélnými drážkami na povrchu, rozměry se liší v délce od 70 do 150 mikronů se šířkou asi 20 mikronů. Častější jsou v dolní a střední části přechodové vrstvy.
Železné desky s podélnými drážkami mají stejný tvar a velikost jako desky ze slitiny Ni-Fe. Jsou omezeny na spodní a střední část přechodové vrstvy.
Zvláště zajímavé jsou částice čistého železa, které mají tvar pravidelné spirály a jsou ohnuty ve formě háku. Jsou složeny hlavně z čistého Fe, zřídka Fe-Ni-Mo slitiny. Navinuté částice železa se nacházejí v horní části vrstvy J a v mezivrstvě překrývající se z pískovce (vrstva K). Na základně přechodové vrstvy J byla nalezena spirálovitá částice Fe-Ni-Mo.
V horní části přechodové vrstvy J bylo několik zrn mikrodiamantů slinovaných Ni mikrokuličkami. Studie mikrosond niklových koulí prováděné na dvou nástrojích (s vlnovými a energeticky disperzními spektrometry) ukázaly, že tyto koule sestávají z téměř čistého niklu pod tenkou vrstvou oxidu niklu. Povrch všech niklových koulí je posetý čirými krystaly s výraznými dvojčaty o velikosti 1–2 µm. Takový čistý nikl ve formě koulí s dobře krystalizovaným povrchem se nenachází ani v vyvřelých horninách, ani v meteoritech, kde nikl nutně obsahuje značné množství nečistot.
Při studiu monolitu ze sekce Gams 1 byly čisté Ni koule nalezeny pouze v nejvyšší části přechodové vrstvy J (v její nejvyšší části - velmi tenká sedimentární vrstva J 6, jejíž tloušťka nepřesahuje 200 μm) a podle údajů termální magnetické analýzy je kovový nikl přítomen přechodová vrstva, počínaje podvrstvou J4. Zde spolu s Ni kuličkami byly také nalezeny diamanty. Ve vrstvě odstraněné z krychle o ploše 1 cm2 je počet nalezených diamantových zrn v desítkách (s velikostí od zlomků mikronů do desítek mikronů) a niklové kuličky stejné velikosti - ve stovkách.
Ve vzorcích z horní části přechodové vrstvy odebraných přímo z výchozu byly nalezeny diamanty s jemnými částicemi niklu na povrchu zrna. Je významné, že při studiu vzorků z této části vrstvy J byla také odhalena přítomnost minerálu moissanit. Dříve byly mikrodiamanty nalezeny v přechodové vrstvě na hranici křídy a paleogenu v Mexiku.
Nálezy v jiných oblastech
Mikrosféry Gams se soustřednou vnitřní strukturou jsou podobné těm, které byly těženy expedicí Challenger v hlubinných jílech Tichého oceánu.
Železné částice nepravidelného tvaru s roztavenými okraji, stejně jako ve formě spirál a zakřivených háčků a desek jsou velmi podobné produktům ničení meteoritů padajících na Zemi, lze je považovat za meteorické železo. Částice avaruitu a čistého niklu lze přiřadit do stejné kategorie.
Zakřivené železné částice jsou blízké různým formám slz Pele - kapek lávy (lapilli), které sopky během erupcí v kapalném stavu vylévají z otvoru.
Přechodná jílová vrstva v Gamsu má tedy heterogenní strukturu a je jasně rozdělena na dvě části. Ve spodní a střední části převládají železné částice a mikrokuličky, zatímco horní část vrstvy je obohacena o nikl: částice avaruitu a niklové mikrokuličky s diamanty. To potvrzuje nejen distribuce částic železa a niklu v jílu, ale také data chemických a termomagnetických analýz.
Srovnání údajů termomagnetické analýzy a analýzy mikrosond naznačuje extrémní heterogenitu v distribuci niklu, železa a jejich slitin ve vrstvě J; podle výsledků termomagnetické analýzy je však čistý nikl zaznamenán pouze z vrstvy J4. Pozoruhodná je skutečnost, že spirálové železo se vyskytuje hlavně v horní části vrstvy J a nadále se vyskytuje ve vrstvě K nad ní, kde je však jen málo izometrických nebo lamelárních částic Fe, Fe-Ni.
Zdůrazňujeme, že taková jasná diferenciace železa, niklu a iridia, která se projevuje v přechodné jílovité vrstvě v Gamsu, je přítomna i v jiných oblastech. Například v americkém státě New Jersey se v přechodné (6 cm) sférické vrstvě iridiová anomálie ostře projevila na své základně a nárazové minerály se koncentrují pouze v horní (1 cm) části této vrstvy. Na Haiti, na hranici křídy-paleogenu a v nejvyšší části sférické vrstvy, dochází k prudkému obohacení o Ni a rázový křemen.
Fenomén pozadí pro Zemi
Mnoho rysů nalezených sféroidů Fe a Fe-Ni je podobných kuličkám objeveným expedicí Challenger v hlubinných jílech Tichého oceánu, v oblasti katastrofy Tunguska a na místech pádu meteoritů Sikhote-Alin a Nio v Japonsku, stejně jako v sedimentárních horninách různého věku od mnoha oblasti světa. Kromě oblastí katastrofy Tunguska a pádu meteoritu Sikhote-Alin nemá ve všech ostatních případech souvislost s nárazovou událostí ani tvorba sféroidů, ale také částic různých morfologií, sestávajících z čistého železa (někdy s obsahem chrómu) a slitiny niklu se železem. Vzhled těchto částic považujeme za výsledek dopadu meziplanetárního prachu na zemský povrch - proces, který probíhá nepřetržitě od vzniku Země a je jakousi jevem v pozadí.
Mnoho částic studovaných v sekci Gams je svým složením blízké hrubému chemickému složení meteoritové hmoty v místě pádu meteoritu Sikhote-Alin (podle E. L. Krinova je to 93,29% železa, 5,94% niklu, 0,38% kobaltu).
Přítomnost molybdenu v některých částicích není neočekávaná, protože zahrnuje mnoho druhů meteoritů. Obsah molybdenu v meteoritech (železo, kámen a uhlíkaté chondrity) se pohybuje od 6 do 7 g / t. Nejdůležitější byl nález molybdenitu v meteoritu Allende ve formě inkluze do slitiny kovu následujícího složení (hm.%): Fe - 31,1, Ni - 64,5, Co - 2,0, Cr - 0,3, V - 0,5, P - 0,1. Je třeba poznamenat, že nativní molybden a molybdenit byly také nalezeny v měsíčním prachu odebraném automatickými stanicemi Luna-16, Luna-20 a Luna-24.
První objevené koule čistého niklu s dobře krystalizovaným povrchem nejsou známy ani v vyvřelých horninách, ani v meteoritech, kde nikl nutně obsahuje značné množství nečistot. Taková struktura povrchu niklových koulí mohla vzniknout v případě pádu asteroidu (meteoritu), což vedlo k uvolnění energie, což umožnilo nejen roztavit materiál padajícího tělesa, ale také ho odpařit. Kovové páry mohly být explozí zvednuty do velké výšky (pravděpodobně desítek kilometrů), kde došlo ke krystalizaci.
Byly nalezeny částice složené z avaruitu (Ni3Fe) spolu s kovovými kuličkami niklu. Patří k meteorickému prachu a roztavené železné částice (mikrometeority) by měly být považovány za „meteoritový prach“(v terminologii EL Krinov). Krystaly diamantu, které se vyskytly spolu s niklovými koulemi, pravděpodobně vznikly v důsledku ablace (tání a odpařování) meteoritu ze stejného oblaku par během jeho následného ochlazování. Je známo, že syntetické diamanty se získávají spontánní krystalizací z roztoku uhlíku v kovové tavenině (Ni, Fe) nad rovnovážnou čárou grafit-diamantová fáze ve formě monokrystalů, jejich mezirůstů, dvojčat, polykrystalických agregátů, krystalů rámů, jehlicovitých krystalů, nepravidelných zrn. Ve studovaném vzorku byly nalezeny téměř všechny uvedené typomorfní rysy diamantových krystalů.
To nám umožňuje dospět k závěru, že procesy diamantové krystalizace v oblaku par nikl-uhlík během jejího ochlazování a spontánní krystalizace z roztoku uhlíku v niklové tavenině jsou v experimentech podobné. Konečný závěr o povaze diamantu však lze učinit po podrobných izotopových studiích, pro které je nutné získat dostatečně velké množství látky.
Studium kosmické hmoty v přechodné jílovité vrstvě na hranici křídy a paleogenu tedy ukázalo jeho přítomnost ve všech částech (od vrstvy J1 do vrstvy J6), ale známky nárazové události jsou zaznamenány pouze u vrstvy J4, která je stará 65 milionů let. Tuto vrstvu kosmického prachu lze srovnávat se smrtí dinosaurů.