Метеориты. Космические камни, создавшие наш мир - Тим Грегори

собственных космохимических исследований – у меня к ним слабость. Текстуры, которые в XIX веке наблюдал Сорби, в точности такие же, какие я вижу в хондрах сегодня; некоторые описания моих образцов практически идентичны описаниям Сорби. Когда я читаю их, мне кажется, что речь идет о тех же шлифах, с которыми я сейчас работаю у себя в лаборатории, хоть меня и отделяет от него целое столетие.

Сорби заключил, что хондры образовались из расплавленного камня: каждая крошечная космическая бусинка представляет собой микрокосм магматических кристаллов. Их магматическая текстура означает, что когда-то они были жидкими, а то, что практически в каждой хондре присутствует стекло, подсказывает, что расплавленные хондры быстро остывали (но не настолько быстро, чтобы рост некоторых кристаллов полностью прекратился). Тепло играло важнейшую роль в истории хондр.

Сорби заметил также, что, несмотря на необыкновенно разнообразные внутренние текстуры, все хондры, независимо от их геологической кристаллической структуры, более или менее круглые. Из этого простого наблюдения вытекало важнейшее следствие: хондры должны были образовываться как самостоятельные единицы, и слипаться в астероиды они могли только после того, как остыли и превратились в твердые каменные бусины. Если бы они были тесно связаны друг с другом (как сейчас), когда они еще были жидкими, они бы сплавились воедино и вдавились друг в друга, образовав бесформенную мозаику из деформированных зерен. На деле же они, как ни посмотри, остались круглыми. Значит, когда-то они оказались отделенными друг от друга и совершенно не касались друг друга, когда были еще горячими и расплавленными. Своими выводами Сорби поделился с научным сообществом в марте 1877 года; он, в частности, заметил, что «частицы, составляющие метеориты, были изначально индивидуальными стекловидными глобулами, подобными каплям огненного дождя».1

Выводы Сорби оказались абсолютно верными. Хондры были когда-то индивидуальными капельками расплавленного камня, свободно носившимися в толще протопланетного диска.

Предтечи

Вещество, нагретое и сплавившееся воедино, образовав хондры, вероятно, существовало в форме миниатюрных скоплений мелкой пыли: можно представить себе огромные облака мельчайших космических пылинок, плавающие в протопланетном диске.

Когда родительский фрагмент магматической каменной породы (такой как хондра), находившийся изначально в расплавленном состоянии, остывает, атомы этой жидкости сцепляются и образуют новые кристаллы. Новообразованные минералы кристаллизуются в предсказуемой и химически упорядоченной последовательности: сначала растет один тип минерала, за ним другой, затем еще один – в устойчивой прогрессии. В хондрах, однако, иногда встречается минерал, который из этой последовательности полностью выпадает. Химически эти странные минералы не принадлежат последовательности остальных кристаллов и стекла, поэтому они ни в коем случае не могли кристаллизоваться внутри хондр. Это посторонние объекты, каким-то образом проникшие внутрь кристаллических бусин.

Единственное возможное объяснение присутствия «неправильных» минералов внутри хондр заключается в том, что это сохранившиеся частицы вещества, предшествовавшего хондрам: остатки пылевых комочков, малых частиц первичной туманности, которые переплавились и спеклись воедино в процессе формирования хондр. Это реликтовые остатки пыли, из которой сконденсировались хондры: тепловой вспышки и высоких температур, действие которых ввергло пылевые комочки в череду огненных превращений, оказалось недостаточно, чтобы расплавить их полностью. И они сохранились до наших дней.

Остаточное космическое вещество

Оказалось, что хондры различаются по своему изотопному составу. Чуть ли у не каждого элемента можно найти странные и отличающиеся друг от друга смеси изотопов: у кислорода, хрома, титана, серы, вольфрама, да и у редко встречающихся элементов, таких как молибден и барий. Изотопный состав хондр выглядит хаотично, а это значит, что они должны были образоваться в разных частях протопланетного диска.

Признаки того, что они могли сформироваться в совершенно разных частях диска, есть даже у хондр, взятых из одного и того же метеорита: хаотические турбулентные потоки, в которые попадали хондры, вероятно, уносили их очень далеко от мест их первоначальной кристаллизации. Прежде чем они смешивались друг с другом, они могли быть унесены на сотни миллионов километров от мест их зарождения – и вот сегодня они лежат бок о бок, касаясь друг друга, на метеоритном шлифе.

После остывания и кристаллизации новообразованные хондры стали частью пылевого облака и наряду с другими космическими осадочными породами, такими как CAI, коллапсировали, формируя планетезимали. Многие хондры участвовали в образовании планет. Сорби отметил и это: «метеориты – это остаточное космическое вещество, не вошедшее в состав планет».

В широком смысле крошечные сферические каменные бусинки, из которых по преимуществу состоят хондриты, и являются главными «строительными кирпичиками» планет. Удивительное открытие космохимии заключается в том, что каменная глыба Земли была в основном сложена из этих магматических бусин размером с маковое зернышко. Миллионы миллионов миллиардов миллиардов хондр слились, чтобы построить планету размером с Землю. В процессе формирования Земли они, конечно, были уничтожены разрушительным действием тепла, но хондры, из которых образовались нерасплавленные астероиды, вопреки всему выжили. Мы находим их сегодня в хондритах.

Если бы в протопланетном диске отсутствовала пыль (в форме CAI и хондр), в нем не могли бы появиться планеты; без этих «строительных кирпичиков» их было бы не из чего построить. А из этого с необходимостью следует, что по крайней мере некоторые из космических осадочных пород, в том числе хондры, должны быть старше планет. Таким образом, получается, что крошечные магматические шарики, плотно уложенные внутри обыкновенных хондритов, предшествовали Земле, а значит, исследуя их геологические характеристики, мы сможем узнать что-нибудь о предыстории нашей материнской планеты.

Для определения возраста Земли даже по одному изотопному анализу Клеру Паттерсону нужно было много метеоритного вещества. Точно измерить возраст индивидуальных частиц космических отложений размером с маковое зернышко – таких как CAI или хондра – в 1950-х было невозможно. Но это возможно сейчас. В ходе наших исследований космических осадочных пород мы выяснили, что CAI – это самые старые из датированных камней, и использовали их возраст для определения возраста Солнечной системы. А что же хондры? Где их место на этой шкале?

Из трех с лишним десятков хондр, возраст которых определен по урановым изотопным часам2, ни одна не оказалась старше CAI. Впрочем, несколько имеют тот же возраст, а это значит, что некоторые хондры начали формироваться одновременно с CAI. Но все CAI, по-видимому, сконденсировались в одно и то же время, тогда как разброс возрастов хондр огромен.

Возраст самых старых хондр такой же, как и у всей Солнечной системы, – 4 567 миллиардов лет; самые молодые образовались миллионов на пять лет позже. Пять миллионов лет! За этот короткий отрезок времени практически вся пыль – весь каменный строительный материал Солнечной системы, из которого слепились планетезимали и планеты, – уже пошла в дело, и «фабрика хондр» прекратила работу. В масштабе