Метеориты. Космические камни, создавшие наш мир - Тим Грегори

планетезималей все же сумели слегка разогреться, в целом они оставались относительно холодными, и в них сохранились зерна первоначальной пыли из материнской туманности. Так что и астероиды, и порожденные ими метеориты являются хранилищами частиц пыли протопланетной туманности – частичек первозданной Солнечной системы.

* * *

Когда мы смотрим в телескоп на светящийся нагретый газ и рождающиеся планетные системы в сердце туманности Ориона, мы смотрим в свое далекое прошлое. Вокруг новорожденных звезд формируются диски; «звездный ветер» от молодых горячих звезд выдувает фантастические своды в толще газовых волокон туманности; звезды-гиганты выбрасывают свежесинтезированные элементы в окружающую среду В других частях неба астрономы наблюдают концентрические промежутки в протопланетных дисках, образованные планетезималями, которые вбирают в себя окружающий их газ и пыль. Мы воочию видим возникновение новых планет – новых миров. При помощи телескопов мы многое узнали о том, как формируются и развиваются новые планетные системы. Но ключевой по-прежнему остается проблема расстояния – туманности лежат за сотни и тысячи световых лет от Земли. Мы можем что-то узнавать о них только наблюдая их издалека.

Земные камни могут рассказать нам о геологической истории Земли, но только метеориты хранят информацию о том, какой была Солнечная система на заре своего существования. Взяв в руки обломок астероидной «шрапнели», мы прикасаемся к ранней истории Солнечной системы, переносимся назад к началу каменной летописи – когда первые пылинки туманности начали конденсироваться и образовывать планетезимали.

Различия в геологических характеристиках метеоритов отражают различия двух типов астероидов: тех, что плавились, и тех, которые этого избежали. Именно по этому критерию мы и делим метеориты на два основных семейства: те, которые произошли из нерасплавленных астероидов, называют «хондритами», а порожденные астероидами, прошедшими стадию плавления, – «ахондритами».

В ахондритах записана короткая геологическая эволюция расплавленных астероидов. Когда новорожденная Солнечная система была доверху полна свежеобразованными каменными мирами, в этих камнях стремительно записывалось великое множество историй, и эти повествования так же необыкновенны и чудесны, как истории коллапсирующей туманности, которая им непосредственно предшествовала.

4. Шары из металла и расплавленного камня

Плавление – фактор геологического разрушения. Скальные породы Земли постоянно подвергаются сокрушительному тектоническому давлению и непрестанному выветриванию, но ничто не разрушает их так основательно, как нагрев. При переходе вещества из твердого состояния в жидкое атомы в камне теряют химическую связь друг с другом – вещество распадается на атомы. При расплавлении камень навсегда теряет почти все свои основные характеристики. Однако природа находит расплавленному камню хорошее применение и посредством этого воссоздает его заново.

Обновляющее действие плавления испытали, конечно, не только земные камни. Случилось это и с некоторыми из тех камней, которые падают с неба. Радиоактивный изотоп алюминия – 26Al – был особенно мощным источником тепла в планетезималях. Быстро распадаясь, радиоизотопы высвобождали большое количество атомной энергии, заключенной в их ядрах, и полностью расплавляли многие планетезимали. В результате пыль, изначально наполнявшая протопланетную туманность и впоследствии сконденсировавшаяся в планетезимали, была полностью уничтожена. Целые миры, состоявшие из пылевых агломераций, трансформировались в светящиеся раскаленные шары из жидкого камня.

Большинство лавовых планетезималей имело небольшие размеры и остыло примерно за несколько миллионов лет. Их геологические генераторы тепла быстро израсходовали все запасы своей энергии и снова насквозь промерзли. Даже крупнейшие тела, которые могли сохранять запасы внутреннего тепла дольше, остыли примерно за 100 миллионов лет. И когда жидкие скальные породы замерзли и кристаллизовались, расплавленные планетезимали снова превратились в твердые тела, в недрах которых «заморозилась» история их интенсивного разогрева и полного химического преобразования. Ахондриты – метеориты, которые произошли от этих некогда расплавленных астероидов, – это самые старые известные нам вулканические камни.

Изменения в микроскопическом масштабе – превращение крошечных зерен пыли в жидкую магму – были только самым началом трансформации. Вся внутренняя структура расплавленных астероидов была в корне преобразована процессом, называемым «дифференциацией», в ходе которого эти астероиды из пылевых тел, более или менее однородных по всему объему, трансформировались в тела, обладающие двумя разнородными геологическими слоями: металлическим ядром и окружающей его каменной мантией с тонкой наружной корой.

Схема внутреннего строения астероида, испытавшего на заре своей истории масштабное расплавление. Несмотря на то что Земля во много сотен или тысяч раз крупнее большинства астероидов, она в разрезе выглядит похожим образом.

Тяга к железу

Железо было одним из наиболее распространенных элементов в пылевой части первичной туманности. Когда пыль, слипшаяся в планетезимали, расплавилась, железо выделилось из ее состава. Хоть гравитационное поле планетезималей и было чрезвычайно слабым, его силы хватало на то, чтобы мягко стягивать высвобожденное железо к центру тела. Металлическое железо благодаря своей высокой плотности медленно погружалось в кипящую магму и, проходя сквозь нее, в больших количествах собиралось в центре планетезимали.

Существует целая группа химических элементов, которые геологи называют «сидерофильными». Это слово происходит от древнегреческих σίδηρος (сидерос), что значит «железо », и φιλία (филия), то есть «любовь»: сидерофильные элементы «железолюбивы». Они проявляют высокую степень химической тяги к железу. В геологических системах – как земных, так и небесных – сидерофильные элементы обычно следуют за железом при его переходах от одного минерала к другому. Куда бы ни отправилось железо, сидерофильные элементы устремляются за ним. Среди четырнадцати таких элементов – никель, платина, иридий, вольфрам и золото. И когда эти элементы тоже высвободились из состава первичной пыли в процессе расплавления, они вслед за железом погрузились к центру своей материнской планетезимали. Объединившись, все эти вещества образовали большой пузырь металлической магмы – ядро планетезимали.

Если бы мы могли взглянуть на расплавленное металлическое ядро недавно прошедшей процесс дифференциации планетезимали, мы увидели бы, что оно ярко, как Солнце, сияет ослепительным красным светом. На деле, однако, это ядро было бы скрыто от взора окружающим его слоем менее плотной магмы, сквозь который металлы погружались в центральную область планетезимали. Лишенный большей части железа и почти всех сидерофильных элементов, по химическому составу этот внешний слой очень сильно отличался от центрального шара из металлической магмы.

Тяга к кислороду

Магма, окружающая металлическое ядро в центре расплавленного астероида, была богата элементами, которые геологи называют «литофильными». Именно они в основном и образовывали слой, расположенный непосредственно над ядром: мантию. «Лито-» происходит от древнегреческого λῐ́θος(литос), то есть «камень». Литофильные элементы – «камнелюбы»; у них высокое химическое сродство с кислородом, и они легко соединяются с богатыми кислородом минералами, обычно присутствующими в различных каменных породах. Плотность у них низкая, и поэтому они не опускаются к центру расплавленной планетезимали, а остаются в ее более высоких слоях, плавая на