ГЕОХИМИЯ, 2013, № 7, с. 599-608
ГЕОХИМИЯ ЛЕГКИХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТЕОРИТА ЧЕЛЯБИНСК
© 2013 г. К. Т. Пиллинджер*, Р. С. Гринвуд*, Д. Джонсон*, Дж. M. Гибсон*, A. Г. Тиндл*, А. Б. Верховский*, А. И. Буйкин**, И. A. Франки*, M. M. Грэди*
*Planetary and Space Sciences, The Open University, Milton Keynes, MK7 6AA, United Kingdom
e-mail: Colin.Pillinger@open.ac.uk **Институт Геохимии и Аналитической Химии им В.И. Вернадского РАН 119991, ГСП-1, Москва, ул. Косыгина, 19 e-mail: bouikine@mail.ru Поступила в редакцию 20.03.2013 г.
Принята к печати 23.03.2013 г.
Зрелищное появление яркого болида над Западной Сибирью 15 февраля 2013 года было самым большим событием такого рода за последние более ста лет. Анализ изотопного состава кислорода показал, что этот объект относится к обыкновенным хондритам типа LL. Петрологические исследования показали, что материал метеорита относится к метаморфическому типу 5 и представлен двумя основными петрологическими типами, содержащими прожилки ударного стекла. Во всех трех типах материала были исследованы изотопный состав и содержание азота, углерода и благородных газов. Относительно низкие содержания азота и углерода предполагают, что метеорит Челябинск контаминирован в меньшей степени по сравнению с другими подобными образцами из метеоритной коллекции, что дает возможность более надежно идентифицировать эндогенные компоненты. Все исследованные образцы содержат минимальные количества космогенных и первичных благородных газов, что свидетельствует о значительном размере (не менее двух метров в диаметре) тела до его вхождения в атмосферу и что вещество метеорита было существенно дегазировано, как в процессе ударного метаморфизма на родительском теле, так и при взрыве в атмосфере Земли. В статье обсуждается явление падения метеорита Челябинск в сравнении с другими падениями такого масштаба, включая Тунгусский метеорит.
Ключевые слова: метеорит Челябинск, изотопы кислорода, азота и углерода, благородные газы.
Б01: 10.7868/80016752513070133 ВВЕДЕНИЕ
В 922 утра 15-го февраля 2013 года серия зрелищных атмосферных явлений над Западной Сибирью и Уралом возвестили о прибытии на Землю одного из самых больших внеземных объектов со времени тунгусского падения в 1908 году [1, 2]. Обстоятельства этого падения: яркий болид, мощный взрыв, вызвавший повреждения зданий и многочисленные травмы среди местного населения, были столь необычны, что эта новость в течение минут облетела Интернет и появилась на экранах телевизоров Европы и Америки. Существенный вклад в распространение этой информации в реальном масштабе времени внесли съемки персональными камерами и видео регистраторами.
Через очень короткое время стало ясно, что падение небесного тела сопровождалось взрывом, звук которого был слышен далеко за пределами Челябинска. Огромный интерес к этому явлению был обусловлен не только естественным желанием понять природу внеземного объекта с научной точки зрения и объяснить это населению, но также и потому, что это может пролить дополнительный свет на то, что случилось над Тунгуской более века назад [1]. В связи с полити-
ческой ситуацией в России в начале 20-го века и по причине чрезвычайной удаленности и трудно-доступности района Тунгуски (более 2000 км восточнее Челябинска), первая экспедиция под руководством Леонида Кулика прибыла на место падения для сбора научного материала о падении только почти через 20 лет. В результате этого практически никаких твердых компонент, которые могли бы относиться к тунгусскому телу, найдено не было [3].
Поскольку район Челябинска густонаселен и люди сейчас в целом хорошо осведомлены о природе метеоритов, большое количество (возможно тысячи) обломков метеорита, выпавшего в виде метеоритного дождя, было собрано в районе поселков Первомайское, Депутатское и Яманже-линка в 40 км южнее Челябинска [4]. Большая часть собранного материала представляет собой мелкие округлые фрагменты. Другие примеры падения метеоритов подобной природы включают Holbrook (США, Аризона, 1912 г.), где фрагменты обнаруживают по сей день [5], и Pultusk (Польша, 1868 г.), представлявший собой самый большой из наблюдавшихся метеоритный дождь, выпавший в виде 60—70 тысяч отдельных фрагментов [6]. Оба этих падения произошли задолго до то-
го, как стало возможным исследовать образцы метеоритов непосредственно после их падения.
Обломки метеорита Челябинск были обнаружены в снегу, покрывающем весь регион толщиной примерно 0.7 м [4]. Поскольку обломки во время падения были нагреты, они расплавляли снег и образовывали каналы, которые оставались в снегу в виде трубок фирна. Эти каналы были хорошо видимы с поверхности, являясь своего рода маркерами возможного присутствия метеоритных образцов при их поисках. Большие фрагменты проходили через снежный покров до замерзшего грунта. Самый большой найденный обломок имеет вес 1.8 кг. Предполагается, что, по крайней мере, один, еще больший, фрагмент упал на дно озера Чебаркуль в 70 км западнее Челябинска, пробив покрывавший его лед, о чем свидетельствуют мелкие фрагменты, найденные на кромке образовавшейся полыньи диаметром 8 м.
Представлялось исключительно важным исследовать образцы метеорита Челябинск как можно быстрее после их сбора для того чтобы получить информацию, которая может быть потеряна по прошествии времени. Предполагается, что образцы метеоритов, собранные даже после 1 месяца после падения, уже существенно изменяются. Например, это относится к изотопному составу кислорода [5]. Также хорошо известно, что происходит неизбежное биологическое загрязнение, влияющее на изотопный состав азота и углерода, несмотря на специальные методы предосторожности при хранении и подготовке к анализу внеземных образцов [7].
Открытый Университет (Великобритания) располагает набором аналитической техники для анализа легких элементов и их изотопов, что необходимо при исследовании уникальных метеоритов, таких как Челябинск. Мы обратились с просьбой о предоставлении нам образцов к академику Э.М. Галимову в Институт Геохимии и Аналитической Химии им. В.И. Вернадского Российской Академии Наук через The Royal Society, и при посредничестве атташе по науке Посольства Великобритании в Москве. Результаты исследования трех образцов, любезно предоставленных нам в ответ на нашу просьбу, приводятся в настоящей публикации.
ИССЛЕДОВАННЫЕ ОБРАЗЦЫ
Для настоящего исследования было предоставлено два фрагмента Челябинского метеорита размером с гальку, почти полностью покрытых коркой плавления. Они были доставлены в Открытый Университет в г. Милтон Кинс в течение трех недель после ударного события. Один из фрагментов преимущественно состоял из светлой породы и был обозначен как "петрологический тип А". Другой фрагмент довольно сильно отличался от первого, был более тонкозернистым, бо-
лее темным и был обозначен как "петрологический тип В". Вес этих образцов был следующим: фрагмент петрологического типа А — 4.82 г, фрагмент петрологического типа В — 5.43 г. Внешний вид обоих фрагментов до распиловки представлен на рис. 1 и 2. На этих же рисунках показано, в какой плоскости происходила распиловка образцов с использованием алмазного диска с водяным охлаждением. Поверхности среза образцов были сфотографированы (рис. 3, 4), и из каждого были изготовлены шлифы.
Из описания, данного в официальной классификации Челябинского метеорита [4, 8], следует, что наш петрологический тип А соответствует тому веществу, которое составляет большинство (~2/3) найденных обломков метеорита, и описано как имеющее "типичную хондритовую структуру" (см. ниже более подробное описание). Меньшее, но все же значительное, количество собранных обломков (~1/3), состоит из темного, тонкозернистого материала ударного расплава. Из официального описания Челябинских образцов следует, что последний соответствует нашему петрологическому типу В (см. ниже более подробное описание).
В петрологическом типе А ясно видны тонкие, темные жилки ударного расплава, секущие образец (рис. 3). Они были отобраны и проанализированы для сравнения с двумя главными петрологическими типами, составляющими метеорит.
В дополнение к двум более крупным фрагментам, проанализированным в этой работе, позже был изучен небольшой кусок, взятый из другого образца метеорита. Этот материал был отправлен позже первых двух по почте и представлял собой тонкую пластинку длиной 6 мм. Он в основном состоял из главного петрологического типа А, но также содержал легко извлекаемый материал темного ударного расплава.
МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Оптическая микроскопия. Шлифы, приготовленные из образцов, представляющих петрологические типы А и Б, были изучены с использованием стандартной оптической техники на петрографическом микроскопе Zeiss Axioplan.
Виртуальный микроскоп. Фотографии высокого разрешения шлифов, представляющие оба петрологических типа, были сделаны для дальнейшего использования на разработанном в Open University Виртуальном микроскопе — комплексе программного обеспечения, позволяющем производить различные манипуляции с изображением шлифов. В частности, такое изображение может быть исследовано на компьютере, который с помощью этой программы позволяет воспроизвести все возможности петрографического микроскопа. Программа заменяет исходное изображение образца мозаикой из примерно сотни отдельных фотографий, которые соединяются
Рис. 1. Фотография фрагмента, представленного петрологическим типом А и приблизительная линия распила. Образец удерживается на круглой пластиковой подложке. Размер образца 19 мм.
Рис. 2. Фрагмент, представляющий петрологический тип В до распила. На фотографии видна стекловатая текстура образца и приблизительная линия распила. Размер образца 19 мм.
между собой без швов и каждая из которых представлена в трех видах: в обычном поляризованном свете (PPL), в скрещенных николях (XPL) и в отраженном свете. Все три этих изображения тщательно совмещаются и затем подвергаются операции "масштабирования" с тем, чтобы изображение могло бы быть исследовано с использо-
ванием адаптированного ИТМЬ5 виджета. Этот виджет позволяет пользователю переключать изобр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.