Sepanjang tahun 2003-2008. Sekumpulan saintis Rusia dan Austria dengan penyertaan Heinz Kohlmann, ahli paleontologi terkenal dan kurator Taman Nasional Eisenwurzen, mengkaji bencana yang berlaku 65 juta tahun yang lalu, ketika lebih dari 75% semua organisma di Bumi, termasuk dinosaurus, mati. Sebilangan besar penyelidik percaya bahawa kepupusan itu dikaitkan dengan kesan asteroid, walaupun ada sudut pandangan lain
Jejak malapetaka ini di bahagian geologi diwakili oleh lapisan tipis dari tanah liat hitam setebal 1 hingga 5 cm. Salah satu bahagian tersebut terletak di Austria, di Pegunungan Alpen Timur, di Taman Nasional berhampiran bandar kecil Gams, yang terletak 200 km barat daya Vienna. Sebagai hasil kajian sampel dari bahagian ini dengan menggunakan mikroskop elektron pengimbasan, ditemui zarah-zarah bentuk dan komposisi yang tidak biasa, yang tidak terbentuk dalam keadaan tanah dan tergolong dalam debu kosmik.
Stardust di Bumi
Buat pertama kalinya, jejak benda angkasa di Bumi ditemui di tanah laut dalam oleh ekspedisi Inggeris yang menjelajah dasar Lautan Dunia di kapal Challenger (1872-1876). Mereka digambarkan oleh Murray dan Renard pada tahun 1891. Di dua stesen di Laut Pasifik Selatan, ketika kapal keruk dari kedalaman 4300 m, sampel nodul ferromangan dan mikrosfera magnetik berdiameter hingga 100 µm dinaikkan, yang kemudian disebut "bola ruang". Walau bagaimanapun, perincian mikrosfera besi yang dibangkitkan oleh ekspedisi Challenger hanya dapat disiasat dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Ternyata bola adalah besi logam 90%, nikel 10%, dan permukaannya ditutup dengan kerak tipis besi oksida.
Gambar: 1. Monolit dari bahagian Gams 1, disediakan untuk persampelan. Lapisan dari usia yang berbeza ditunjukkan dalam huruf Latin. Lapisan tanah liat peralihan antara tempoh Cretaceous dan Paleogene (umur kira-kira 65 juta tahun), di mana pengumpulan mikrosfera logam dan plat ditemui, ditandai dengan huruf "J". Foto oleh A. F. Gracheva
Penemuan bola misterius di tanah liat laut dalam, sebenarnya, dikaitkan dengan permulaan kajian bahan kosmik di Bumi. Walau bagaimanapun, ledakan minat di kalangan penyelidik mengenai masalah ini berlaku selepas pelancaran kapal angkasa pertama, dengan bantuannya menjadi mungkin untuk memilih tanah bulan dan sampel zarah-zarah debu dari pelbagai bahagian sistem suria. Hasil karya K. P. Florensky (1963), yang mengkaji jejak bencana Tunguska, dan E. L. Krinov (1971), yang mengkaji debu meteor di lokasi kejatuhan meteorit Sikhote-Alin.
Video promosi:
Minat para penyelidik dalam mikrosfera logam menyebabkan fakta bahawa mereka mula dijumpai di batuan sedimen yang berlainan usia dan asal usul. Mikrosfera logam terdapat di ais Antartika dan Greenland, di endapan laut dalam dan nodul mangan, di pasir gurun dan pantai. Mereka sering dijumpai di dalam dan sekitar kawah meteorit.
Dalam dekad terakhir, mikrosfera logam yang berasal dari luar bumi telah dijumpai di batuan sedimen yang berlainan usia: dari Lower Cambrian (kira-kira 500 juta tahun yang lalu) hingga ke formasi moden.
Data mikrosfera dan zarah lain dari sedimen kuno memungkinkan untuk menilai isipadu, serta keseragaman atau ketidakseragaman kemasukan bahan kosmik ke Bumi, perubahan komposisi zarah yang tiba ke Bumi dari angkasa, dan sumber utama bahan ini. Ini penting kerana proses ini mempengaruhi perkembangan kehidupan di Bumi. Sebilangan besar persoalan ini masih belum dapat diselesaikan, tetapi pengumpulan data dan kajian komprehensif mereka pasti akan dapat dijawab.
Sekarang diketahui bahawa jumlah jisim debu yang beredar di dalam orbit bumi adalah sekitar 1015 tan. Dari 4 hingga 10 ribu tan bahan kosmik jatuh di permukaan Bumi setiap tahun. 95% jirim yang jatuh di permukaan Bumi terdiri daripada zarah berukuran 50-400 mikron. Persoalan bagaimana kadar kemasukan bahan kosmik ke Bumi dari masa ke masa tetap kontroversial hingga sekarang, walaupun banyak kajian dilakukan dalam 10 tahun terakhir.
Berdasarkan ukuran zarah debu kosmik, pada masa ini, habuk kosmik antara planet sebenarnya dipancarkan dengan ukuran kurang dari 30 mikron dan mikrometeorit lebih besar daripada 50 mikron. Malah lebih awal E. L. Krinov mencadangkan untuk memanggil serpihan terkecil badan meteor yang dicairkan dari mikrometeorit permukaan.
Kriteria yang ketat untuk membezakan habuk kosmik dan zarah meteorit belum dikembangkan, dan walaupun menggunakan contoh bahagian Gams yang dikaji oleh kami, telah ditunjukkan bahawa partikel logam dan mikrosfera lebih beragam dalam bentuk dan komposisi daripada yang diperuntukkan oleh klasifikasi yang ada. Bentuk sfera yang hampir sempurna, kilauan logam dan sifat magnetik zarah dianggap sebagai bukti asal kosmiknya. Menurut ahli geokimia E. V. Sobotovich, "satu-satunya kriteria morfologi untuk menilai kosmogenitas bahan yang sedang dikaji adalah adanya bola bersatu, termasuk yang magnet". Walau bagaimanapun, selain bentuknya, yang sangat pelbagai, komposisi kimia bahan tersebut sangat penting. Para penyelidik mendapat tahubahawa bersama dengan mikrosfera asal kosmik, terdapat sebilangan besar bola dari genesis yang berbeza - yang berkaitan dengan aktiviti gunung berapi, aktiviti penting bakteria atau metamorfisme. Telah diketahui bahawa mikrosfera ferruginous yang berasal dari gunung berapi cenderung mempunyai bentuk sfera yang ideal dan, lebih-lebih lagi, mempunyai peningkatan campuran titanium (Ti) (lebih dari 10%).
Kumpulan ahli geologi Rusia-Austria dan kru filem dari Vienna TV di bahagian Gams di Pegunungan Alpen Timur. Di latar depan - A. F. Grachev
Asal debu kosmik
Asal debu kosmik masih menjadi perbahasan. Profesor E. V. Sobotovich percaya bahawa habuk kosmik dapat mewakili sisa-sisa awan protoplanet asal, yang menentang B. Yu. Levin dan A. N. Simonenko, percaya bahawa benda halus tidak dapat bertahan lama untuk jangka masa panjang (Earth and Universe, 1980, No. 6).
Terdapat penjelasan lain: pembentukan habuk kosmik dikaitkan dengan pemusnahan asteroid dan komet. Sebagai E. V. Sobotovich, jika jumlah habuk kosmik yang memasuki Bumi tidak berubah dari masa ke masa, maka B. Yu. Levin dan A. N. Symonenko.
Walaupun terdapat banyak kajian, jawapan untuk persoalan mendasar ini tidak dapat diberikan pada masa ini, kerana hanya terdapat sedikit perkiraan kuantitatif, dan ketepatannya kontroversial. Baru-baru ini, data dari kajian isotop di bawah program NASA mengenai zarah debu kosmik yang diambil sampelnya di stratosfera menunjukkan adanya zarah yang berasal dari pra-suria. Dalam komposisi debu ini, mineral seperti berlian, moissanite (silikon karbida) dan korundum ditemukan, yang, menurut isotop karbon dan nitrogen, memungkinkan untuk menghubungkan pembentukannya dengan waktu sebelum pembentukan sistem suria.
Kepentingan mengkaji debu kosmik di bahagian geologi jelas. Artikel ini memaparkan hasil pertama kajian bahan ruang di lapisan tanah liat peralihan di sempadan Cretaceous-Paleogene (65 juta tahun yang lalu) dari bahagian Gams, di Pegunungan Alpen Timur (Austria).
Ciri-ciri umum bahagian Gams
Zarah-zarah asal kosmik diperoleh dari beberapa bahagian lapisan peralihan antara Cretaceous dan Paleogene (dalam kesusasteraan Jerman - sempadan K / T), yang terletak berhampiran perkampungan alpine Gams, di mana sungai dengan nama yang sama membuka sempadan ini di beberapa tempat.
Di bahagian Gams 1, monolit dipotong dari singkapan, di mana batas K / T dinyatakan dengan sangat baik. Tingginya 46 cm, lebar - 30 cm di bahagian bawah dan 22 cm - di bahagian atas, ketebalan - 4 cm. Untuk kajian umum bahagian ini, monolit dibahagikan selepas 2 cm (dari bawah ke atas) ke dalam lapisan yang ditentukan oleh huruf abjad Latin (A, B, C… W), dan dalam setiap lapisan, juga setelah 2 cm, penandaan dengan angka (1, 2, 3, dll.) Dilakukan. Lapisan peralihan J di antara muka K / T dikaji dengan lebih terperinci, di mana enam lapisan bawah dengan ketebalan sekitar 3 mm dikenal pasti.
Hasil penyelidikan yang diperoleh di bahagian Gams 1 banyak diulang ketika mempelajari bahagian lain - Gams 2. Kompleks kajian merangkumi kajian bahagian tipis dan pecahan monomineral, analisis kimianya, serta pendarfluor sinar-X, pengaktifan neutron dan analisis struktur sinar-X, isotop analisis helium, karbon dan oksigen, penentuan komposisi mineral pada microprobe, analisis magnetomineralogi.
Kepelbagaian mikropartikel
Mikrosfera besi dan nikel dari lapisan peralihan antara Cretaceous dan Paleogene di bahagian Gams: 1 - Fe mikrosfera dengan permukaan reticular-tuberous kasar (bahagian atas lapisan transisi J); 2 - Mikrosfera Fe dengan permukaan selari membujur kasar (bahagian bawah lapisan peralihan J); 3 - Mikrosfera Fe dengan elemen faset kristalografi dan tekstur permukaan seperti mesh kasar (lapisan M); 4 - Mikrosfera Fe dengan permukaan mesh nipis (bahagian atas lapisan peralihan J); 5 - Mikrosfera Ni dengan kristal di permukaan (bahagian atas lapisan peralihan J); 6 - agregat mikrosfera Ni yang disinter dengan hablur di permukaan (bahagian atas lapisan peralihan J); 7 - agregat mikrosfera Ni dengan mikrodiamond (C; bahagian atas lapisan peralihan J); 8,9 - bentuk ciri partikel logam dari lapisan peralihan antara Cretaceous dan Paleogene di bahagian Gams di Pegunungan Alpen Timur.
Dalam lapisan peralihan tanah liat antara dua sempadan geologi - Cretaceous dan Paleogene, serta pada dua tahap di endapan Paleosen di bahagian Gams, banyak zarah logam dan mikrosfera asal kosmik dijumpai. Mereka jauh lebih pelbagai dari segi bentuk, tekstur permukaan dan komposisi kimia daripada yang diketahui setakat ini pada lapisan tanah liat peralihan pada zaman ini di kawasan lain di dunia.
Pada bahagian Gams, bahan ruang diwakili oleh zarah-zarah yang tersebar dengan pelbagai bentuk, di antaranya yang paling umum adalah mikrosfera magnetik yang berukuran dari 0,7 hingga 100 μm, yang terdiri dari besi tulen 98%. Zarah-zarah seperti dalam bentuk sfera atau mikrosfera terdapat dalam jumlah yang besar bukan sahaja pada lapisan J, tetapi juga di atas, pada tanah liat Paleosen (lapisan K dan M).
Mikrosfera terdiri dari besi tulen atau magnetit, beberapa di antaranya mengandungi kromium (Cr), paduan besi dan nikel (avaruite), dan nikel tulen (Ni). Beberapa zarah Fe-Ni mengandungi kekotoran molibdenum (Mo). Dalam lapisan peralihan tanah liat antara Cretaceous dan Paleogene, semuanya ditemui untuk pertama kalinya.
Belum pernah kita temui zarah-zarah dengan kandungan nikel yang tinggi dan campuran molibdenum, mikrosfera yang signifikan dengan kehadiran kromium dan kepingan besi spiral. Sebagai tambahan kepada mikrosfera dan zarah logam, Ni-spinel, mikrodiamond dengan mikrosfera Ni murni, serta plat koyak Au, Cu, yang tidak terdapat di endapan yang mendasari dan terlalu banyak, terdapat di lapisan tanah liat peralihan di Gams.
Ciri-ciri mikropartikel
Mikrosfera logam di bahagian Gams terdapat pada tiga tahap stratigrafi: zarah ferruginous pelbagai bentuk tertumpu pada lapisan tanah liat peralihan, pada batu pasir halus dari lapisan K, dan tahap ketiga dibentuk oleh batu karang lapisan M.
Beberapa sfera mempunyai permukaan yang halus, yang lain memiliki permukaan kisi-kisi, dan yang lain ditutup dengan jaringan poligonal kecil atau sistem retak selari yang memanjang dari satu retakan utama. Mereka berlubang, seperti cangkang, dipenuhi dengan mineral tanah liat, dan mungkin juga mempunyai struktur sepusat dalaman. Partikel logam Fe dan mikrosfera terdapat di seluruh lapisan tanah liat peralihan, tetapi tertumpu pada cakrawala bawah dan tengah.
Micrometeorites adalah zarah-zarah bersatu dari besi tulen atau paduan besi-nikel Fe-Ni (avaruite); saiznya dari 5 hingga 20 mikron. Sebilangan besar zarah avaruite terbatas pada tahap atas lapisan peralihan J, sementara zarah ferruginus tulen terdapat di bahagian bawah dan atas lapisan peralihan.
Zarah-zarah dalam bentuk piring dengan permukaan bersilang umbi hanya terdiri dari besi, lebarnya 10–20 µm, dan panjangnya hingga 150 µm. Mereka sedikit arcuate dan bertemu di dasar lapisan peralihan J. Di bahagian bawahnya, plat Fe-Ni dengan campuran Mo juga ditemui.
Plat yang diperbuat daripada aloi besi dan nikel mempunyai bentuk memanjang, sedikit melengkung, dengan alur membujur di permukaan, dimensi bervariasi panjangnya dari 70 hingga 150 mikron dengan lebar sekitar 20 mikron. Mereka lebih biasa di bahagian bawah dan tengah lapisan peralihan.
Plat Ferruginous dengan alur membujur sama bentuk dan ukurannya dengan plat aloi Ni-Fe. Mereka terbatas pada bahagian bawah dan tengah lapisan peralihan.
Zarah-zarah besi tulen, yang berbentuk spiral biasa dan dibengkokkan dalam bentuk cangkuk, sangat menarik. Mereka terutamanya terdiri daripada aloi Fe tulen, jarang Fe-Ni-Mo. Zarah-zarah besi bergelung dijumpai di bahagian atas lapisan J dan di lapisan lapisan batu pasir di atasnya (lapisan K). Zarah Fe-Ni-Mo heliks ditemui di dasar lapisan peralihan J.
Di bahagian atas lapisan peralihan J, terdapat beberapa butir mikrodiamond yang disinter dengan mikrosfera Ni. Kajian microprobe bola nikel, yang dilakukan pada dua instrumen (dengan spektrometer penyebaran gelombang dan tenaga), menunjukkan bahawa bola-bola ini terdiri dari nikel hampir murni di bawah lapisan tipis nikel oksida. Permukaan semua bola nikel dihiasi dengan kristal yang jelas dengan ukuran kembar yang berukuran 1-2 mm. Nikel tulen seperti dalam bentuk sfera dengan permukaan yang dikristalisasi dengan baik tidak dijumpai di batuan igneus atau di meteorit, di mana nikel semestinya mengandungi sejumlah besar kekotoran.
Dalam kajian monolit dari bahagian Gams 1, sfera Ni murni hanya dijumpai di bahagian paling atas lapisan peralihan J (di bahagian paling atasnya - lapisan sedimen J 6 yang sangat tipis, ketebalannya tidak melebihi 200 μm), dan menurut data analisis magnet termal, nikel logam terdapat di lapisan peralihan, bermula dengan sublayer J4. Di sini, bersama dengan bola Ni, berlian juga dijumpai. Dalam lapisan yang dikeluarkan dari kubus dengan luas 1 cm2, jumlah butiran berlian yang dijumpai ada dalam puluhan (dengan ukuran dari pecahan mikron hingga puluhan mikron), dan bola nikel dengan ukuran yang sama - dalam ratusan.
Dalam sampel dari bahagian atas lapisan peralihan diambil langsung dari singkapan, berlian dengan zarah nikel halus di permukaan butir dijumpai. Adalah penting bahawa ketika mempelajari sampel dari bahagian lapisan J ini, kehadiran mineral moissanite juga dinyatakan. Sebelumnya, mikrodiamond ditemui di lapisan peralihan di sempadan Cretaceous-Paleogene di Mexico.
Cari di kawasan lain
Microspheres of Gams dengan struktur dalaman sepusat serupa dengan yang dilombong oleh ekspedisi Challenger di tanah liat laut dalam Lautan Pasifik.
Zarah besi bentuk tidak teratur dengan tepi cair, juga dalam bentuk lingkaran dan cangkuk dan piring melengkung, sangat mirip dengan produk pemusnahan meteorit yang jatuh ke Bumi; mereka boleh dianggap sebagai besi meteor. Zarah-zarah avaruite dan nikel tulen dapat diberikan ke kategori yang sama.
Zarah besi melengkung dekat dengan pelbagai bentuk air mata Pele - titisan lava (lapilli), yang gunung berapi keluar dari lubang semasa letusan dalam keadaan cair.
Oleh itu, lapisan tanah liat peralihan di Gams mempunyai struktur heterogen dan jelas dibahagikan kepada dua bahagian. Di bahagian bawah dan tengah, zarah besi dan mikrosfera berlaku, sementara bahagian atas lapisan diperkaya dengan nikel: zarah avaruite dan mikrosfera nikel dengan berlian. Ini disahkan bukan hanya dengan pengedaran zarah besi dan nikel di dalam tanah liat, tetapi juga oleh data analisis kimia dan termomagnetik.
Perbandingan data analisis termomagnetik dan analisis microprobe menunjukkan heterogenitas yang melampau dalam pengedaran nikel, besi, dan aloi mereka di dalam lapisan J; namun, menurut hasil analisis termomagnetik, nikel murni dicatat hanya dari lapisan J4. Perlu diperhatikan ialah hakikat bahawa besi heliks berlaku terutamanya di bahagian atas lapisan J dan terus berlaku di lapisan K yang melapisi itu, di mana, bagaimanapun, terdapat sedikit zarah Fe, isometrik atau lamellar Fe, Fe-Ni.
Mari kita tekankan bahawa pembezaan yang jelas bagi besi, nikel, dan iridium, yang ditunjukkan dalam lapisan tanah liat peralihan di Gams, juga terdapat di wilayah lain. Sebagai contoh, di negara bagian New Jersey di AS, dalam lapisan sferulik peralihan (6 cm), anomali iridium secara nyata menjelma pada dasarnya, dan mineral impak hanya tertumpu di bahagian atas (1 cm) lapisan ini. Di Haiti, di sempadan Cretaceous-Paleogene dan di bahagian paling atas lapisan sferul, terdapat pengayaan yang tajam dalam kuarza Ni dan kejutan.
Latar belakang fenomena Bumi
Banyak ciri bola Fe dan Fe-Ni yang dijumpai serupa dengan bola yang dijumpai oleh ekspedisi Challenger di tanah laut dalam di Lautan Pasifik, di kawasan bencana Tunguska dan lokasi jatuh meteorit Sikhote-Alin dan meteorit Nio di Jepun, serta batuan sedimen dari berbagai usia dari banyak usia kawasan di dunia. Sebagai tambahan kepada kawasan bencana Tunguska dan kejatuhan meteorit Sikhote-Alin, dalam semua kes lain, pembentukan bukan hanya sfera, tetapi juga zarah-zarah morfologi yang berbeza, yang terdiri dari besi tulen (kadang-kadang dengan kandungan kromium) dan paduan nikel dengan besi, tidak ada kaitan dengan peristiwa benturan. Kami menganggap kemunculan zarah-zarah tersebut sebagai akibat debu antarplanet kosmik yang jatuh ke permukaan Bumi - suatu proses yang terus berjalan sejak terbentuknya Bumi dan merupakan sejenis fenomena latar belakang.
Sebilangan besar zarah yang dikaji di bahagian Gams hampir sama dengan komposisi kimia pukal bahan meteorit di lokasi kejatuhan meteorit Sikhote-Alin (menurut E. L. Krinov, ini adalah besi 93.29%, nikel 5.94%, kobalt 0.38%).
Kehadiran molibdenum dalam sebilangan zarah tidak dijangka kerana merangkumi banyak jenis meteorit. Kandungan molibdenum dalam meteorit (besi, batu dan kondrosit karbonat) berkisar antara 6 hingga 7 g / t. Yang paling penting ialah penemuan molibdenit dalam meteorit Allende dalam bentuk kemasukan dalam aloi komposisi logam berikut (% berat): Fe - 31.1, Ni - 64.5, Co - 2.0, Cr - 0.3, V - 0.5, P - 0.1. Perlu diingatkan bahawa molibdenum asli dan molibdenit juga dijumpai dalam debu bulan yang diambil sampel oleh stesen automatik Luna-16, Luna-20, dan Luna-24.
Sfera nikel murni yang pertama dijumpai dengan permukaan yang dikristalisasi dengan baik tidak diketahui di batuan igneus atau di meteorit, di mana nikel semestinya mengandungi sejumlah besar kekotoran. Struktur permukaan bola nikel seperti itu dapat timbul jika asteroid (meteorit) jatuh, yang menyebabkan pembebasan tenaga, yang memungkinkan bukan hanya untuk mencairkan bahan badan yang jatuh, tetapi juga menguapnya. Wap logam boleh diangkat dengan letupan ke ketinggian yang tinggi (mungkin berpuluh-puluh kilometer), di mana penghabluran berlaku.
Zarah-zarah yang terdiri daripada avaruite (Ni3Fe) dijumpai bersama dengan bola logam nikel. Mereka tergolong dalam debu meteor, dan zarah besi bersatu (micrometeorites) harus dianggap sebagai "debu meteorit" (dalam terminologi EL Krinov). Kristal berlian yang dijumpai bersama-sama dengan bola nikel kemungkinan akan timbul akibat peleburan (lebur dan penyejatan) meteorit dari awan wap yang sama semasa penyejukan berikutnya. Telah diketahui bahawa berlian sintetik diperoleh dengan penghabluran spontan dari larutan karbon dalam lebur logam (Ni, Fe) di atas garis keseimbangan fasa grafit-berlian dalam bentuk kristal tunggal, intergrowths mereka, kembar, agregat polikristalin, kristal bingkai, kristal berbentuk jarum, butiran tidak teratur. Hampir semua ciri tipomorfik kristal berlian yang terdapat di dalam sampel ditemui dalam sampel yang dikaji.
Ini membolehkan kita membuat kesimpulan bahawa proses pengkristalan berlian dalam awan wap nikel-karbon semasa penyejukannya dan penghabluran spontan dari larutan karbon dalam lebur nikel dalam eksperimen adalah serupa. Walau bagaimanapun, kesimpulan akhir mengenai sifat berlian dapat dibuat setelah kajian isotop terperinci, yang mana diperlukan untuk mendapatkan sejumlah besar zat.
Oleh itu, kajian mengenai bahan kosmik pada lapisan peralihan tanah liat di sempadan Cretaceous-Paleogene menunjukkan kehadirannya di semua bahagian (dari lapisan J1 hingga lapisan J6), tetapi tanda-tanda peristiwa hentaman dicatat hanya dari lapisan J4, yang berusia 65 juta tahun. Lapisan debu kosmik ini dapat dibandingkan dengan kematian dinosaur.
