Уникальный метеорит позволил ученым заглянуть на 4 млрд лет назад | Новости науки

Сотрудники лаборатории метеоритики и космохимии Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН с коллегами из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова изучили уникальный метеорит (CB хондрит) Sierra Gorda 013. Он образовался при столкновении примитивного и дифференцированного протоплатетных тел более 4 млрд лет назад, сообщили в пресс-службе ГЕОХИ РАН.

Метеорит состоит из оливиновых и железных шариков — хондр. В металлических хондрах метеорита ученые нашли микроскопические включения, обогащенные кремнием, натрием, калием, серой, ниобием и танталом. Сочетание таких низко- и высокотемпературных элементов показало, что раскаленное облако газа, пыли и обломков, образовавшееся при столкновении, было очень неоднородным и турбулентным. За счет этого низкотемпературные продукты конденсации пара затягивались во внутреннюю высокотемпературную зону облака, запечатывались в железных хондрах и смогли сохранить свой уникальный состав. 

По словам ученых, в ранней Солнечной системе множество небольших протопланетных тел, как примитивных, так и дифференцированных на железное ядро и силикатную оболочку, соударялись и превращались в раскаленные облака газа, пыли и обломков. Из вещества облаков при остывании образовывались новые тела, фрагменты которых изредка оказываются на Земле в виде метеоритов.

Исследователи обнаружили, что металлические хондры содержат микроскопические включения, состоящие из силикатного стекла и сульфидов. Оказалось, что стекла обогащены натрием и калием, химическими элементами, которые легко испаряются и конденсируются из пара в космических условиях при температуре порядка 700 °С, а сульфиды (один из которых неизвестный ранее минерал сульфид натрия и хрома) — около 450 °С. 

При этом некоторые стекла аномально обогащены ниобием и танталом — редкими химическими элементами, которые конденсируются в космических условиях при температурах порядка 1200 °С. А расплавленные металлические хондры должны были иметь температуру конденсации порядка 1500 °С. Таким образом, перед учеными возникли три вопроса: как включения оказались внутри металлических хондр; каким образом включения приобрели и сохранили большое количество летучих элементов; и почему в составе включений сочетаются столь разные по температуре конденсации элементы.

Комплексный анализ строения и минерального состава включений и хондр и физико-химических условий образования минералов в них привел исследователей к выводу, что включения стекла образовались на внешней холодной границе облака пыли и горячего газа, которое образовалось при столкновении примитивного и дифференцированного протопланетных тел. При этом столкновение было таким, что остатки тел и облако оказались гравитационно связанными и в облаке возникла сильная турбулентность, благодаря которой материал внешних холодных областей затягивался в горячую внутреннюю часть облака, где происходило образование металлических хондр путем слипания маленьких железных капель.

Включения стекла запечатывались между каплями расплавленного железа и таким образом избежали испарения летучих элементов. Источником металла при этом было железное ядро дифференцированного тела, тогда как источником ниобия и тантала, возможно, была его кора. Фрагменты коры испарились при столкновении двух протопланет, насытив горячий пар ниобием и танталом, затем эти элементы конденсировались в зерна высокотемпературных минералов, которые были вынесены потоками газа во внешний холодный район облака, где были захвачены частицами стекла. 

Исследование показало сложность процессов, происходивших в молодой Солнечной системе, его результаты помогают лучше понять причины химического и изотопного разнообразия внеземного вещества, а также космо- и геохимическую историю химических элементов. Кроме того, изучение уникальных метеоритов позволят заглянуть в самое начало процесса образования нашей Солнечной системы.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Минобрнауки России. Результаты опубликованы в журнале Meteoritics Planetary Science и помогают лучше понять историю эволюции химических элементов в Солнечной системе и причины химического и изотопного разнообразия внеземного вещества.