Поиски вещества Тунгусского метеорита производились с самого начала экспедиционных работ на месте падения. Но если Л.А. Кулик прилагал титанические усилия для нахождения гигантского многотонного метеорита или хотя бы его крупных осколков, то после 1958 г. центр тяжести переместился на поиски микрочастиц - остатков метеорита.
Сперва это были главным образом магнетитовые и частично силикатные шарики из почв. История их поисков в 1958-1962 гг. была изложена выше. Шарики были обнаружены, но датировать время их выпадения не представлялось возможным. И лишь по косвенным признакам - расположению богатых шариками проб - можно было судить об их принадлежности Тунгусскому метеориту.
Нужны были иные методы, которые позволили бы уверенно датировать микрочастицы, устанавливать их космическую природу и связь с Тунгусским падением. Период 1963-1971 гг. - это период поисков, а затем разработки и совершенствования методики.
Наряду с поисками микрочастиц проводились исследования космохимических аномалий в районе катастрофы. Одной из первых попыток такого рода была работа А.Л. Ковалевского с соавторами [186], опубликованная в 1963 г. В ней, на основании спектрального анализа проб почвы и растений, собранных КСЭ в 1959-1960 гг., были получены содержания 20 химических элементов и выявлены геохимические аномалии для некоторых из них. Но никакой уверенности в их связи с Тунгусским падением у авторов работы не было.
В 1971 г. Л.П. Ильина с соавторами [167] подвергли спектральному анализу 1280 проб почвы, взятых в 1963-1964 гг. в районе эпицентра Тунгусского взрыва. Анализ проводился на 50 элементов, из них 30 были обнаружены, и было определено их содержание. Ни один из них не показал ярко выраженной геохимической аномалии в обследованном районе, в их числе никель и кобальт.
Продолжались разработки методик выделения космической пыли из проб почвы. Одна из таких методик была разработана К.П. Флоренским, А.В. Ивановым и А.Н. Козловым в Геохи [376]. Она была применена и к Тунгусским пробам. Химический состав шариков из этих проб был изучен в другой работе [375]. Однако в этой методике выделялись, как и раньше, только магнетитовые шарики, которые ничем особенным не отличались от их выпадений в других районах.
Независимо от работ Геохи методика выявления космической пыли из почв была разработана И.В. Антоновым (КСЭ) [7]. Она также была рассчитана на обнаружение магнетитовых мик-росферул диаметром 40 мкм и более. Эта методика весьма перспективна для изучения шлейфа рассеяния крупных железных метеоритов.
Под руководством Ю.А. Гришина (КСЭ) была разработана методика поиска космического вещества в смоле [262]. Свежие смоленые поверхности деревьев являются природным аналогом липких пластин, применяемых для улавливания аэрозолей из атмосферных осадков. Эта методика также с успехом была применена к Тунгусскому падению, причем в смолах были выявлены шарики диаметром около 20 мкм.
Поиск космического вещества в смолах с более совершенной методикой позволил группе Дж. Лонго (Италия) уже в 90-х годах получить интереснейшие результаты, о которых будет рассказано ниже.
Но наиболее перспективным оказался метод выделения космических частиц из торфа, предложенный членом КСЭ (впоследствии кандидатом биологических наук) Ю.А. Львовым в 1966 г. [260, 261].
Бассейн Подкаменной Тунгуски изобилует верховыми болотами и торфяниками, покрытыми сфагновым мхом (Sphagnum fuscum). Этот вид мха, получая минеральное питание только из атмосферы, является естественным концентратором земной и космической пыли. Он нарастает слоями со скоростью примерно 3—4 мм в год (верхняя, живая часть нарастает быстрее). Поэтому возможно с весьма небольшой погрешностью датировать каждый слой. Идея методики Львова состояла в отборе колонок торфа на большой площади и либо в послойном их сжигании и анализе золы, либо в обогащении путем просеивания, отмучивания и других приемов для выделения космических частиц.
Начиная с 1966 г. эта методика стала широко применяться. В 1968 г. методика Львова была проверена и апробирована Г.М. Ивановой и Н.А. Голенберг [81] путем исследования колонок торфа в районе падения Тунгусского метеорита. В 1969 г. были проведены последние проверочные работы, а в 1970-1974 гг. - систематическое исследование этим методом. За пять лет на площади 10 тыс. кв. км было взято 500 колонок торфа, которые подверглись послойному изучению [32]. Работа проводилась по плану Комиссии по метеоритам и космической пыли СО АН СССР и Томского отделения ВАГО.
Результаты этой весьма трудоемкой работы, опубликованные в 1976 г. [32], сводились к следующему.
В районах, удаленных от места падения Тунгусского метеорита, а также в слоях торфа, не относящихся к 1908 г., встречаются лишь единичные сферические микрочастицы (сферулы), имеющие силикатный или магнетитовый состав. В аналогичных торфяных колонках, отобранных вблизи индустриальных центров, отмечено экспоненциальное нарастание количества сферул (шариков) от нижних слоев торфяной залежи к верхним, современным [32].
В районе катастрофы в ряде пунктов слой торфа, залегающий на глубине 25-35 см, обогащен (в некоторых случаях весьма значительно) оплавленными микроскопическими частицами размером от 7 до 100 мкм. Большинство точек, в которых наблюдается этот эффект, прилегают к эпицентру взрыва (окрестности горы Кларк) или расположены в северной части района, что дает основание думать о наличии шлейфа рассеяния космического вещества, ориентированного в этом направлении.
Обнаруженные в торфе сферические микрочастицы силикатного состава отличались от известных геологических стекол и часто имели газовые включения, в том числе газовые пузырьки, состоявшие из Н2, СО2, СО. Их химический состав не противоречил их космическому происхождению.
В работе [32] был проведен статистический анализ материалов 1970-1974 гг. (оценка фонового притока, распределение по размерам и площади). Общая масса вещества, осевшего на изученной площади в виде микросферул 7-100 мкм, была оценена в 3,5 т.
Необходимость постоянно сравнивать получаемые из проб района падения оценки содержания космического вещества с фоновыми значениями заставила Г.М. Иванову, Ю.А. Львова, Н.В. Васильева и И.В. Антонова предпринять специальное исследование, результатом чего явилась монография [163], содержащая сводку определений выпадения космического вещества на Землю разными методам»
В то же время усилия ряда исследователей шли по другому направлению: в них изучался химический состав немногих силикатных шариков современными методами. Так, американский геохимик Билли Гласе [436] с помощью микрорентгеноспектрального анализа исследовал химический состав четырех силикатных шариков из почв с места падения Тунгусского метеорита (полученных от советских ученых). Он получил следующий состав: SiO2,- 51,1%, А1203 - 13,8%, Fe0 - 4,0%, Mg0 - 5,9%, Ca0 -18,6%, Na20 - 1,4%, К20 - 3,4%, Ti02 - 0,5%, Mn0 - 0,4%. Этот состав Гласе сравнил с составом тектитов и нашел некоторое сходство между ними, хотя были и различия по отдельным элементам.
Аналогичную работу по шарикам из торфа провели Ю.А. Долгов, Н.В. Васильев и их сотрудники [113] с помощью рентгеноспектрального микрозонда. Однако в их работе изучались только крупные шарики (более 100 мкм). Е.М. Колесников, А.Ю. Люль и Г.М. Иванова (Москва и Новосибирск) [192] исследовали состав шариков размером от 30 до 80 мкм методом нейтронно-активатизационного анализа. Они же сравнили результаты всех трех работ. По различным элементам было найдено как сходство, так и отличие от предыдущих анализов и в то же время резкое различие с составом любых земных пород и метеоритов. В метеоритах в десятки раз больше железа, в тысячи раз - кобальта, в несколько раз меньше натрия и алюминия. По мнению Ю.А. Долгова [114], Тунгусские микросферулы по составу газовой фазы подобны тектитам, а по мнению Е.М. Колесникова [194], они сходны с образцами "ржавой почвы" из окрестностей лунного кратера Декарт и "оранжевого грунта" с бровки кратера Шорти. То и другое, по мнению астрономов, связано с падением в указанные районы Луны комет. Вещество Тунгусских микросферул подверглось сильной дифференциации, что тоже является признаком их кометного происхождения.
Следующий шаг в этом направлении был сделан С.П. Голенецким, В.В. Степанком (Калинин) и Е.М. Колесниковым (Москва), изучившими содержание 30 химических элементов в тунгусских торфах [96]. Были применены нейтронно-активационный, рентгеноспектральный и оптический спектральный методы. Далее были построены корреляционные графики, представляющие отношения содержаний элементов вида Na/Fe, Cs/Co, Rb/Co и т.д. в функции отношения Zn/Fe. Такие же отношения были получены для обыкновенных и углистых хондритов, а также для метеоров потока Драконид (по Явнелю [405]). Во всех случаях точки для Тунгусского космического тела (ТКТ) легли на продолжения прямых СЗ-С2-С1 (С1, С2, СЗ - обозначения классов углистых хондритов). Точка для метеоров Драконид также легла на одну из этих прямых. Таким образом, эта работа свидетельствовала в пользу кометной гипотезы происхождения ТКТ [194].
В 1984 г. Е.М. Колесников [195] обнаружил изотопные аномалии в торфе с места падения Тунгусского метеорита по углероду δ13С и водороду δD. В "катастрофном" слое выявились аномалии: углерод оказался тяжелее, чем в хондритах С1, а водород, наоборот, легче. Именно таких аномалий и следовало ожидать, если полагать Тунгусское тело осколком кометы. Еще до этого, в 1979 г., была выявлена изотопная аномалия по свинцу [193].
Более детальное исследование изотопных аномалий углерода, водорода и азота было предпринято Е.М. и Н.В. Колесниковыми (Московский университет) совместно со специалистами из Института геофизики и геологии Лейпцигского университета (Германия) Т. Беттгер и Ф. Юнге [196, 197]. Результаты были вполне определенными: в катастрофном слое обнаружились четко выраженные аномалии по углероду, водороду и азоту, которые хорошо согласовывались с кометной природой Тунгусского тела.
По другому направлению пошли С.П. Голенецкий и В.В. Степанок [97, 99]. Изучив полученные ранее космохимические аномалии в катастрофном слое торфов, они "проэкстраполировали" состав Тунгусского космического тела, продолжив ряд хондритов СЗ-С2-С1 для различных химических элементов [98]. Их результат тоже говорил в пользу кометной гипотезы. Тот же ряд использовал в своей работе Е.М. Колесников [194].
Оригинальное исследование предприняли Джон Браун (Университет Глазго) и Дэвид Хьюз (Университет Шеффилда). По данным К. Коуэна и его сотрудников [426], годовые кольца деревьев показали небольшое увеличение содержания в 1909 г. радиоуглерода 14С. Это дало в свое время основание указанным американским авторам говорить об аннигиляционном взрыве антивещества, а А. Джексону и М. Райану [445] - о том, что Тунгусское тело было миниатюрной "черной дырой", Дж. Ханту, Р. Палмеру и У Пенни [443] - о ядерном взрыве. Браун и Хьюз показали, что при взрыве ядра кометы должен возникнуть поток нейтронов с энергией порядка 10 МэВ, достаточной для образования наблюдавшегося количества радиоуглерода. Впрочем, как показали не зависимые исследования В.Д. Несветайло и Н.Н. Ковалюха [277] с одной стороны, Л.В. Фирсова с сотрудниками [371], с другой стороны, некоторое увеличение содержания 14С в 1909 г. не вы ходит за пределы колебаний этой величины, связанных с солнечной активностью, и, по всей вероятности, не имеет отношения к Тунгусскому явлению.
Е.М. Колесников предложил гораздо более чувствительный метод проверки термоядерной и аннигиляционной гипотез Тунгусского взрыва (для атомного взрыва энергия была слишком велика) по сравнению с методом по 14С [191]. Под действием возникающего нейтронного потока из калия и кальция в почвах и траппах должен был возникнуть 39Аr. Низкофоновые приборы с запасом чувствительности в 100 раз показали, что взрыв не мог иметь ядерной природы [191].
Известный индийский геохимик и космохимик Рамачандран Ганапати [435] исследовал содержание ряда элементов во льдах Антарктиды (которые тоже нарастают слоями). Их анализ показал повышение содержания иридия и других платиноидов в слое, который Ганапати датировал 1908 годом. Как известно, иридий является хорошим индикатором присутствия космического вещества, поскольку его содержание в породах земной коры ничтожно, а в метеоритах сравнительно велико. Поэтому Ганапати связал обнаруженную им иридиевую аномалию с Тунгусским явлением1.
Иное мнение высказал Н.В. Васильев [83], который считает, что слой, выделенный Ганапати, относится не к 1908, а к 1912 г., когда произошло мощнейшее извержение вулкана Катмай на Аляске. По мнению Васильева, основанному на одной-единственной публикации (Оффисер, 1985), вулканическая пыль тоже может явиться источником иридиевой аномалии.
Однако, согласно большей части вулканологической литературы, признаков иридиевой аномалии в продуктах вулканизма не обнаружено, поэтому мнение Н.В. Васильева не имеет космохимического обоснования. Напомним, что содержание иридия в хондритах на 3-4 порядка превосходит таковое в любых породах земной коры. Поэтому все выводы Ганапати остаются в силе.
С 1974 г. начала исследование группа сотрудников Института геохимии и физики минералов Академии наук Украины (Э.В. Соботович, Н.Н. Ковалюх и др.) [5]. В экспедиционный период 1974 года было отобрано 26 проб сфагнового торфа в разных местах. Был выполнен полуколичественный анализ по 20 элементам. В ряде случаев были отмечены повышения содержания в катастрофном слое свинца, никеля, кобальта, циркония, серебра. Наиболее четкая аномалия выявилась в районе горы Острой, она же Кларк. Эта точка совпадает с пересечением предполагаемой траектории метеорита (по Зоткину и Фасту) с земной поверхностью. В 1975 г. там была взята большая (2,5 т) проба торфа. Спектральный анализ показал геохимическую аномалию по указанным ранее элементам на полпорядка выше, чем в районе эпицентра. Изотопный состав свинца оказался отличным для катастрофного слоя по сравнению с выше- и нижележащими слоями. Кроме никеля, кобальта и свинца наметилась также аномалия для меди, платины и ванадия.
В 1977 г. пробы были взяты в междуречье Чуни и Муторая. И здесь была найдена четкая аномалия по никелю, кобальту, урану, свинцу, цинку, цирконию, скандию и другим элементам. В 1979 г. пробы были взяты в районе слияния рек Северной и Южной Чуни. Аномалия наблюдалась и там.
Сотрудники Института геохимии и физики минералов АН Украины совместно с КСЭ в течение пяти лет (с 1975 по 1980 гг.) проводили также специальное исследование по радиоуглероду 14С. Он накапливается в космическом пространстве в результате бомбардировки атомов кремния 32Si космическими лучами. Анализ показал присутствие 14С в торфах и некоторое превышение его активности над фоновой. Это подтверждает его повышенное присутствие в кольцах деревьев 1909 г., обнаруженное К. Коуэном с соавторами. Физический механизм этого был объяснен Дж. Брауном и Д. Хьюзом, а превышение над фоном — авторами работ [276,371].
По радиоуглероду в торфах Э.В. Соботович и его коллеги [327] оценили общую массу силикатного материала, осевшего на территорию вывала, в 4х103 т. Аналогичный результат был получен и при изучении содержания сколового 14С в почвах района. Если учесть железную компоненту, а также то, что в кометном ядре тяжелые частицы составляют лишь несколько процентов общей массы и что значительная ее часть рассеялась ветрами на большую площадь, нетрудно согласовать полученный результат с предполагаемой общей массой взорвавшегося тела (~ 105 т). Значительно большая масса (~ 106 т) дезинтегрировала на пути Тунгусского космического тела (ТКТ) от его входа в атмосферу до точки взрыва. Если этот расчет верен и радиоуглерод связан с Тунгусским явлением, то сомнения, высказанные Н.В. Васильевым [82] и состоящие в том, что оценки массы, выпавшей в виде микрочастиц, находятся в резком противоречии с оценками массы, испытавшей взрыв, лишены основания. К сожалению, полной уверенности в обоснованности этого расчета у нас нет2.
В 1979 г. в районе Северного торфяника в слоях торфа, относящихся к 1908 году, были найдены графит-лонсдейлит-алмазные сростки, космогенное происхождение которых весьма вероятно [327]. Э.В. Соботович и его коллеги изучили и описали эти сростки. К огорчению, эта находка - единственная, и нет уверенности, что она связана с Тунгусским метеоритом. Вообще алмазы в метеоритах - явление распространенное [84]. Но в 1985 г. те же авторы показали, что найденный сросток может иметь и земное происхождение [328].
Интересный цикл работ по веществу ТКТ провели начиная с 1991 г. итальянские ученые, сотрудники Болонского университета, Национального института ядерной физики и Института исследования и технологии внеземных излучений (г. Болонья): Дж. Лонго, Р. Серра, С. Чеччини и М. Галли [493]. Они изучали смолу деревьев, переживших катастрофу, которая тоже нарастает слоями. По годовым кольцам деревьев можно определить ее возраст. Смола, пока она еще жидкая, может служить превосходным уловителем для космических частиц.
Были выбраны восемь деревьев из района катастрофы и два контрольных дерева из других районов. Всего было изучено 70 образцов смолы. В них были обнаружены и исследованы 7163 микрочастицы, из них 5854 частицы из тунгусских деревьев. Распределение по годам дало сперва четкий максимум на периоде 1902-1914 гг. (общий интервал был взят с 1885 по 1930 гг.), а для частиц с высокими атомными числами Z - на 1908 годе. То же получилось для отдельных элементов: меди, хрома, бария, золота, кальция, железа, кремния. Выявились также вариации содержания частиц от одного места к другому, что подтверждало гипотезу о прогрессивном дроблении Тунгусского тела в полете [467,493].
В июле 1996 г. в Болонье состоялся международный симпозиум "Тунгуска-96" [444] с участием Н.В. Васильева, В.Г. Фаста, С.С. Григоряна, В.П. Стулова, Е.М. Колесникова, названных выше итальянских ученых, а также 3. Секанины, Дж. Уиллса, Ю. Шумейкера и других ученых многих стран. В докладах участников симпозиума были подведены итоги исследований, описанных выше, а также многих других, которые будут изложены в следующих главах.
1 Позже французские исследователи группы Роччиа, применяя более чувствительную методику, в том же разрезе льда Антарктиды иридий не обнаружили.
2 Вызывает большие сомнения обнаружение сколового 14С в эпицентре Тунгусской катастрофы. Хорошо известно, что космические лучи не проникают на большую глубину, а внешние слои почвы были "сдуты" при полете ТКТ в атмосфере. В эпицентре скорее должен обнаруживаться "мертвый" космический углерод, где 14С уже полностью распался (период полураспада 5,6 тыс. лет).