В лаборатории метеоритики и космохимии Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН в сотрудничестве с Московским государственным университетом им. М.В. Ломоносова исследован уникальный метеорит (CB хондрит) Sierra Gorda 013, который образовался при столкновении примитивного и дифференцированного протоплатетных тел более 4 млрд лет назад.

Метеорит состоит из оливиновых и железных шариков — хондр. В металлических хондрах метеорита обнаружены микроскопические включения, обогащённые кремнием, натрием, калием, серой, ниобием и танталом. Сочетание таких низко- и высокотемпературных элементов наглядно продемонстрировало, что раскаленное облако газа, пыли и обломков, образовавшееся при столкновении, было очень неоднородным и турбулентным, за счет чего низкотемпературные продукты конденсации пара затягивались во внутреннюю высокотемпературную зону облака, запечатывались в железных хондрах и смогли сохранить свой уникальный состав. Результаты исследования опубликованы в журнале Meteoritics Planetary Science и помогают лучше понять историю эволюции химических элементов в Солнечной системе и причины химического и изотопного разнообразия внеземного вещества.

В ранней Cолнечной системе множество небольших протопланетных тел, как примитивных, так и дифференцированных на железное ядро и силикатную оболочку, соударялись и превращались в раскалённые облака газа, пыли и обломков. Из вещества облаков при остывании образовывались новые тела, фрагменты которых изредка оказываются на Земле в виде метеоритов.

Исследователи обнаружили, что металлические хондры содержат микроскопические включения, состоящие из силикатного стекла и сульфидов. Как выяснилось, стёкла обогащены натрием и калием, химическими элементами, которые легко испаряются и конденсируются из пара в космических условиях при температуре порядка 700 °С, а сульфиды (один из которых неизвестный ранее минерал сульфид натрия и хрома) — около 450 °С. При этом некоторые стёкла аномально обогащены ниобием и танталом — редкими химическими элементами, которые конденсируются в космических условиях при температурах порядка 1200 °С. А расплавленные металлические хондры должны были иметь температуру конденсации порядка 1500 °С. Таким образом, перед исследователями возникли три вопроса: (1) как включения оказались внутри металлических хондр; (2) каким образом включения приобрели и сохранили большое количество летучих элементов; и (3) почему в составе включений сочетаются столь разные по температуре конденсации элементы.

Комплексный анализ строения и минерального состава включений и хондр и физико-химических условий образования минералов в них привел исследователей к выводу, что включения стекла образовались на внешней холодной границе облака пыли и горячего газа, которое образовалось при столкновении примитивного и дифференцированного протопланетных тел. При этом столкновение было таким, что остатки тел и облако оказались гравитационно связанными и в облаке возникла сильная турбулентность, благодаря которой материал внешних холодных областей затягивался в горячую внутреннюю часть облака, где происходило образование металлических хондр путем слипания маленьких железных капель.

Включения стекла запечатывались между каплями расплавленного железа и таким образом избежали испарения летучих элементов. Источником металла при этом было железное ядро дифференцированного тела, тогда как источником ниобия и тантала, возможно, была его кора. Фрагменты коры испарились при столкновении двух протопланет, насытив горячий пар ниобием и танталом, затем эти элементы конденсировались в зерна высокотемпературных минералов, которые были вынесены потоками газа во внешний холодный район облака, где были захвачены частицами стекла. Исследование показало сложность процессов, происходивших в молодой Солнечной системе, его результаты помогают лучше понять причины химического и изотопного разнообразия внеземного вещества, а также космо- и геохимическую историю химических элементов. Кроме того, изучение уникальных метеоритов позволят заглянуть в самое начало процесса образования нашей Солнечной системы.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Источник: ГЕОХИ РАН.