ПРИЗНАКИ КОСМОХИМИЧЕСКОЙ АНОМАЛИИ В РАЙОНЕ ТУНГУССКОЙ КАТАСТРОФЫ
С. П. ГОЛЕНЕЦКИИ, В. В. СТЕПАНОК, Е. М. КОЛЕСНИКОВ
Приведены результаты послойного элементного анализа моховой залежи из эпицентральной части района Тунгусского взрыва
Грандиозное явление природы — катастрофа 1908 года в бассейне р. Подкаменная Тунгуска [1—5] по-прежнему приковывает внимание исследователей [6]. Источник столь большой энергии взрыва дискутируется уже много лет и вызвал к жизни множество гипотез, часть из которых служит основанием для серьезных исследований, а другая к настоящему времени потеряла право на существование. Коуэн и др. [7], а также А. П. Виноградов с сотр. [8] использовали метод проверки гипотезы об антивещественной природе Тунгусского космического тела (ТКТ) по активности 14С в кольцах деревьев, близких к
Масса ТКТ оценивается некоторыми исследователями величиной порядка 105—106 т [19]. При всей произвольности таких оценок необходимо признать, что она была достаточно велика и не могла исчезнуть бесследно. Поэтому поиски выпавшего вещества даже в настоящее время нельзя считать бесперспективными.
Крупных выпавших масс до сих пор не обнаружено. Сотрудники экспедиции АН СССР (руководитель К. П. Флоренский), организованной в 1961 —1962 гг. при активном содействии А. П. Виноградова, и участники комплексных самодеятельных экспедиций вузов г. Томска (руководитель Н. В. Васильев) выполнили огромный объем работ по выявлению магнетитовых и силикатных микросферул из почв и торфа в районе катастрофы [4, 20]. Хотя и обнаружена закономерная концентрация шариков в почвах этого района, однако шарики с теми же или близкими морфологическими свойствами встречаются на земной поверхности повсеместно. Поэтому принадлежность указанных образований к веществу ТКТ до сих нор оставалась спорной даже с учетом необычного химического состава шариков из торфов [21, 22, 16].
Металлометрическая съемка, проведенная в районе Тунгусской ката-строфы [19, 23], также не дала положительных результатов. Обнаруженное несколько позже повышенное содержание редкоземельных элементов в почве и растениях вблизи эпицентра взрыва, приуроченное к предполагаемой траектории ТКТ [19], по заключению авторов, не дифференцируется от возможных в данном районе геохимических аномалий.
Среди всех стратифицируемых объектов для поисков вещества ТКТ, по-видимому, наиболее перспективен торф верховых олиготрофных болот [24]. Сфагновые торфяники на них имеют прирост 3—4 мм в год, а источником их минерального питания являются преимущественно атмосферные выпадения [25]. Обнаруженная теми же авторами повышенная зольность «катастрофных» слоев торфа в районе катастрофы существенно облегчает их идентификацию. Именно в этих слоях обнаружено также и аномально-высокое содержание силикатных микросферул с размерами от 15 до 120 мкм [26, 27].
Однако тщательный послойный валовый элементный анализ торфа из этого района до сих пор не проводился, несмотря на очевидную необходимость подобного рода исследований. Это явилось основной задачей настоящей работы.
ОТБОР ОБРАЗЦОВ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Большинство исследователей до сих пор игнорируют показания некоторых очевидцев о множественном характере взрывных явлений во время Тунгусской катастрофы
В толще мха вырезали вертикальные колонки площадью 30x30 см2. Окружающую массу мха удаляли, после чего колонки расслаивали горизонтальными слоями по
Упакованные препараты облучали в сухом канале ядерного реактора потоком тепловых нейтронов 1,2•1013 нейтр/сек•см2 в течение 5—20 час. После 1, 3, 7, 15 и 30-суточного «остывания» гамма-излучение анализируемых образцов исследовали с помощью дрейфовых германий-литиевых ППД типа ДГДК-40 и ДГДК-80 с энергетическим разрешением соответственно 3 и 5 кэв на линии 1332 кэв при использовании 1024-ка-нального амплитудного анализатора типа NTA-512B. Идентификацию радиоизотопов производили по их основным гамма-линиям с учетом их выхода и периода полураспада изотопа. Абсолютные концентрации элементов определяли сравнением интенсивностей соответствующих гамма-линий в аппаратурных спектрах исследуемых проб и образцов эталонных пород — CT-IA (траппы), СГ-IA (гранит) и GSP (диабаз), облученных вместе с анализируемыми образцами [28]. Для отдельных элементов (Na, К, Аu, Hg) использовали также индивидуальные эталоны. Данным методом были определены содержания 17 элементов: Na, К, Sc, Cr, Fe, Со, Zn, Br, Rb, Sb, Cs, La, Ce, Sm, Eu, Аu и Hg. Все операции упаковки, облучения и измерения активности облученных препаратов проводили независимо друг от друга трижды (с интервалами 5 и 13 месяцев) для колонки «В» и дважды (через 6 месяцев) для колонок «5» и «Л». Результаты независимых измерений совпали в пределах ошибок измерений. Данные для Be, Al, Si, Ti, Ni, Cu, Ga, Sr, Mo, Sn, Ba и Pb были получены методом эмиссионного оптического спектрального анализа (аналитик К. В. Барсук). Данные нейтронно-активационного и спектрального анализов на одни и те же элементы (Na, К, Cr, Fe, Zn, Ba) совпали в пределах ошибки измерений последнего (±20—30%).
РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗОВ
Результаты послойного изменения зольности мха и концентраций некоторых элементов в его сухом веществе приведены на диаграммах рис. 1 и 2. Штриховкой отмечены «катастрофные» слои мха. Изменение зольности во всех колонках имеет характерный вид кривой, спадающей в средних слоях мха и резко возрастающей в нижних, близких к подстилающим породам. Прирост зольности в верхней части всех колонок связан, по-видимому, с повышенным минеральным обменом в молодых, растущих слоях, утилизирующих минеральную часть из нижних, отмирающих.
«Катастрофный» слой в колонках «Б» и «В» отмечен повышенной зольностью. Особенно четкий пик имеет место в колонке «В», где зольность этого слоя (2,3%) почти вдвое превышает среднюю зольность шести соседних слоев (1,3%). Хорошо выделяется по этому показателю и «катастрофный» слой колонки «Б» (0,8% против 0,4%, для соседних). Обе эти колонки имеют сравнительно низкую среднюю зольность (1,4% и 1,1%) по сравнению с колонкой «Л» (3,8%). Поэтому эффект от добавки космического вещества в них должен быть особенно заметен. В колонке «Л» «катастрофный» слой практически не выделяется среди соседних, поэтому результаты по ней приняты в качестве контрольных.
Анализ приведенных диаграмм распределения химических элементов по глубине колонок обнаруживает большое увеличение концентраций целого ряда элементов в «катастрофном» слое колонки «В» по сравнению с соседними слоями: Na, Al, Si, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Br, Rb, Hg и Pb. Особенно резко это выражено для Br — в 20 раз, Zn, Pb и Hg — в 10 раз, Fe, Ga и Rb — в 5—б раз, для Na — в 2 раза. В следующих двух «подкатастрофных» слоях тот же эффект наблюдается для Л1, Si, Сг, Ga, Mo, Ва, Аи и Рb. В двух «надкатастрофных» слоях мха повышенные концентрации имеют К — в 2 раза и Sn — в 5 раз. Кроме этих групп элементов, обнаруживающих аномальное увеличение концентраций в «катастрофных» и соседних с ними слоях, имеется несколько элементов, дающих значительный прирост концентраций в более глубоких (45—
Всплески концентраций указанных элементов в «подкатастрофных» слоях не могут быть связаны с естественным уплотнением отмирающих слоев торфа или искусственным—при взрыве, поскольку на диаграммах приведены концентрации элементов в расчете на сухой вес торфа. Во всех исследованных колонках отсутствуют и обугленные, пожарные прослойки, которые в принципе могли бы явиться избирательными сорбентами тех или иных элементов и их соединений. Скорее всего наблюдаемая картина является результатом проявления возможных механизмов внедрения вещества ТКТ в толщу торфа и его последующего перераспределения там.
Возможность больших потерь Zn, Ni, Sn, Fe, Be, Sr и Pb при промывании биомассы дождевыми водами была установлена, в частности, в работе [31]. По другим данным [30], элементы Hg, Ni, Cr, Sr, Pb) вообще плохо усваиваются растениями и поэтому в виде легко растворимых соединений могут легко вымываться из торфа. Картина могла усложниться также вторичным концентрированием элементов на границе слоя вечной мерзлоты или ледяной линзы, проявлением хроматографического эффекта и утилизацией части особенно явно биогенных элементов (как, например, К) верхними, выросшими после 1908 г. слоями мха.
Величина, контрастность и положение аномалии для каждого элемента должны зависеть (кроме содержания данного элемента в веществе ТКТ) от способа его внедрения в торфяную массу, от содержания того же элемента в минеральной составляющей вещества торфа, химической формы выпадений, а также от химической и биологической активности этого элемента [29—32]. Всем этим можно объяснить столь сложную картину распределения различных элементов, которая наблюдается в колонке «В». Гораздо более простое и плавное распределение по глубине наблюдается для колонки «Б» и особенно для «А», где она обычно повторяет ход изменения зольности.
Для колонки «Б» эффекты обогащения выражены слабее, по все же тоже явно проявляются. Пиковое увеличение концентраций в «катастрофном» или соседних с ним слоях мха здесь наблюдается для Na (на 1 порядок), Аu и Hg (примерно в 5 раз) и в меньшей мере для Fe, Co, Sr, Cs, Сг, К, Rb, Ba, Cu, Zn и редкоземельных элементов. Как и в колонке «В», но значительно слабее, наблюдается здесь и пиковое увеличение концентрации цинка в слоях на 10—15 см ниже «катастрофного».
Из всех исследованных элементов наиболее равномерно по глубине всех колонок торфа распределен скандий. Картина послойного распределения этого элемента хорошо воспроизводит диаграмму изменения зольности. В несколько меньшей мере это относится также к Al, Si и Сu. Данное обстоятельство может служить свидетельством небольших содержаний этих элементов в веществе ТКТ по сравнению с минеральной составляющей торфа. Аномалия для брома, особенно яркая в колонке «А», в колонке «Б» только намечается, а в колонке «Л» практически отсутствует. В последней колонке отсутствуют аномалии и для подавляющего большинства других исследованных элементов.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВЫПАВШЕГО ВЕЩЕСТВА
Для приблизительной оценки количества выпавшего вещества ТКТ (и, возможно, терригенной пыли во время катастрофы) был использован прием, аналогичный методике обработки аппаратурных гамма-спектров. На диаграммах послойного изменения концентраций исследованных элементов с глубиной колонки весьма условно проводили кривую, соответствующую плавному ходу изменения концентраций данного элемента в сухом веществе торфа (пунктир на рис. 2). Суммарное содержание элемента под этой кривой в «катастрофной» части колонки считали фоновым («подложка»), а превышение над ней —внесенным во время катастрофы («добавка»). Ранее указывалось, что выпавшее вещество частично могло перераспределиться ниже и частично выше «катастрофного» слоя. Поэтому величину «добавки» определяли в группе слоев: для колонки «В» — от 28 до
В той же табл. 1 приведены усредненные данные по составу местных траппов, полученные теми же методами для 9 образцов, взятых с высоток вокруг центра катастрофы. Одновременно были проанализированы минеральные концентраты из почв этого района, образцы которых были нам любезно предоставлены Комитетом по метеоритам АН СССР [33, 34]. Хорошо видно, что содержание исследованных элементов в траппах и минеральных концентратах из почв, как по нашим данным, так и по литературным [23], близки между собой (исключение составляет только бериллий и хром). Отсюда следует, что траппы являются, по-видимому, главным источником местной терригенной пыли в этом районе.
Сравнение содержания элементов в «добавках» с составом траппов показывает, что дополнительный привнос в торф таких «аномальных» элементов, как Zn, Br, Au, Hg, Mo и ряд других, в колонках «Б» и особенно «В» нельзя объяснить оседанием местной терригенной пыли после взрыва. О выпадении вещества с иным составом свидетельствует также сравнение с фоновым составом золы торфа («подложка»). Действительно, содержание в траппах вышеуказанных элементов на несколько по рядков ниже избыточных содержаний ИХ в торфе. Сильно отличаются (иногда больше, чем на порядок) содержания тех же элементов в «добавке» и «подложке» у колонки «В». Относится это прежде всего к Мо, Zn, Br, Hg и в меньшей мере к Аu, Sn и РЬ. Следует еще учесть, что эффект «добавки» для ряда элементов, по всей вероятности, существенно уменьшен, поскольку выпавшее вещество в той или иной мере распределилось и по далеким от «катастрофного» слоям торфа (за пределами области слоев колонок, по которым рассчитывалась «добавка»). Поэтому содержание в «добавке» таких элементов, как натрий, следует считать только нижним пределом.
Fe и Со дают очень четкий всплеск концентраций в «катастрофном» и глубинных слоях колонки «В» и в меньшей мере колонки «Б». В первой колонке аномалии наблюдаются также для Na, Al, Si, Ni и Sn. Концентрации всех этих элементов в «добавке» сравнимы или даже ниже, чем концентрации в траппах. Если аномалии по указанным элементам были обусловлены привносом траппового материала, то отношения основных трапповых элементов в «добавке» должны быть близки к соответствующим отношениям в траппах. Однако во всех случаях отношения концентраций этих элементов в «добавке» сильно отличаются от тех же отношений в траппах (табл. 2). Особенно велика разница в отношениях к концентрации Ti, которые для Sn, например, различаются в 200 раз. Это доказывает, что содержание терригенной пыли в «катастрофных» слоях торфа незначительно.
Чтобы исключить возможность предположения, что аномальные всплески концентраций элементов в торфе могли быть вызваны привносом золы сгоревших во время лесного пожара
Все сказанное выше позволяет сделать заключение о том, что в месте отбора колонки «5» и в меньшей мере «Б» имеется биогеохимичесхая аномалия, характеризующаяся значительным обогащением состава торфа целым рядом элементов. Экстремальный характер аномалии с близкой приуроченностью ее к «катастрофным» слоям торфа, а также очень своеобразный набор аномальных элементов позволяет исключить предположение о связи обнаруженной аномалии с биогеохимическими эффектами локальных рудопроявлений. По нашему мнению, есть все основания считать эту аномалию космохимической, связанной с катастрофой
Даже беглый анализ состава и содержаний аномальных элементов в «добавках» колонок «В» и «5» указывает на крайне необычный химический состав сохранившегося в торфе вещества, резко отличающийся от состава обычных каменных (см. табл. 1) и тем более железных метеоритов. Это вещество было сильно обогащено многими легкоплавкими и летучими элементами (Zn, Br, Hg, Pb, Sn), содержало много щелочных металлов (Na, К, Rb, Cs), а также золота и молибдена. Оно оказалось значительно беднее никелем и кобальтом, чем метеориты. Именно этим обстоятельством, возможно, объясняется неудачный исход поисков аномалий по этим элементам, проводившихся ранее [19, 23]. Br, Hg, Аu, Rb, Cs и другие элементы, дающие в нашем случае наиболее четкие аномалии, в указанных работах не исследовались. Тем не менее в [23] было отмечено повышенное содержание олова в некоторых пробах золы деревьев из центральной части района катастрофы, несмотря на сравнительно высокую температуру озоления исследованных образцов (700— 900°С), что могло привести к значительным потерям таких важных аномальных элементов, как Zn, Sn, Pb и особенно Hg. Коррелируют с нашими данными и наметившиеся ранее аномалии по свинцу, молибдену и бериллию [19, 23]. Однако только в настоящей работе, как нам кажется, удалось надежно показать наличие космохимической аномалии в центре района Тунгусского падения и определить хотя бы примерный химический состав минеральной части вещества ТКТ по многим химическим элементам.
Состав обнаруженной элементной аномалии в общих чертах коррелирует с составом исследованных одним из авторов данной статьи силикатных микросферул из катастрофного слоя торфа [22]. Вещество микросферул оказалось в еще большей мере обеднено сидерофильными элементами — Fe и Со (а также Sc), но содержало значительные количества Na, Zn и Cs, что может указывать на их происхождение при высокотемпературной дифференциации вещества ТКТ при взрыве. .
Необходимо отметить также, что обнаруженная аномалия остро локализована на местности. Так, уже на расстоянии
ВЫВОДЫ
1. Обнаружено аномальное распределение ряда химических элементов по глубине слоя торфа сфагнум-фускум на небольшом участке земной поверхности в центральной части района Тунгусской катастрофы
2. Состав, экстремальный характер и явная приуроченность к слоям
3. На основании полученных результатов дан примерный химический состав выпавшего вещества, который оказался резко отличным от состава обычных метеоритов, но коррелирует с составом комет.
4. Участок обнаруженной аномалии остро локализован на местности, что может быть связано с многократностью взрывных явлений во время катастрофы и обогащением отдельных участков земной поверхности веществом ТКТ при низких взрывах. Поэтому дальнейшие исследования целесообразно направить на выявление таких участков с тщательным исследованием отобранных там образцов почвы и растений, включая изотопные измерения.
Авторы благодарят Н. В. Васильева, А. К. Лаврухину, К. П. Флоренского, В. И. Малышева, В. А. Алексеева и Т. Н. Бланкову за интерес к работе, ценные советы и полезные критические замечания, К. В. Барсук за спектральный анализ ряда образцов, а также Л. К. Левского за предварительное обсуждение результатов.
Поступила в редакцию 5 марта
ЛИТЕРАТУРА
1. Кринов Е. Л. Тунгусский метеорит. Изд-во АН СССР, М.-Л., 1949.
2. Астапович И. С. Природа, № 2—3, 1951.
3. Флоренский К. П. Метеоритика, вып. 23, 1963.
4. Флоренский К. П. Геохимия, № 3, 1963.
5. Проблема Тунгусского метеорита. Изд-во Томск. ун-та, вып. 1, 1963; вып. 2, 1967.
6. Колесников Е. М. Земля и вселенная, № 1, 1972.
7. Cowan С., Atluri С. R., Libby W. F. Nature. v. 206, № 4987, 1965.
8. Виноградов А. П., Деверц, А. Л., Добкина Э. И. Докл. АН СССР, т 168, № 4, 1966.
9. Колесников Е. М., Лаврухина А. К., Фисенко А. В. Геохимия № 8 1973.
10. Бронштэн В. А. В сб.: Современное состояние проблемы Тунгусского метеорита (Материалы совещ. 14—16 апреля 1971 г., Новосибирск). Изд-во Томск. ун-та. 1971.
11. Фесенков В. Г. Вестн. АН СССР. № 12, 1960.
12. Фесенков В. Г. Астроном. ж. т. 38. вып. 4, 1961.
13. Идлис Г. М., Карягина 3. В. Метеоритика, выя. 21, 1961.
14. Фесенков В. Г. Метеоритика, вып. 28, 1968.
15. Хотинок Р. Л. Земля и вселенная, № 4, 1970.
16. Долгов Ю. А. Метеоритика, вып. 33, 1974.
17. Фаст В. Г., Ковалевский А. Ф., Плеханов Г. Ф. В сб.: Проблема Тунгусского метеорита. Изд-во Томск, ун-та, вып. 1, 1963.
18. Золотое А. В. Проблема Тунгусской катастрофы 1908 года. «Наука и техника», Минск, 1969.
19. Ильина Л. П., Славина Л. М., Демин Д. В. и др. В сб.: Современное состояние проблемы Тунгусского метеорита (Материалы совещ. 14—16 апреля 1971 г., Новосибирск). Изд-во Томск. ун-та, 1971.
20. Васильев Н. В., Львов Ю. А., Гришин Ю. А. и др. В сб.: Проблемы космохимии. «Наукова думка», Киев, 1974.
21. Долгов Ю. А., Васильев Н. В., Шугурова Н. А. и др. Метеоритика, вып. 32, 1973.
22. Колесников Е. М., Люль А. Ю., Иванова Г. М. В сб.: Космическое вещество на Земле (проблема Тунгусского метеорита). «Наука», Новосибирск, 1976.
23. Ковалевский А. Л., Резников И. В., Снопов Н. Г. и др. В сб.: Проблема Тунгусского метеорита. Изд-во Томск. ун-та, вып. 1, 1963.
24. Львов Ю. А., Васильев Н. В., Антонов И. В. и др. В сб: Материалы к совещанию «Современное состояние проблемы Тунгусского метеорита», 14—16 апреля 1971 г ИГиГ СО АН СССР, Новосибирск, 1971.
25. Львов 10. А., Лагутина Л. И., Иванова Г. М, и др. В сб.: Проблемы Тунгусского метеорита. Изд-во Томск. ун-та, вып. 1, 1963.
26. Васильев Н. В., Львов 10. А., Вронский Б. И. и др. Метеоритика, вып. 32, 1973.
27. Васильев И. В., Львов Ю. А., Вронский Б. И. и др. В сб.: Современное состояние проблемы Тунгусского метеорита (Материалы совет. 14—16 апреля 1971 г., Новосибирск), Изд-во Томск. ун-та, 1971.
28. Flanagan F. J. Geochim.et cosmochim. acta, v. 37, № 5, 1973.
29. Виноградов А. П. Почвоведение, № 7, 1945.
30. Малюга Д. П. Биогеохимический метод поисков рудных месторождений. Изд-во АН СССР, М., 1963.
31. Ковалевский А. Л. Биогеохимические поиски рудных месторождении. «Наука», М., 1974.
32. Виноградов А. П., Малюга Д. П. Биогеохимические методы поисков рудных месторождений. Геохимические поиски рудных месторождений в СССР. Госгеолтехиздат, М., 1957.
33. Флоренский К. П., Иванов А. В., Козлов А. Н. Метеоритика, вып. 30, 1970.
33. Кирова О. А., Заславская Н. И. Метеоритика, вып. 27, 1966.
34. Виноградов А. П. Геохимия, № 11, 1971.
35. Стахеев Ю. И., Лаврухина А. К., Стахеева С. А. Геохимия, № 9, 1975.
36. Кириченко Л. В., Гречушкина М. П. В сб.: Проблема Тунгусского метеорита. Изд-во Томск. ун-та, вып. 1, 1963.
37. 38 Масайтис В. Л., Абрамович И. И., Додин Д. А., Смыслов А. А. Геохимия №5 1965.