Главная Архивные документы
Исследования
КСЭ Лирика
Вернуться
Е. М. Колесников, ... ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ УГЛЕРОДА
Lyne J.E., Tauber M. Origin of the Tunguska event
G.Longo and R.Serra, SOME ANSWERS FROM TUNGUSKA MUTE WITNESSES
Каталог
Е. М. Колесников, Т. Бёттгер (ФРГ), Н. В. Колесникова, ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ УГЛЕРОДА И ВОДОРОДА В ТОРФЕ С МЕСТА ВЗРЫВА ТУНГУССКОГО КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛА 1908 г., ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 1995, том 343, № 5, с. 669 - 672
Карта сайта Версия для печати
Тунгусский феномен » Исследования » Библиография » 1990-99 » 1995 » Е. М. Колесников, ... ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ УГЛЕРОДА

Представлено академиком В.А. Жариковым 31.03.94 г.
Поступило 20.04.94 г.

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Институт геологии и геофизики Лейпцигского университета, Германия

Природа яркого болида и гигантского взрыва 30 июня 1908 г. над Сибирской тайгой в районе р. Подкаменная Тунгуска до сих пор дискутирует­ся [1 - 3]. Диаметр области лесоповала во время взрыва превышает 30 км, а его энергия эквивалентна взрыву около 2000 атомных бомб, сбро­шенных на Хиросиму. Однако исследования [4, 5] доказали неядерный характер взрыва. Главным в определении природы взорвавшегося тела должно стать обнаружение и исследование его вещества.

Однако, несмотря на интенсивные поиски, крупные фрагменты Тунгусского космического тела (ТКТ) так и не обнаружены, хотя его масса составляла не менее 1 млн. т [1 - 3,6]. Для поисков распыленного вещества ТКТ мы используем вер­ховые торфяники Sphagnum fuscum. Их минераль­ное питание осуществляется только из аэрозолей воздуха, поэтому они являются природными кон­центраторами земной и космической пыли. Изу­чение состава силикатных микросферул, выде­ленных из "катастрофного" слоя торфа [5, 7, 8], а также послойный анализ химического состава торфа [9] показали в отдельных случаях обога­щение "катастрофных" слоев рядом элементов (Fe, Co, Al, Si) и, в особенности, летучими элемен­тами (Zn, Br, Pb, Аu и др.), что, вероятно, вызвано присутствием космического, предположительно кометного вещества. Это подтверждается также обнаруженными сдвигами в изотопном составе свинца из "катастрофного" слоя торфа относи­тельно свинца из других слоев и обыкновенного свинца этого района [10].

В качестве индикатора присутствия кометного вещества мы предложили использовать изотоп­ный состав легких элементов (главных составля­ющих вещества комет) в торфе и спилах деревьев [5, 11]. Такие "биогенные" элементы, как Н2, С, N2, S и др., должны были частично связаться в ор­ганических молекулах растущей биомассы из выпавшего органического космического веще­ства или сорбироваться ею в виде частиц субми­кронного размера, содержащих эти элементы [8]. Изотопный состав легких элементов в метеоритах и в лунном веществе имеет колебания относитель­но земных значений [12], что позволяет зафикси­ровать присутствие космического вещества.

В предыдущих работах [11, 12] была исследо­вана колонка торфа из эпицентра лесного вывала (болото Бублик в районе горы Острая). В "ката­строфном" и близлежащих слоях торфа было об­наружено заметное утяжеление изотопного со­става углерода (13С = +0.9 0.3%) и, напротив, облегчение изотопного состава водорода (AD = = -15 5%с) по сравнению с другими слоями тор­фа. Мы предполагаем, что эти изотопные вариа­ции были вызваны консервацией в торфе распыленного вещества ТКТ.

Для подтверждения этих результатов мы отоб­рали и исследовали новые колонки торфа: одну - в эпицентре взрыва на Юго-Западной оконечности Клюквенного острова (Южное болото), а другую -приблизительно в 7 км к юго-западу от первой на болоте у реки Хушма. Для проверки связи изо­топных эффектов именно с районом катастрофы была проанализирована также контрольная ко­лонка торфяника того же типа из района Сибири с близкими климатическими и почвенными усло­виями, но далекого от места взрыва (~70 км к се­веру от г. Томска). Разрезание колонок по слоям и очистка торфа от посторонних примесей (пало­чек, листочков, корешков других растений и т.п.) производили в районе отбора проб. Глубина "ката­строфного" слоя, включающего прирост 1908 г., определялась, как и ранее [12], путем подсчета го­довых приростов мха в слоях различной глубины.

Для подготовки проб к масс-спектрометричес­кому анализу использовалась методика сжигания торфа на СuО и КСlO4 в запаянных ампулах из стекла "Supremax" при 690°С. После очистки и разделения образовавшихся Н2О и СО2 вода разлагалась на нагретом Cr и полученные пробы СО2 и Н2 анализировались на масс-спектрометре Delta фирмы "Finnigan MAT". Воспроизводимость ре­зультатов изотопного анализа в параллельных образцах торфа находилась для водорода в преде­лах +2-3%, а для углерода составляла 0.1-0.2% (здесь и далее даются среднеквадратичные грешности измерений а).

Рис. 1. Изотопный состав углерода и водорода в кон­трольной колонке торфа из Томской области. Н -глубина торфа от поверхности.

Рис. 2. Вариации изотопного состава углерода и водо­рода и содержаний иридия по глубине торфа (Я) из Южного болота.

 

 

Как видно из рис. 1, во всех слоях "фоновой" лонки торфа наблюдается однородный изотопный состав углерода и водорода со средними значением  13CPDB = -27.9 0.4% и DSMOW = -115 3. Нет заметных эффектов и в слоях, cooтвeтcтвую щих по времени произрастания "катастрофному слою".

Другая картина распределения изотопов угле рода и водорода по глубине торфа наблюдается для колонок из района катастрофы (рис. 2 и Для торфа с Южного болота в "подкатастроф ных" слоях имеют место значительные колебания в изотопном составе, однако снова подтверж дается обнаруженный ранее [11, 12] эффект утяжеления изотопного состава углерода напротив, облегчения изотопного состава водо рода. По сравнению с верхними десятью проана лизированными слоями эффекты в близких "под катастрофных" слоях достигают значений А13 = +1.8 0.6%о, a AD = -17 в %. В самом глубоком проанализированном слое сдвиги в изотопном составе составляют соответственно 13 = +2.9 0.6%о и AD = -16 6%. Однако этот следний слой оказался темнее остальной массы торфа и, как мы считаем, отмечен лесным пожаром конца прошлого века. Поэтому для дальней ших исследований мы постарались отобрать более однородный материал торфа без пожарного горизонта.

Таким удачным объектом оказался Прихминский торфяник (рис. 3). И в этом торфянике по сравнению с верхними слоями наблюдается обогащение "катастрофного" и низлежащих сло ев торфа тяжелым изотопом углерода 13С и, на против, снижение концентрации тяжелого изотопа водорода - дейтерия. Изотопные эффекты углерода, рассчитанные относительно трех верхних проанализированных слоев, составляют "катастрофного" слоя 13С = +1.9 0.3%, а нижнего слоя 13С = +2.5 0.3%. Для водородного "катастрофного" слоя относительно других десяти слоев этой колонки изотопный эффект соста ляет D = -22 ± 6%с.

Ни в одном из исследованных торфяников наблюдается связи изотопных эффектов с границей вечной мерзлоты. Так как изотопные сдвиги для водорода противоположны по знаку сдвигам для углерода, то их причиной не могли быть математические изменения или другие физико-xимические причины. Нельзя объяснить наблюдаемые эффекты возможным загрязнением торфа во время взрыва органической и минеральной пылью. Так, углерод большинства наземных растений (кроме растений засушливых районов) имеет изотопный состав (13CPDB от -22 до -32 близкий к углероду торфа, а их водород также близок, либо имеет более тяжелый, а не нужный для отрицательного сдвига более легкий состав. Перегнивание органических остатков сдвигает изотопный состав углерода и водорода в одну сторону. Минеральная составляющая почвы (земная пыль) для любых типов окружающих по­род имеет DSMOW < -100% и поэтому могла, напротив, только утяжелить водород в торфе. Угле­род же изверженных пород (окружающие трап­пы) практически идентичен по составу углероду торфа.

По нашему мнению, наблюдаемые изотопные эффекты могут быть связаны с консервацией и частичным перераспределением в торфе косми­ческого вещества. Таким веществом не могут быть обычные хондриты, ахондриты или углис­тые хондриты типа С4 из-за близости изотопного состава их углерода к углероду торфа, да и содер­жание углерода в этих метеоритах слишком мало. Мало углерода (<0.5%) также в хондритах типа Е и СЗ. Источником тяжелого углерода могло быть вещество углистых хондритов типа С1 и С2 или, что вероятнее, кометное вещество с еще более "летучим" составом [14]. Водород в углистых хон­дритах имеет как "тяжелую", так и "легкую" ком­поненты [12].

В колонке, отобранной нами на Южном боло­те, ранее были проанализированы содержания ряда элементов [6, 13]. Данные для Ir также при­ведены на рис. 2. Как известно, иридий является хорошим индикатором присутствия космического вещества (например, на мелпалеогеновой стратиграфической границе в осадочных по­родах), так как содержание Ir в нем на много по­рядков выше, чем в земном. Так, в хондритах оно примерно в 25 тысяч раз больше, чем в земных породах [6].

Среднее содержание Ir в исследованной колон­ке торфа оказалось весьма низким, всего 3.8 0.5 пкг/г. В "катастрофном" и низлежащих слоях наблюдается резкое увеличение концент­рации этого элемента. При этом максимальное содержание иридия, составляющее 17.2 пкг/г, оказалось на глубине "катастрофного" слоя. Это содержание превышает За интервала колебаний содержания Ir в "некатастрофных" слоях и, следо­вательно, фиксирует присутствие космического вещества. Однако и эта максимальная концентра­ция Ir весьма мала. Это свидетельствует в пользу не метеоритной, а кометарной природы ТКТ. Ис­ходя из модели ядра комет - "грязного снежного кома", низкую концентрацию Ir можно объяс­нить тем, что твердое пылевое вещество состав­ляло лишь небольшую долю от взорвавшейся массы кометного ядра, а основную массу состав­ляли смерзшиеся вода, углеводороды и другие ле­тучие вещества.

Рис. 3. Вариации изотопного состава углерода и водо­рода по глубине Прихушминского торфяника. Крес­тиками обозначены результаты обработки торфа НСl + ZnCl2.

Судя по большим колебаниям в содержании Ir в близких "подкатастрофных" слоях и новому увеличению его концентрации в самом нижнем из проанализированных слоев (вместе с увеличени­ем содержаний в этом слое Fe, Co, Sc и ряда дру­гих элементов [6, 13]), вещество - носитель Ir было плохо связано торфом и часть его опусти­лась в нижние слои. Кроме главного пика в "ката­строфном" слое, у Ir имеется "подкатастрофный" пик, совпадающий по глубине с верхним пиком в изотопном составе углерода. Вероятно, туда опустилась часть твердого мелкодисперсного ве­щества ТКТ. Подобный эффект наблюдался ранее для ряда элементов (Fe, Co, Zn, Sr, Аu и др.) в работе [9]. К сожалению, элементный анализ в этой колонке был выполнен только до глуби­ны 62 см. Но из изотопных данных следует, что вещество — носитель изотопных меток — опусти­лось и глубже, вероятно, до старой границы веч­ной мерзлоты, которая в 1908 г. располагалась примерно на глубине последнего вырубленного нами в вечной мерзлоте слоя (~74 см).

Сравнивая приведенные на рис. 2 данные по Ir с изотопными данными, можно заключить, что на моховой залежи произошла дифференциация выпавшего вещества. Аномалии в содержании Ir вызваны, вероятно, твердой пылевой компонентой, а изотопные сдвиги - главным образом органиче­ской составляющей вещества ТКТ. В дальней­шем надо искать пути отделения вещества ТКТ от биоорганического вещества торфа. Растворе­ние торфа в кислотах (НСl + ZnCl2 и др.) оказа­лось неудачным, так как приводило к предпочти­тельному растворению вещества ТКТ (крестики на рис. 3). Авторы благодарят Немецкое научно-исследо­вательское общество (Deutsche Forschungsgemein-schaft), оказавшее финансовую помощь в проведе­нии исследований (Проект 436 RUS 17/122/93), профессора Ю. Шуколюкова и доктора Ф. Юнге (F. Junge) за содействие в работе и обсуждение ре­зультатов, а также всех коллег по экспедиции, по­могавших в отборе и очистке образцов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Васильев Н.В. В кн.: Актуальные вопросы метеори­ тики в Сибири. Новосибирск: Наука, 1988. С. 3 - 31.
2. Колесников Е.М. // Природа. 1986. № 1. С. 63 - 65.
3. Следы космических воздействий на Землю. Ново­сибирск: Наука, 1990. 216 с.
4. Колесников Е.М., Лаврухина А.К., Фисенко А.В. II Геохимия. 1973. №8. С. 1115-1121.
5. Kolesnikov E.M. In: Global Catastrophes in Earth History. Interdiscipl. Conf. USA, Snowbird, Utah, 1988. P. 97 - 98.
6. Назаров М.А., Корина М.И., Барсукова Л.Д., Колес­ников ЕМ. и др.  Геохимия. 1990. № 5. С. 627 - 639.
7. Колесников Е.М., Люль А.Ю., Иванова Г.М. II Астрон. вестн. 1977. Т. 11. № 4. С. 209 - 218.
8. Kolesnikov Е.М. //Meteoritics. 1989. V. 24. № 6. Р. 288.
9. Голенецкий С.П., Степанок В.В., Колесников Е.М.  Геохимия. 1977. № 11. С. 1635 - 1645.
10. Колесников Е.М., Щестаков Г.И. II Там же. 1979. №8. С. 1202-1211.
11. Колесников Е.М. II ДАН. 1982. Т. 266. № 4. С. 993 - 995.
12. Колесников Е.М. В кн.: Метеоритные исследова ния в Сибири. Новосибирск: Наука, 1984. С. 49 - 63.
13. Korina M.I., Nazarov M.A., Barsukova L.D. et al. In: Proc. Lunar Planet. Sci. XVIII. Conf. 1987. P. 501 - 502.
14. Колесников Е.М. В кн.: Взаимодействие метеорит­ ного вещества с Землей. Новосибирск: Наука, 1980. С. 87 -102.

© Томский научный центр СО РАН
Государственный архив Томской области
Институт систем информатики СО РАН
грант РГНФ №05-03-12324в
Главная | Архивные документы | Исследования | КСЭ | Лирика | Ссылки | Новости | Карта сайта | Паспорт