Метеориты и Земля

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Мы говорили (смотрите прошлую статью), что плавление первозданной Земли сопровождалось разделением глубинного вещества на слои. В результате земной шар по своей внутренней структуре стал подобен куриному яйцу: как желток спрятан внутри белка и все это заключено в скорлупу, так и центральное ядро Земли окутано мантией (оболочкой), а сверху прикрыто еще и земной корой. Состав земной коры нам известен. Зато состав мантии, не говоря уже о ядре, вызывает немало споров.

Известно, что плотность земного вещества возрастает с глубиной. Чем это вызвано? Более тяжелыми примесями? Или увеличением давления с глубиной? В глубинных зонах нашей планеты вещество стиснуто давлениями в миллионы атмосфер.

Трудно поверить, чтобы под таким чудовищным прессом состояние вещества не изменилось. Кристаллические решетки минералов могли просто-напросто сломаться, а атомная упаковка стала более компактной. Согласно гипотезе Лодочникова-Рамзея, вещество ядра, не отличаясь особо от силикатов окутывающей его мантии, могло перейти в особое «металлическое» состояние. Каменное сердце Земли стало тверже стали!

Не все ученые разделяют мнение, будто земной шар — насквозь каменная глыба. Вполне вероятно, что увеличению удельного веса горных пород с глубиной способствуют примеси железа. Ведь вот базальт — он самый нижний, самый тяжелый и самый богатый железом слой земной коры. А в некоторых местах на дневную поверхность выходят из расщелин в коре породы, содержащие железа больше, чем базальт. Например, темно-зеленый минерал оливин.

Полагают, что мантия до глубин в сотни километров состоит из пород типа оливина. А слои мантии Земли, лежащие ниже, могут содержать еще больше тяжелых металлических включений. Правда, среди земных пород не обнаружено минералов тяжелее оливина. Но в природе они все-таки существуют! Причем найдены именно в метеоритах.

Мы называли до сих пор метеориты небесными камнями. Подобное наименование не вполне строго. Не все космические гости — каменные, хотя таких и большинство. Примерно каждый десятый из 500 метеоритов, хранящихся в музеях всего мира, — железный, а точнее железоникелевый. Еще реже встречаются железокаменные метеориты. Так вот: и те и другие тяжелее оливиновых минералов.

Было установлено, что каменные метеориты, как две капли воды, похожи по своему составу на породы верхней мантии. Трудно устоять перед соблазном продолжить эту аналогию. А что если в самом деле железокаменные метеориты представляют собой вещество более глубоких слоев мантии? В таком случае естественно предположить, что ядро состоит из железа и никеля, подобно третьему типу метеоритов! Короче, сердце земли — не камень. Ну, а коли так, то почему бы метеоритам не быть обломками планеты земного типа? Не исключено, что это единственные свидетели грандиозной космической трагедии, разыгравшейся миллиарды лет назад…

А МОЖЕТ БЫТЬ АСТЕРОИДЫ!

— Планетарная гипотеза происхождения метеоритов мне кажется неправдоподобной, — говорит Августа Константиновна Лаврухина. — Посудите сами. Вообразим, что столкнулись два равных космических тела, имеющих поперечник Луны (примерно 3500 километров) и плотность 3,3 грамма на кубический сантиметр. Расчет показывает, что выделившееся при столкновении тепло должно было составить 640 калорий на грамм. А это значит, что температура вещества планет должна была подняться до 3200° по Цельсию. Если бы планеты имели земные размеры (радиус около 6000 километров), то температура превысила бы 40 000°. Вещество при таких температурах должно испариться. Но даже если оно просто расплавилось, то сильное нагревание не могло не повлечь за собой резких изменений в структуре метеоритного вещества. И это не скрылось бы от проницательных глаз космохимика.

Но даже не в этом наибольшая загвоздка. Вся штука в том, что по кривым распада К40 и накопления Аг40 можно довольно точно рассчитать температурный режим внутри метеоритного вещества. Установлено, что в течение всей жизни метеорита его температура не превышала минус 80°. У тел же лунных или земных размеров средняя температура выше на сотни и даже тысячи градусов. Даже у меньших тел, скажем, радиусом в 385 километров (размер самого крупного астероида— Цереры), и то средняя температура выше плюс 50°. Лишь поверхностные слои могли оставаться холодными.

Куда же делись внутренние части столкнувшихся колоссов? Почему они до сих пор почти не представлены среди метеоритов? И это не единственный парадокс, следующий из планетарной гипотезы происхождения метеоритов.

Большинство ученых склоняется к мысли, что предками метеоритов были астероиды. Все крупные астероиды обладают шарообразной формой, это говорит о том, что они не являются обломками планет. Внешняя форма малых астероидов, напротив, неправильна, словно они откололись от больших космических тел. Время жизни типичного астероида до соударения составляет миллиард другой лет. В течение года в поясе астероидов в результате столкновений образуется около миллиарда тонн пыли и глыб. Этого больше чем достаточно, чтобы засыпать Землю существующим количеством «падающих звезд».

Все же и здесь много загадочного. Размеры астероидов достаточно велики, чтобы их глубинное вещество расплавилось или уж во всяком случае сильно нагрелось, а это противоречит результатам исследования метеоритов. Есть у космохимиков и некоторые другие возражения.

С НЕБА НА ЗЕМЛЮ

Кто же окончательно расскажет нам историю происхождения метеоритов?

— Только эксперимент, — отвечает Августа Константиновна.

Но над чем ставить эти эксперименты? Тысяча с лишним метеоритов — весь запас музеев и лабораторий. Значит, нужны новые! А где их взять? Сделать самим! В нашей лаборатории ставятся сейчас опыты и с искусственными метеоритами. Вот один из наших экспериментов.

В ускоритель помещаются пакетики с плотно спрессованным железным порошком. Облучаемое вещество — модель железного метеорита. Поток ускоренных частиц имитирует космическое излучение. Придавая слою железа разную толщину, мы получаем возможность исследовать, как зависит количество космогенных изотопов от размеров и формы метеорита. А это очень важно. Имея такие данные, ученые смогут по изотопному составу естественных метеоритов судить о первоначальных размерах и форме, которыми обладали космические пришельцы до вторжения в атмосферу. Помимо того, что мы приобретаем ценные сведения о природе метеоритов, облегчается оценка общего количества космической материи, падающей на Землю.

Автор: Лев Бобров.