I løbet af 2003-2008. En gruppe russiske og østrigske forskere med deltagelse af Heinz Kohlmann, en berømt paleontolog og kurator for Eisenwurzen National Park, studerede katastrofen, der skete for 65 millioner år siden, da mere end 75% af alle organismer på jorden, inklusive dinosaurer, døde ud. De fleste forskere mener, at udryddelsen var forbundet med en asteroideeffekt, selvom der er andre synspunkter
Spor af denne katastrofe i geologiske sektioner er repræsenteret af et tyndt lag sort ler fra 1 til 5 cm tykt. En af disse sektioner ligger i Østrig i de østlige Alper i nationalparken nær den lille by Gams, der ligger 200 km sydvest for Wien. Som et resultat af at studere prøver fra dette afsnit ved hjælp af et scanningelektronmikroskop, blev der fundet partikler med usædvanlig form og sammensætning, som ikke dannes under jordforhold og klassificeres som kosmisk støv.
Stjernestøv på jorden
For første gang blev spor af rumstof på Jorden opdaget i røde dybhavslejer af en engelsk ekspedition, der udforskede bunden af verdenshavet på Challenger-skibet (1872–1876). De blev beskrevet af Murray og Renard i 1891. På to stationer i det sydlige Stillehav blev der udtrukket fra 4300 m dybde, prøver af ferromangan-knuder og magnetiske mikrosfærer med en diameter på op til 100 µm i diameter, senere kaldet "rumkugler". Imidlertid er detaljerne i jernmikrosfærerne rejst af Challenger-ekspeditionen kun blevet undersøgt i de senere år. Det viste sig, at kuglerne er 90% metallisk jern, 10% nikkel, og deres overflade er dækket af en tynd skorpe af jernoxid.
Figur: 1. Monolit fra sektion Gams 1, klar til prøvetagning. Lag i forskellige aldre er angivet med latinske bogstaver. Overgangslaget af ler mellem kridt- og paleogenperioderne (omkring 65 millioner år), hvor der blev fundet en ophobning af mikrosfærer og plader af metal, er markeret med bogstavet "J". Foto af A. F. Gracheva
Opdagelsen af mystiske bolde i dybhavslejer er faktisk forbundet med begyndelsen på studiet af kosmisk stof på Jorden. Imidlertid opstod en eksplosion af interesse blandt forskere for dette problem efter de første lanceringer af rumfartøjer, ved hjælp af hvilket det blev muligt at vælge månens jord og prøver af støvpartikler fra forskellige dele af solsystemet. Værkerne af K. P. Florensky (1963), der studerede sporene efter Tunguska-katastrofen, og E. L. Krinov (1971), der studerede meteorisk støv på stedet for Sikhote-Alin-meteoritens fald.
Salgsfremmende video:
Forskernes interesse for metalmikrokugler førte til, at de begyndte at findes i sedimentære klipper i forskellige aldre og oprindelser. Metalmikrosfærer findes i isen i Antarktis og Grønland, i dybe havsedimenter og manganknuder, i sandet i ørkener og kyststrande. De findes ofte i og omkring meteoritkratere.
I det sidste årti er der fundet metalmikrosfærer af udenjordisk oprindelse i sedimentære klipper i forskellige aldre: fra det nedre Cambrian (for omkring 500 millioner år siden) til moderne formationer.
Data om mikrosfærer og andre partikler fra gamle sedimenter gør det muligt at bedømme volumener såvel som ensartethed eller ujævnhed i tilstrømningen af kosmisk stof til Jorden, ændringen i sammensætningen af partikler, der kommer til Jorden fra rummet, og de primære kilder til dette stof. Dette er vigtigt, fordi disse processer påvirker udviklingen af liv på jorden. Mange af disse spørgsmål er stadig langt fra løst, men akkumulering af data og deres omfattende undersøgelse vil utvivlsomt gøre det muligt at besvare dem.
Det vides nu, at den samlede støvmasse, der cirkulerer inden i jordens bane, er omkring 1015 tons. Fra 4 til 10 tusind tons kosmisk stof falder årligt på jordens overflade. 95% af det stof, der falder på jordens overflade, består af partikler i størrelsen 50-400 mikron. Spørgsmålet om, hvordan kosmisk stofs indgang til Jorden ændrer sig over tid, forbliver kontroversielt indtil nu på trods af mange undersøgelser udført i de sidste 10 år.
Baseret på størrelsen af kosmiske støvpartikler udsendes for tiden det aktuelle interplanetære kosmiske støv med en størrelse på mindre end 30 mikron og mikrometeoritter større end 50 mikron. Endnu tidligere E. L. Krinov foreslog at kalde de mindste fragmenter af en meteorisk krop smeltet fra overfladen mikrometeoritter.
Strenge kriterier til at skelne mellem kosmisk støv og meteoritpartikler er endnu ikke udviklet, og selv ved hjælp af eksemplet i Gams-sektionen, der er undersøgt af os, har det vist sig, at metalpartikler og mikrosfærer har en mere forskelligartet form og sammensætning, end de eksisterende klassifikationer indeholder. Den næsten perfekte sfæriske form, metallisk glans og magnetiske egenskaber af partiklerne blev betragtet som bevis for deres kosmiske oprindelse. Ifølge geokemikeren E. V. Sobotovich, "det eneste morfologiske kriterium til vurdering af det undersøgte materiales kosmogenitet er tilstedeværelsen af sammensmeltede kugler, inklusive magnetiske". Ud over formen, som er ekstremt forskelligartet, er stoffets kemiske sammensætning grundlæggende vigtig. Forskerne fandt ud af detat der sammen med mikrosfærer af kosmisk oprindelse er et enormt antal bolde af en anden oprindelse - forbundet med vulkansk aktivitet, den vitale aktivitet af bakterier eller metamorfisme. Det er kendt, at ferruginøse mikrosfærer af vulkansk oprindelse er meget mindre tilbøjelige til at have en ideel sfærisk form og desuden har en forøget blanding af titanium (Ti) (mere end 10%).
En russisk-østrigsk gruppe geologer og et filmhold fra Wien TV på Gams-sektionen i de østlige alper. I forgrunden - A. F. Grachev
Oprindelsen til kosmisk støv
Oprindelsen til kosmisk støv er stadig et spørgsmål om debat. Professor E. V. Sobotovich mente, at kosmisk støv kunne repræsentere resterne af den oprindelige protoplanetære sky, mod hvilken B. Yu. Levin og A. N. Simonenko, der troede, at fint stof ikke kunne vare i lang tid (Jorden og universet, 1980, nr. 6).
Der er en anden forklaring: dannelsen af kosmisk støv er forbundet med ødelæggelsen af asteroider og kometer. Som E. V. Sobotovich, hvis mængden af kosmisk støv, der kommer ind i Jorden ikke ændrer sig over tid, så B. Yu. Levin og A. N. Symonenko.
På trods af det store antal undersøgelser kan svaret på dette grundlæggende spørgsmål ikke gives på nuværende tidspunkt, fordi der er meget få kvantitative estimater, og deres nøjagtighed er kontroversiel. For nylig antyder data fra isotopundersøgelser under NASA-programmet af kosmiske støvpartikler, der er udtaget i stratosfæren, eksistensen af partikler af præ-sol oprindelse. I sammensætningen af dette støv blev der fundet mineraler som diamant, moissanit (siliciumcarbid) og korund, som ifølge isotoperne af kulstof og nitrogen gør det muligt at tilskrive deres dannelse til tiden før solsystemets dannelse.
Vigtigheden af at studere kosmisk støv i en geologisk sektion er indlysende. Denne artikel præsenterer de første resultater af undersøgelsen af rummateriale i overgangs lerlaget ved kridt-paleogen-grænsen (65 millioner år siden) fra sektionen Gams i de østlige alper (Østrig).
Generelle egenskaber ved Gams sektionen
Partikler af kosmisk oprindelse blev opnået fra flere sektioner af overgangslagene mellem kridttiden og paleogenet (i den germanske litteratur - K / T-grænsen), der ligger nær den alpine landsby Gams, hvor floden med samme navn flere steder åbner denne grænse.
I sektionen Gams 1 blev en monolit skåret fra outcrop, hvor K / T-grænsen er meget godt udtrykt. Dens højde er 46 cm, bredde - 30 cm i den nederste del og 22 cm - i den øverste del, tykkelse - 4 cm. For en generel undersøgelse af sektionen blev monolitten opdelt efter 2 cm (fra bund til top) i lag, der er betegnet med bogstaver i det latinske alfabet (A, B, C … W), og inden for hvert lag, også efter 2 cm, udføres en markering med tal (1, 2, 3 osv.). Overgangslaget J ved K / T-grænsefladen blev undersøgt mere detaljeret, hvor seks underlag med en tykkelse på ca. 3 mm blev identificeret.
Forskningsresultaterne opnået i Gams 1 sektionen blev stort set gentaget, når man studerede en anden sektion - Gams 2. Komplekset af undersøgelser omfattede undersøgelse af tynde sektioner og monominerale fraktioner, deres kemiske analyse samt røntgenfluorescens, neutronaktivering og røntgenstruktur strukturelle analyser, isotopisk analyse af helium, kulstof og ilt, bestemmelse af sammensætningen af mineraler på en mikroprobe, magnetomineralogisk analyse.
Forskellige mikropartikler
Jern- og nikkelmikrokugler fra overgangslaget mellem kridt og paleogen i sektionen Gams: 1 - Fe-mikrosfære med en grov retikulær-tuberøs overflade (øverste del af overgangslaget J); 2 - Fe mikrosfære med en ru langsgående parallel overflade (den nederste del af overgangslaget J); 3 - Fe mikrosfære med krystallografiske facetteringselementer og en grov meshlignende overfladestruktur (lag M); 4 - Fe mikrosfære med en tynd maskeoverflade (øverste del af overgangslaget J); 5 - Ni mikrosfære med krystallitter på overfladen (øverste del af overgangslaget J); 6 - aggregat af sintrede Ni-mikrosfærer med krystallitter på overfladen (øverste del af overgangslaget J); 7 - aggregat af Ni-mikrosfærer med mikrodiamanter (C; øvre del af overgangslaget J); 8,9 - karakteristiske former for metalpartikler fra overgangslaget mellem kridt og paleogen i sektionen Gams i de østlige alper.
I det overgangslejerlag mellem de to geologiske grænser - Kridt og Paleogen samt på to niveauer i de overliggende sedimenter af Paleocen i sektionen Gams blev der fundet mange metalpartikler og mikrosfærer af kosmisk oprindelse. De har meget mere forskelligartet form, overfladestruktur og kemisk sammensætning end alle hidtil kendte i de midlertidige lerlag i denne tidsalder i andre regioner i verden.
I Gams-sektionen er rummateriale repræsenteret af fint spredte partikler i forskellige former, blandt hvilke de mest almindelige er magnetiske mikrosfærer i størrelsen fra 0,7 til 100 um, der består af 98% rent jern. Sådanne partikler i form af bolde eller mikrosfærer findes i stort antal ikke kun i lag J, men også ovenfor i ler af Paleocen (lag K og M).
Mikrosfærer er sammensat af rent jern eller magnetit, hvoraf nogle indeholder krom (Cr), en legering af jern og nikkel (avaruite) og rent nikkel (Ni). Nogle Fe-Ni-partikler indeholder urenheder i molybdæn (Mo). I overgangslaget af ler mellem kridttiden og paleogenet blev de alle opdaget for første gang.
Aldrig før har vi stødt på partikler med et højt nikkelindhold og en betydelig blanding af molybdæn, mikrosfærer med tilstedeværelse af krom og stykker spiraljern. Ud over metalmikrokugler og partikler blev Ni-spinel, mikrodiamanter med mikrosfærer af rent Ni såvel som revet plader af Au, Cu, som ikke findes i de underliggende og overliggende aflejringer, fundet i det midlertidige lerlag i Gams.
Karakteristika for mikropartikler
Metalliske mikrosfærer i sektionen Gams er til stede i tre stratigrafiske niveauer: ferruginøse partikler i forskellige former er koncentreret i overgangs lerlaget, i de overliggende finkornede sandsten i K-laget, og det tredje niveau er dannet af siltsten i M-laget.
Nogle kugler har en glat overflade, andre har en gitter-knob overflade, mens andre er dækket med et net af lille polygonal eller et system med parallelle revner, der strækker sig fra en hovedpræk. De er hule, skallignende, fyldt med lermineraler og kan også have en indre koncentrisk struktur. Fe metalpartikler og mikrosfærer findes i det overgangslejerlag, men er hovedsageligt koncentreret i den nedre og midterste horisonter.
Mikrometeoritter er sammensmeltede partikler af rent jern eller en jern-nikkel-legering Fe-Ni (avaruite); deres størrelser er fra 5 til 20 mikron. Talrige avaruite-partikler er begrænset til det øvre niveau af overgangslaget J, mens rene ferruginøse partikler er til stede i den nedre og øvre del af overgangslaget.
Partikler i form af plader med en tvær-tuberøs overflade består kun af jern, deres bredde er 10-20 µm og deres længde er op til 150 µm. De er let buede og mødes ved bunden af overgangslaget J. Fe-Ni-plader med Mo-urenheder findes også i dens nedre del.
Plader af en legering af jern og nikkel har en langstrakt form, let buet, med langsgående riller på overfladen, dimensionerne varierer i længde fra 70 til 150 mikron og en bredde på ca. 20 mikron. De er mere almindelige i de nederste og midterste dele af overgangslaget.
Ferruginøse plader med langsgående riller er identiske i form og størrelse til Ni-Fe legeringsplader. De er begrænset til de nederste og midterste dele af overgangslaget.
Partikler af rent jern, der har form af en regelmæssig spiral og er bøjet i form af en krog, er af særlig interesse. De består hovedsageligt af ren Fe, sjældent er det en Fe-Ni-Mo-legering. Rullede jernpartikler findes i den øverste del af J-laget og i det overliggende sandstenslag (K-lag). En spiralformet Fe-Ni-Mo-partikel blev fundet ved bunden af overgangslaget J.
I den øverste del af overgangslaget J var der flere korn af mikrodiamanter sintret med Ni-mikrosfærer. Mikroprobeundersøgelser af nikkelkugler, udført på to instrumenter (med bølge- og energidispersive spektrometre) viste, at disse kugler består af næsten ren nikkel under en tynd film af nikkeloxid. Overfladen på alle nikkelkugler er oversået med klare krystallitter med udtalt tvillinger 1–2 µm i størrelse. Sådan ren nikkel i form af kugler med en velkrystalliseret overflade findes hverken i vulkanske klipper eller i meteoritter, hvor nikkel nødvendigvis indeholder en betydelig mængde urenheder.
Når man studerer monolitten fra Gams 1-sektionen, blev der kun fundet kugler af rent Ni i den øverste del af overgangslaget J (i dets øverste del - et meget tyndt sedimentært lag J6, hvis tykkelse ikke overstiger 200 um), og ifølge data fra termisk magnetisk analyse er metallisk nikkel til stede i overgangslag, startende med underlag J4. Her blev der også sammen med Ni-kugler fundet diamanter. I et lag fjernet fra en terning med et areal på 1 cm2 er antallet af fundne diamantkorn i tiere (med en størrelse fra fraktioner af mikron til tiere mikron) og nikkelkugler af samme størrelse - i hundreder.
I prøver fra den øverste del af overgangslaget taget direkte fra outcrop blev der fundet diamanter med fine nikkelpartikler på kornoverfladen. Det er vigtigt, at tilstedeværelsen af mineral moissanite også blev afsløret, når man studerede prøver fra denne del af lag J. Tidligere blev mikrodiamanter fundet i overgangslaget ved kridt-paleogen-grænsen i Mexico.
Finder i andre områder
Gams-mikrosfærerne med en koncentrisk indre struktur svarer til dem, der blev udvundet af Challenger-ekspeditionen i de dybhavslejer i Stillehavet.
Jernpartikler med uregelmæssig form med smeltede kanter såvel som i form af spiraler og buede kroge og plader ligner meget ødelæggelsesprodukterne fra meteoritter, der falder til jorden, de kan betragtes som meteorisk jern. Partikler af avaruite og rent nikkel kan tildeles samme kategori.
Buede jernpartikler er tæt på forskellige former for Pele-tårer - lavadråber (lapilli), som vulkaner skubber ud af udluftningen under udbrud i flydende tilstand.
Således har overgangs lerlaget ved Gams en heterogen struktur og er tydeligt opdelt i to dele. I de nederste og midterste dele hersker jernpartikler og mikrosfærer, mens den øverste del af laget er beriget med nikkel: avaruite-partikler og nikkelmikrokugler med diamanter. Dette bekræftes ikke kun af fordelingen af jern- og nikkelpartikler i leret, men også af data fra kemiske og termomagnetiske analyser.
Sammenligning af data fra termomagnetisk analyse og mikroprobe-analyse indikerer en ekstrem heterogenitet i fordelingen af nikkel, jern og deres legering inden for J-laget; ifølge resultaterne af termomagnetisk analyse registreres rent nikkel kun fra J4-laget. Bemærkelsesværdigt er det faktum, at spiralformet jern hovedsageligt forekommer i den øverste del af J-laget og fortsætter med at forekomme i K-laget, der ligger over det, hvor der imidlertid kun er få isometriske eller lamellære Fe, Fe-Ni-partikler.
Vi understreger, at en sådan klar differentiering i jern, nikkel og iridium, manifesteret i det midlertidige lerlag i Gams, også er til stede i andre regioner. For eksempel i den amerikanske delstat New Jersey, i det overgangsformede (6 cm) sfæriske lag, manifesterede iridiumanomalien sig skarpt ved basen, og slagmineraler koncentreres kun i den øverste (1 cm) del af dette lag. I Haiti, ved kridt-paleogen-grænsen og i den øverste del af sfærulaget, er der en skarp berigelse af Ni og chok kvarts.
Baggrundsfænomen for Jorden
Mange træk ved de fundne Fe- og Fe-Ni-sfærer svarer til de kugler, der blev opdaget af Challenger-ekspeditionen i dybhavslejerne i Stillehavet, i området med Tunguska-katastrofen og faldstederne i Sikhote-Alin-meteoritten og Nio-meteoritten i Japan såvel som i sedimentære klipper i forskellige aldre fra mange år områder i verden. Ud over regionerne i Tunguska-katastrofen og faldet af Sikhote-Alin-meteoritten har dannelsen af ikke kun kugler, men også partikler med forskellig morfologi, der består af rent jern (undertiden med kromindhold) og en legering af nikkel med jern, ingen sammenhæng med slaghændelsen. Vi betragter udseendet af sådanne partikler som et resultat af, at kosmisk interplanetært støv falder ned på jordens overflade - en proces, der kontinuerligt har foregået siden jordens dannelse og er en slags baggrundsfænomen.
Mange af de partikler, der er undersøgt i Gams-sektionen, er tæt på deres sammensætning af meteoritmaterialets bulk kemiske sammensætning på stedet for faldet af Sikhote-Alin-meteoritten (ifølge E. L. Krinov er dette 93,29% jern, 5,94% nikkel, 0,38% cobalt).
Tilstedeværelsen af molybdæn i nogle af partiklerne er ikke uventet, da det inkluderer mange typer meteoritter. Indholdet af molybdæn i meteoritter (jern-, sten- og kulstofholdige kondritter) varierer fra 6 til 7 g / t. Det vigtigste var fundet af molybdenit i Allende-meteoritten i form af en inklusion i legeringen af et metal med følgende sammensætning (vægt%): Fe - 31,1, Ni - 64,5, Co - 2,0, Cr - 0,3, V - 0,5, P - 0,1. Det skal bemærkes, at naturligt molybdæn og molybdenit også blev fundet i månestøv, der blev udtaget af de automatiske stationer Luna-16, Luna-20 og Luna-24.
De første opdagede kugler af rent nikkel med en velkrystalliseret overflade kendes ikke hverken i vulkanske klipper eller i meteoritter, hvor nikkel nødvendigvis indeholder en betydelig mængde urenheder. En sådan struktur på overfladen af nikkelkugler kunne opstå i tilfælde af, at en asteroide (meteorit) faldt, hvilket førte til frigivelse af energi, hvilket gjorde det muligt ikke kun at smelte det faldende legems materiale, men også at fordampe det. Metaldampene kunne have været løftet af eksplosionen til en stor højde (sandsynligvis titusinder af kilometer), hvor krystallisation fandt sted.
Partikler sammensat af avaruite (Ni3Fe) findes sammen med metalliske nikkelkugler. De tilhører meteorisk støv, og sammensmeltede jernpartikler (mikrometeoritter) bør betragtes som "meteoritstøv" (i terminologien i EL Krinov). Diamantkrystaller, der er stødt sammen med nikkelkugler, opstod sandsynligvis som et resultat af ablation (smeltning og fordampning) af en meteorit fra den samme dampsky under dens efterfølgende afkøling. Det er kendt, at syntetiske diamanter opnås ved spontan krystallisation fra en kulstofopløsning i en metalsmelte (Ni, Fe) over grafit-diamantfasens ligevægtslinie i form af enkeltkrystaller, deres indvækst, tvillinger, polykrystallinske aggregater, rammekrystaller, nåleformede krystaller, uregelmæssige korn. Næsten alle de anførte typomorfe træk ved diamantkrystaller blev fundet i den undersøgte prøve.
Dette giver os mulighed for at konkludere, at processerne med diamantkrystallisation i en sky af nikkel-kulstofdamp under dens afkøling og spontan krystallisation fra en kulstofopløsning i en nikkelsmelt i eksperimenter er ens. Den endelige konklusion om diamantens art kan imidlertid drages efter detaljerede isotopstudier, for hvilke det er nødvendigt at opnå en tilstrækkelig stor mængde stof.
Undersøgelsen af rummateriale i det overgangsholdige lerlag ved kridt-paleogen-grænsen viste således sin tilstedeværelse i alle dele (fra lag J1 til lag J6), men tegn på en påvirkningshændelse registreres kun fra lag J4, som er 65 millioner år gammelt. Dette lag af kosmisk støv kan sammenlignes med dinosaurernes død.