АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2007, том 41, № 4, с. 345-352
УДК 523.51
К ВОПРОСУ О ВЕЩЕСТВЕ ТУНГУССКОГО МЕТЕОРИТА
© 2007 г. О. Г. Гладышева
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе, Санкт-Петербург Поступила в редакцию 31.10.2006 г.
Приводится приблизительный состав остатков Тунгусского метеорита, полученный путем усреднения результатов нескольких измерений. Отмечается, что вещество остатков космического тела было обогащено щелочными и щелочноземельными элементами. Отмечена крайняя неоднородность состава вещества метеорита. Определен верхний предел плотности Тунгусского космического тела, равный 2.8 г/см3. Предлагается считать, что в результате взаимодействия с атмосферой Земли космическое тело распалось на частицы размером от 10-7 до 10-3 м, причем большая часть вещества оказалась вынесена в верхние слои атмосферы. Расчеты скорости и времени оседания частиц в атмосфере показали, что за изменение прозрачности атмосферы ответственны частицы радиусом >10-5 м.
PACS: 96.30.Ys
ВВЕДЕНИЕ
Для создания теории, касающейся явлений, наблюдавшихся во время Тунгусской катастрофы, нам необходимо знать хотя бы приблизительный состав вещества космического тела, его плотность и распределение частиц, на которые раздробилось тело в результате взрыва. Изучением вещества, составлявшего Тунгусский метеорит, занималось много исследователей. Основные результаты изложены в работах Флоренского (1963), Флоренского и др. (1968а; 19686), Долгова и др. (1973), Алексеевой и др. (1976), Колесникова и др. (1976; 1977), ^^ш-kov и др. (1999; 2003), Голенецкого и др. (1977а; 19776; 1981), Соботовича и др. (1983), Колесникова (1984), Львова (1984), Vasilyev (1998) и т.д.
После взрывного разрушения в воздухе Тунгусского метеорита поверхности земли достигли лишь отдельные сильно раздробленные и обгоревшие мельчайшие его фрагменты. Основную часть найденных остатков вещества космического тела составляют силикатные и магнетитовые шарики размерами в доли миллиметра, обнаруженные в почве района катастрофы (Флоренский и др., 19686; Кирова, 1961; Кирова, Заславская, 1966). Эти частицы несут на себе следы высокотемпературного воздействия, то есть космическое тело не только раздробилось на мельчайшие кусочки, но эти кусочки успели оплавиться. Обнаружили, что остатки вещества космического тела рассыпаны на значительной территории, причем количество шариков на единицу поверхности на расстоянии в 400 км от эпицентра такое же, как и в ближней зоне (Флоренский и др., 1968а). Прослеживается шлейф повышенного содержания остатков космического тела в северо-западном направлении. Это свидетельствует о том, что значительная часть
вещества взорвавшегося тела оказалась поднятой в воздух и медленно оседала по мере перемещения пылевого облака.
Более мелкие частицы, размерами от 0.5 до 50.0 мкм, были выделены из смолы ветвей деревьев, переживших катастрофу вблизи эпицентра взрыва (Longo и др., 1994; Alekseev, 1998). Продолжая расти после катастрофы, деревья как бы "законсервировали" частицы, попавшие на них во время взрыва. С помощью годичных колец удается определить древесные слои, существовавшие к моменту катастрофы, и выделить частицы космического тела среди остальных фоновых частиц. Отмечается, что частицы, относящиеся к Тунгусскому метеориту, могут быть округлыми, т.е. подвергшимися нагреву и плавлению, а могут иметь рваные или клочковатые края, причем среди последних встречаются как металлические (Alekseev, 1998), так и неметаллические (Longo и др., 1994).
Еще одним природным архивом, содержащим информацию о составе Тунгусского космического тела, является сфагновый торф верховых болот (Голенецкий и др., 1977a; Львов, 1984). Исследование торфа существенно отличается от исследования почвы, в которой отбирались силикатные и магнетитовые шарики. Если шарики, аналогичные тем, что были обнаружены на месте катастрофы, встречаются в почвах других районов Земли как продукты сгорания в атмосфере метеоритов, и их связь именно с Тунгусским событием не очевидна (Назаров и др., 1990), то торфяники являются идеальным накопителем опустившейся на земную поверхность пыли. Еще одним преимуществом торфяников является то, что растущий мох получает питательные вещества исключительно из атмосферы, поэтому он не загрязняется грун-
Весовое содержание основных компонент в остатках Тунгусского метеорита
Вид остатков Силикатные Тяжелые Магнетито- Итого
частицы частицы вые частицы
Ком- Средняя Средняя Средняя Средняя величина
понен-та величина (количество величина (из 463 из- величина (количество
измерений) мерений) измерений)
Na 4 (9) - - 3
Mg 2 (7) - - 1
Al 8 (9) 9 - 8
Si 28 (7) 4 - 20
S - 3 - 1
K 2 (7) - - 1
Ca 8 (7) 6 - 7
Ti 0.3 (7) 2 - 1
Cr - 4 - 1
Mn 0.3 (9) - - -
Fe 2 (9) 17 67 (4) 8
Ni - 2 5 (4) 1
Co - - 0.4 (4) -
Cu - 13 - 4
Zn - 6 - 2
Ba - 6 2
Au - 19 5
товыми водами. Поскольку мох нарастает слоями, в торфе можно уверенно выделить слой, содержащий годовой прирост мха за 1908 г., тем более, если горизонт торфяной залежи хорошо стратифицирован повышенной зольностью из-за общего ожога мха в момент катастрофы.
Измерений поэлементного состава остатков метеорита не много, тем не менее целью настоящей работы было восстановление приблизительного состава вещества Тунгусского метеорита путем усреднения содержания элементов в силикатной и магнетитовой фракции и определения доли этих
составляющих в общем составе вещества. Кроме этого, на основе анализа перемещения пылевых частиц, выброшенных в результате катастрофы в верхние слои атмосферы, планировалось получить распределение остатков Тунгусского метеорита по размерам.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
ОСТАТКОВ МЕТЕОРИТА
Химический состав остатков Тунгусского метеорита определялся несколькими группами ученых. Усредненные результаты по содержанию элементов в магнетитовых и силикатных шариках, а также в тяжелых микрочастицах приведены в таблице.
Методом рентгеноспектрального микроанализа, позволяющим выполнить измерения в разных частях среза образцов, определили содержание Fe, Ni и Co в магнетитовых шариках (Флоренский и др., 1968). Оказалось, что содержание Ni и Fe испытывает значительные вариации от точки к точке, что связано с обогащением и обеднением ядер магнетитовых шариков этими элементами по отношению к оболочке. В связи с этим среднее содержание Fe, Ni и Co в магнетитовых шариках приводится по концентрациям, измеренным в шариках, не содержащих ядер.
Исследование элементов, составлявших силикатные шарики, проводили три группы ученых разными методами. Одни из них использовали рентгеноспектральный анализатор (микрозонд) (Glass, 1969; Долгов и др., 1973), а другие применили метод нейтроноактивации (Колесников и др., 1976). Если анализ с помощью микрозонда позволял изучать состав только отдельных крупных шариков, то нейтронно-активационный метод давал среднее содержание элементов десятков и сотен шариков.
Химический состав частиц, обнаруженных в смоле деревьев, определялся с использованием сканирующего электронного микроскопа и Х-лу-чевого спектрометра (Longo и др., 1994). Исследовались лишь тяжелые частицы, то есть такие, которые содержат главным образом элементы тяжелее Ti. В таблице приводится содержание элементов, усредненное по измерениям 463 тяжелых частиц. Количество легких частиц (содержащих Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca и Fe) в слое, относящемся к Тунгусскому событию, оказалось лишь на треть больше фона. Поскольку отделение нужных частиц от фоновых не представлялось возможным, их измерения не обобщались.
Для того, чтобы приблизительно определить химический состав остатков Тунгусского метеорита, необходимо знать соотношение количества силикатной и магнетитовой компоненты. Согласно результатам поиска микросферул в районе Тунгус-
1E+2 1E+1 1E+0 1E-1 1E-2 1E-3 1E-4 1E-5 1E-6
Be Mg Si K Sc Cr Fe Ni Zn Se Rb Mo Sn Cs La Eu Hg Na Al S Ca Ti Mn Co Cu Ga Br Sr Ag Sb Ba Ce Au Pb
Рис. 1. Химический состав остатков Тунгусского метеорита. Светлые столбики - концентрации, полученные по усреднению состава силикатных и магнетитовых шариков, а также микрочастиц. Темные столбики - химический состав, определенный по избытку элементов в торфяных слоях (Голенецкий и др., 1977а).
ской катастрофы на одну-две тысячи магнетитовых шариков было обнаружено лишь несколько десятков силикатных шариков (Кирова, Заславская, 1966). Эти величины не отражают истинного состояния дел, поскольку отбор магнетитовых шариков облегчали магниты, в то время как силикатные шарики приходилось искать только визуально. Для определения вышеупомянутого соотношения будем использовать результаты работы Longo и др. (1994). Соотношение легких и тяжелых частиц (без учета их веса) для периода, относящегося ко времени Тунгусской катастрофы, определим исходя из среднего количества тех и других частиц на единице поверхности, при этом среднее количество фоновых частиц вычтем.
Таким образом, для расчетов принимаем, что на 130 легких частиц приходится около 60 тяжелых частиц. Сделаем еще одно допущение: примем, что химический состав легких частиц сопоставим с составом силикатных микросферул. Кроме этого, поскольку в работе (Longo и др., 1994) отмечено, что из 518 тяжелых частиц 471 содержит некоторый процент легких элементов, в расчетах примем, что только 1/10 часть тяжелых частиц имеет химический состав, аналогичный магнетитовым шарикам. В результате среднее содержание отдельного химического элемента C в составе остатков Тунгусского метеорита будем оценивать по формуле
C = 0.68Cs + 0.32(0.9Ch + 0.1 CJ,
где Cs - средняя концентрация этого элемента в силикатных шариках, Ch - в тяжелых частицах и Cm - в магнетитовых шариках.
Приблизительный состав вещества остатков Тунгусского метеорита, полученный на основе усреднения магнетитовых и силикатных шариков, а также микрочастиц смолы ветвей деревьев, можно сравнить с составом Тунгусского метеорита, определенным на основе анализа зольного вещества слоев торфяной залежи, соответствующих времени катастрофы. В определении химических
элементов Голенецкий и др. (1977a) использовали следующие методы: нейтронно-актива
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.