Метеориты — свидетели возникновения солнечной системы

В настоящее время метеориты вполне оправдали ранее высказанные надежды на то, что они могут дать ценную научную информацию об истории возникновения отдельных тел солнечной системы. До того времени, пока не был получен первый каменный материал с поверхности Лупы, метеориты представляли единственный внеземной космический материал, попадающий в наши руки и доступный количественных: лабораторным исследованиям. Сейчас особенно детально изучаются состав, строение, внутренняя структура, радиоактивность, возраст и физические свойства метеоритов.

Большинство метеоритов оказалось очень древними. Этот факт имеет принципиальное значение в познании истории солнечной системы. Возраст метеоритов по радиологическим данным отражает время, прошедшее с момента их кристаллизации в твердые тела. Относительно возраста метеоритов получены интересные результаты. Применение современных методов ядерной хронологии, основанных на радиоактивном распаде урана, тория, рубидия (Rb97) и калия (К40), к образцам метеоритов разных классов показало, что большинство метеоритов имеет одинаковый возраст, в пределах 4,5 — 4,6 млрд. лет. Это совпадает с современными оценками возраста Земли и Луны.

Некоторые классы метеоритов, несмотря на их столь древний возраст, оказываются малоизмененными и,  таким образом, в своем химическом и минералогическом составе сохраняют запись событий, происходивших во время образования солнечной системы или вскоре после ее образования.

Удивительное совпадение возраста метеоритов с возрастом нашей планеты говорит о том, что время формирования Земли как дифференцированной планеты и время формирования метеоритов (или более крупных тел порядка астероидов, в состав которых они первоначально входили) относятся к единой древней эпохе в истории солнечной системы. Отсюда можно также допустить, что формирование планет солнечной системы было событием почти одновременным (синхронным); точнее, образование планет происходило в относительно узком интервале времени.

Метеориты, выпадающие па поверхность Земли из космического пространства, подразделяются на каменные и железные. На поверхность Земля чаще выпадают каменные метеориты, среди которых наиболее распространены хондриты, названные так из-за своей особой хондритовой структуры. Силикатные минералы являются ведущей составной частью всех каменных метеоритов. Железные метеориты выпадают значительно реже. Они представляют собой естественный самородный сплав железа и никеля.

Основная масса метеоритов включает немногие химические элементы. Давно изучен средний химический состав метеоритов разных классов. Очевидно, что одни только О, Si, Mg, Са, Ni, S составляют свыше 90% массы любого метеорита. Поэтому сочетание этих элементов в виде определенных твердых химических соединений — минералов — обусловливает главным образом химическую природу метеоритов.

К настоящему времени в метеоритах насчитывается 66 минералов, большинство из которых похожи на минералы земной коры. Наиболее распространены оливин и пироксен. Оливин представляет собой твердый раствор фаялита Fe2SiO4 и форстерита Mg2SiO4 в разных пропорциях; пироксен — раствор ферросилита FeSiO3 и энстатита MgSiO3. В каменных и железокаменных метеоритах содержатся и другие силикаты, а также минералы металлического никелистого железа (тэнит и камасит), составляющие значительную часть железных метеоритов. К типичным метеоритным минералам относится троилит FeS. Другие минералы, общие для земной коры и метеоритов, встречаются в небольших количествах.

Хондритовые метеориты

Хондритовые метеориты представляют наиболее примитивный класс метеоритов. Так, другие метеориты представляют собой продукты значительно более сложных процессов химического разделения вещества. Минеральный состав хондритовых метеоритов и общем довольно прост и однообразен. Хондриты состоят главным образом из оливина и пироксена с небольшой примесью никелистого железа, плагиоклаза и троилита. Исключение представляют углистые хондриты, состоящие преимущественно из гидратированных силикатов.

В структурном отношении хондритовые метеориты характеризуются наличием хондр. Хондры представляют собой сферические тела порядка 1 мм в диаметре и меньше. Они состоят из оливина и ромбического пироксена, которые располагаются радиально от определенной точки, смещенной по отношению к центру. Остальная мелкозернистая масса хондритов представляет собой смесь оливина и пироксена с никелистым железом, троилитом и плагиоклазом. Иногда в этих промежутках встречается стекло.

Углистые хондриты мало распространены, но они представляют особый интерес. В них присутствуют гидратированные минералы, продукты взаимодействия силикатов с водой, а также органические соединения. Углистые хондриты подразделяются на три типа: I, II и Ш. Среди них особое место занимают хондриты типа I. Они имеют самую низкую плотность (2,2 г/см3), сложены аморфными гидратированными силикатами, содержат много серы в виде сульфатов, которые растворимы в воде и наиболее богаты газами. По атомным соотношениям и количеству летучих веществ химический состав углистых хондритов типа I наиболее близок к химическому составу Солнца. Есть серьезные основания полагать, что углистые хондриты типа I представляют собой наименее дифференцированый и фракционированный материал солнечной системы, наиболее близкий к тому протопланетному веществу, из которого возникли планеты и астероиды.

Происхождение хондритовых метеоритов неразрывно связано с происхождением их характерной хондритовой структуры. Большинство исследователей считают, что хондры представляли собой когда-то капли расплава, которые затем застыли и кристаллизовались.

Ахондриты

Ахондриты представляют собой группу каменных метеоритов, которые имеют кристаллическую структуру, и в них отсутствуют хондры. Многие имеют большое сходство с земными изверженными породами. Наиболее похожи на земные породы так называемые эвкриты и говардиты. Они состоят из дироксенов и анортита (CaAl2Si3O8). В минералогическом и структурном отношениях ахондриты близки к основным — габброидным — породам земной коры, но отличаются от них повышенной пропорцией темноцветного минерала (пироксена). В целом структурные особенности и минералогический состав большинства ахондритов указывают, что они первоначально кристаллизовались из магмы, аналогично земным магматическим горным породам.

Железокаменные метеориты

Железокаменные метеориты представляют собой сочетание железоникелевого и силикатного материалов. Мезосидериты состоят из никелистого железа и силикатов примерно в равных количествах. Силикаты представлены преимущественно пироксеном и плагиоклазом с резким преобладанием первого. Никелистое железо неравномерно распределено по всему объему метеорита в виде зерен разного размера. Палласиты представляют собой железоникелевую массу, в которую вкраплены в виде включений силикатные минералы. В никелистом железе встречаются некоторые мелкие включения в виде троилита и шрейберзита. Силикатная часть представлена главным образом оливином в виде угловатых и округлых зерен. В целом палласиты больше приближаются к железным метеоритам. Их металлическая часть иногда содержит структуры (видманштеттеновы), сходные со структурой железных метеоритов.

Железные метеориты

Железные метеориты состоят почти целиком из никелистого железа. Они обогащены сидерофильными элементами и почти совсем лишены литофильных. Железные метеориты в свою очередь разделяются на отдельные группы в зависимости от структуры и содержания никеля. Кроме Fe, Ni, Со, в железных метеоритах присутствуют в небольших количествах Р, Cu, S, С в виде включении шрейберзита, троилита, когонита и графита. Иногда железные метеориты содержат включения силикатов в виде энстатита и оливина, в которых очень мало железа. Содержание никеля в отдельных частях железных метеоритов изменяется от 5 до 62%. Как показал Дж. Ловеринг, эти пределы вызваны явлениями дифференциации во время кристаллизации однородного железоникелевого расплава, образовавшего ядро родоначального метеоритного тела астероидных размеров.

Около 80% всех известных железных метеоритов относится к классу октаэдритов. Если их отполированную поверхность протравить разбавленной кислотой, то проявляются особые виды структуры, которая носит название видманштеттеновых фигур. Они образуются системой параллельных пластин из сплава с низким содержанием никеля (6—7%), так называемого камасита. Системы пластин располагаются параллельно четырем плоскостям — граням октаэдра, и поэтому железные метеориты, обладающие подобной структурой, названы октаэдритами. Эти структуры удалось — воспроизвести искусственным путем при очеыь медленном охлаждении железоникелевых сплавов. Но эти структуры оказались мелкими. Исследование физико-химических равновесий железоникелевых сплавов показало, что наблюдаемые структуры и состав железных метеоритов могли возникнуть при медленном охлаждении до 300° С и давлении 105 атм. Это, несомненно, указывает на то, что образование железных метеоритов происходило в недрах космического тела планетарного размера.

Изложенные выше данные по метеоритам позволяют прийти к определенным заключениям, имеющим значение для понимания происхождения Земля и малых тел солнечной системы:

  1. Весьма сходный возраст Земли и метеоритов разного типа указывает на то, что формирование твердых тел в солнечной системе было в основном синхронным процессом.
  2. Если допустить, что ахондриты, жедезокаменные и железные метеориты являются обломками химически дифференцированной планеты, то совпадение возраста этих метеоритов с возрастом хондритов будет свидетельствовать об относительно быстром процессе химической дифференциации родоначальной планеты.
  3. Углистые хондриты типа I являются наиболее примитивными метеоритами, и сходство атомных соотношений в них с солнечным веществом позволяет предположить, что они представляют собой наименее дифференцированный материал солнечной системы, наиболее близкий к тому протопланетному веществу, из которого возникли планеты и астероиды.
  4. Химический состав хондритов показывает широкие вариации их состояния окисления от максимально окисленного железа в углистых хондритах до полностью восстановленного железа в энстатитовых хондритах, что указывает на химические процессы окислительно восстановительного характера в разных частях солнечной системы по время ее формирования.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.