Метеориты. Космические камни, создавшие наш мир - Тим Грегори

чашкой горячего чая, или расплавление старых камней и кристаллизация новых, – его изотопный состав всегда изменяется именно этим систематическим и упорядоченным способом. Все субстанции располагаются вдоль одной и той же прямой с наклоном ½: относительное изменение процентного отношения 17O и 16O вдвое меньше, чем для отношения 18O и 16O. Все укладывается на линию земного фракционирования. Природа ведет себя систематически и предсказуемо.

Но в Солнечной системе мы наблюдаем немного различающиеся пропорции изотопов кислорода. Планеты, сформировавшиеся в различных частях Солнечной системы, наследуют эти различия в смеси изотопов. У каждой планеты собственная уникальная линия с наклоном Уч, на которую укладываются все находящиеся на ней кислородосодержащие субстанции (например, камни). Эти линии – меркурианского, венерианского, земного и марсианского фракционирования – параллельны, но немного смещены по вертикали друг относительно друга.

Эти прямые с наклоном ½ подсказывают нам сильную и, главное, проверяемую гипотезу: если астероиды представляют собой разлетевшиеся в разные стороны обломки бывшей когда-то единым целым планеты, то все метеориты – «шрапнель», в которую превращаются астероиды – тоже должны укладываться на уникальную линию с наклоном ½.

Поэтому нетрудно понять возбуждение, охватившее научное сообщество, когда в 1970-х группа космохимиков из Чикагского университета измерила изотопный состав кислорода в куске каменного метеорита и обнаружила, что он не ложится на линию земного фракционирования.3 Изотопный состав кислорода этого метеорита оказался в буквальном смысле «не от мира сего» – он ясно доказывал внеземное происхождение камня. Метеорит был в большой степени непропорционально обогащен 160 по сравнению с любой субстанцией, когда-либо изученной на Земле. Эти измерения пробудили огромный интерес к изотопному составу кислорода в метеоритах, интерес, который не ослабевает и сегодня. Исследования, выполненные в последние десятилетия, дали нам ясную картину природы астероидов.

Изотопный состав метеоритов не укладывается на одну прямую с наклоном Ух метеориты группируются в многочисленные отличающиеся друг от друга по этому параметру скопления. Эта ситуация полностью расходится с гипотезой происхождения метеоритов из одной некогда целой планеты – в этом случае все камни укладывались бы на собственную уникальную прямую с наклоном Уч. Таким образом, мы получаем убедительное доказательство, что метеориты не имеют общего происхождения. Они образовались из многих отдельных каменных тел, каждое из которых отличалось своей уникальной смесью изотопов 16O, 17O и 18O.

Астероиды – не фрагменты разрушенной планеты. Они всегда были отдельными телами и никогда не образовывали единого целого. Астероиды были роем одиноких странников.

Кислороду и еще есть о чем рассказать. Быстро стало ясно, что метеориты, сгруппированные на основе номинального геологического сходства, также имеют и идентичный изотопный состав кислорода. Каждая отдельная группа метеоритов происходит от собственного индивидуального астероида, а все вместе они разворачивают перед нами общую геологическую историю своих «родителей». Астероиды вовсе не образуют однородного роя идентичных космических обломков – они столь же богаты подробностями и разнообразны, как и сами метеориты.

Но прежде чем мы перейдем к исследованию их историй, стоит ненадолго обратиться к тем примерно 400 метеоритам, которые происходят от более знакомого нам планетного тела.

Ближе к дому

18 января 1982 года члены ежегодной американской экспедиции «охотников за метеоритами» на Восточно-антарктическом ледяном щите, как обычно, боролись со жгучим холодом. Уже пора было возвращаться в лагерь, как вдруг один из них заметил на поверхности голубого глетчерного льда темный камень величиной с грецкий орех – 373-й и последний метеорит, найденный в этом сезоне. Сразу же стало ясно, что это не обычный метеорит: на его поверхности кора плавления местами слезла, обнажив остроугольные участки белого камня размером в сантиметр (геологи называют такие участки «кластами»), окруженные гораздо меньшими угольно-черными фрагментами. Эта картина была непохожа ни на один ранее найденный метеорит. Камень тщательно упаковали в отдельный стерильный контейнер и вместе с другими 372 метеоритами, собранными в этом году, отправили в Джонсоновский Космический центр NASA в Хьюстоне (США) для классификации. Метеорит, получивший имя «Аллан Хиллс 81005»4, подвергся стандартной процедуре обработки, применявшейся для антарктических метеоритов необычного вида: из камня была вырезана тонкая пластинка и превращена в шлиф. Изготовление шлифов – обычная для геологов процедура: тонкие срезы камня отшлифовываются до толщины в тридцать микрон и устанавливаются на предметное стекло микроскопа.[3] При такой толщине среза камень начинает пропускать световые лучи, а оптические свойства этого излучения помогают геологам определять минералы, из которых состоит камень, и описывать его геологические характеристики.

Шлиф метеорита Аллан Хиллс 81005 был изучен в Смитсоновском институте в Вашингтоне. Космохимики обнаружили, что белые класты были кусочками минерала анортита, а темные – базальта. Класты были связаны оболочкой из губчатого темно-коричневого стекла, как кусочки фруктов в рождественском плам-пудинге. На Земле анортит встречается редко, зато это один из самых распространенных минералов на поверхности небесного тела, ежедневно присутствующего на земном небе, – Луны. Таким образом, возникло заманчивое предположение, что этот метеорит образовался не так уж далеко от нашего космического дома.

Очень скоро стало понятно, что химический, геологический и изотопный состав метеорита Аллан Хиллс 81005 (в том числе присутствие в нем изотопов кислорода) идентичны характеристикам камней, десятью годами раньше собранных на лунной поверхности и доставленных на Землю астронавтами с «Аполлонов». Аллан Хиллс 81005 был кусочком Луны. Лаплас, французский математик и астроном, который 180 лет назад предположил, что метеориты прилетают с Луны, оказывается, был не так уж неправ.

Даже невооруженным глазом видно, что главные геологические формации Луны могут быть легко сопоставлены с образованиями, характерными для Земли. Ярко-белые и светло-серые области соседствуют с темно-серыми участками, образующими на поверхности Луны огромные пятна. Древние астрономы поэтически называли первые лунными землями (по-латыни terrae), а вторые – морями (maria). Хотя эти определения оказались и не вполне верными, по сути астрономы древности были правы: лунные maria — настоящие моря, правда, без воды. Это кристаллизовавшиеся остатки расплавленных масс базальта, серо-черного вулканического камня, который образуется при остывании и затвердевании лавы. На Земле базальта невероятно много: из него состоят вулканические острова Гавайев и Исландии, да и большая часть океанского дна. Миллиарды лет назад светящиеся красным расплавленные потоки базальта кругами расходились от ударных кратеров на поверхности Луны, что и объясняет круглую форму лунных морей. А ярко-белые «земли» – terrae — это фрагменты древней лунной коры, которая образовалась за миллиарды лет до появления морей. На них обрушивались бесчисленные удары больших и малых камней, врезавшихся в лунную поверхность со сверхзвуковой скоростью. Ярко-белая окраска terrae объясняется тем, что «земли» главным образом состоят из белого минерала анортита.

Метеорит Аллан Хиллс 81005 содержит фрагменты как белых «земель», так и черных морей. Эти породы