Разработка методов выделения атмосферной, в том числе космической пыли на различных природных объектов является актуальной задачей, решение которой может дать непосредственный выход для ряда научных дисциплин - астрономии, геологии, геохимии, атмосферной оптики, а также промышленной гигиены и некоторых других дисциплин, связанных с разработкой вопросов охраны природы, в том числе воздушной среды.
Тезис В.И.Вернадского /I/ о том, что космическая пыль выпадает постоянно и повсеместно, ныне общепризнан. Она обнаружена в почвах /2/, глубоководных ялах /3,4,5/, арктических и антарктических льдах /6, 7/, в атмосфере Земли /8, 9/ и в различных горных породах /10, II, 12/. Но вопрос о закономерностях ее распространения, миграции, превращений в биосфере, равно как и критерия ее отличия от индустриальной пыли разработаны пока явно недостаточно. Многое здесь зависят от несовершенства методик, которые позволяют выделять космическое вещество из того или иного природного объекта лишь с большими потерями я тем самым затрудняет переход к количественным оценкам. Этим объясняются противоречивые данные, имеющиеся в литературе относительно космического вещества, ежегодно выпадающего на Землю /13, 14/. Существующие способы ее выделения, основанные, как правило, на магнитной сепарации, ориентированы на магнитную фракцию и не позволяют выделять немагнитные частицы. Исключением является выделение космического вещества изо льда, почему этому объекту отдается нередко предпочтение. Наиболее употребительными субстратами для извлечения космического вещества являются глубоководные морские илы, отложения растворимых солей и многолетние толщи льда. Для изучения локального выпадения метеорной пыли особую роль в качестве субстрата играет почва.
Особняком стоят способы улавливания космической пыли в атмосфере с помощью, ловушек, устанавливаемых на ракетах, самолетах и баллонах, а также липких пластин, устанавливаемых в различных пунктах земной поверхности.
В течение последних лет Комиссия по метеоритам и космической пыли СО АН СССР проводила работы по изучению внеземного вещества в районе падения Тунгусского метеорита. В ходе этих исследований были отработаны методические приемы, которые излагаются ниже.
Поиски космической пыли в почве (методика разработана И.В.Антоновым). Для взятия пробы выбираетгся ровная незатопляемая в период паводков площадка. Она очищается от растительности и опада листьев, после чего на ее поверхность накладывается пробоотборник, представляющий собою круглую металлическую коробку высотой в 2,5 см и площадью 70 см2. Пробоотборник до отказа вдавливается в почву, после чего взятый образец подрезается снизу ножом и переносится в полиэтиленовый мешок. 1/4 часть пробы. Материал помещается в капроновый мешочек,который опускается в стеклянный лоток с водой. Почву отмучивают через капроновую ткань, разминая и отжимая ее до тех пор, пока муть не перестает поступать в окружающую мешочек воду, в результате мелкодисперсная фракция почвы (диаметром менее 200 микрон) отделяется от крупных частиц, остающихся внутри мешочка. После отстаивания излишек воды сливается или отсасывается таким образом, чтобы объем оставшейся массы не превышал 20-25 мл. Эту взвесь переносят в чашку Петри я приступают к извлечению магнитной фракции почвы. Для этого во взвесь опускают электромагнит, который затем включают. После того, как к магниту пристанет некоторое количество магнитного материала, его переносят в другую чашку Петри, в которую налит небольшой объем воды. Погрузив магнит во вторую чашку, его отключают, после чего налипшие на конец магнита частицы оказываются взвешенными в воде. Эту процедуру повторяют многократно, до тех пор пока весь магнитный материал, находящийся в первой чашке Петри, не окажется перенесенным во вторую. Закончив этот этап работы, выделенную магнитную фракцию размагничивают, помещая на несколько минут в переменное электромагнитное поле, и переносят на предметное стекло, изготовленное в форме ванночки с плоским широким дном (длина ванночки - 5 см, ширина - 2 см, глубина - 3-4 мм, толщина слоя воды, налитого в ванночку, не должна превышать 2-3 мм). Приготовленный таким образом препарат просчитывают под бинокулярным микроскопом при увеличения 7x8 или 10x8.
Данная методика ориентирована преимущественно на обнаружение магнетитовых сферул диаметром 40 микрон и более. Показано, что обычно в фоновых районах, удаленных от источников индустриальной пыли, а также от мест крупных выпадений космического вещества, число таких шариков весьма велико (сотни и тысячи единиц на м2 в пересчете). Очевидно, что они аккумулируются в почве в течение достаточно долгого периода времени, и в результате этого площадь взятого образца оказывается достаточно репрезентативной.
По-видимому, эта методика весьма перспективна для изучения шлейфа рассеяния крупных железных метеоритов.
Поиски_космического вещества в торфе. Поиски космического вещества предпочтительнее вести в торфе сфагновых верховых болот. Наиболее благоприятными для этого являются распространенные в Сибири болота, сложенные сфагнум фускум, т.к. этот вид мха получает минеральное питание только из атмосферы. Остатки этого мха образуют основную массу торфа, получившего название фускум - торф. Важной особенностью этих торфов является строгая последовательность отложения отмершего растительного волокна. Живой частью болотного мха оказывается только его верхушка, имеющая возраст 3-5 лет. По мере образования нового годового прироста нижняя часть стебля отмирает и с течением времени превращается в торф. Отмершие, но не разложившиеся части стеблей мха образуют рыхлую дернину толщиной в 10-25 см.
Ежегодный прирост дернины сфагнум-фускум различен в разных природных зонах и составляет от 0,6 см в лесотундре до 2,5 см и более в оптимальных местообитаниях в пределах лесной зоны. Средние показатели прироста этого вида сфагнума равны 1,0-1,5 см. Отмершие части мха при превращении в торф разлагаются и спрессовываются, поэтому вертикальный прирост торфяной залежи значительно меньше прироста дернины и составляет в лесной зоне 3-4 мм в год. В Сибири этот показатель несколько меньше. Исходя из этих данных, можно ориентировочно определить возраст верхних горизонтов залежи.
Олиготрофные сфагновые мхи обитают в условиях высокой кислотности среды. Кислотность болотной воды в верховых торфяниках составляет 4,6-4,8 рН. Закисная болотная среда способствует хорошему сохранению подверженного коррозии вещества. Таким образом, преимущества верхового торфа как субстрата для поисков космических частиц заключается в следующем:
1. Полная идентичность субстрата на огромной территории.
2. Надежная гарантия от возможности переотложения и загрязнения неатмосферными осадками.
3. Хорошая сохранность частиц, содержащих железо.
4. Возможность послойного отбора образцов с приблизительной датировкой каждого слоя.
5. Возможность выделения и магнитной и силикатной составляющей космической пыли.
Техника исследования выглядит следующим образом.
На участке верхового сфагнового болота выбирают площадку с ровной поверхностью и торфяной залежью, сложенной сфагнум -торфом на глубину до 60 см. Кустарнички на уровне поверхности моховой дернины тщательно срезают. Затем закладывают шурф, одну из стенок которого срезают по возможности ровно. У борта шурфа размечают площадку размером 10x10 см. После этого ножом срезаются пласты торфа он поверхности я до глубины 50-55 см. Толщина каждого пласта - 3 см. Каждый пласт - образец в лаборатории промывается сквозь сито с диаметром 250 микрон, в течение не менее 5 минут. Прошедший сквозь сито гумус с минеральными частицами отстаивается в течение 10 минут и затем сливается в чашку Петри, где и высушивается. Высохшая корочка сухого органического вещества снимается и переносится в пакет из плотной бумаги (восковки). Вес одного образца составляет менее 1 г, и в таком виде он весьма удобен для транспортировки. При дальлейшей обработке образец сжигается в тигле и муФельной печи в течение часа при температуре 600°. Зольный остаток заливается водой для водорастворимых солей, высушивается и переносится на предметное стекло. Весьма существенен этап сжигания образца. При этом происходит полное уничтожение частиц растительного происхождения, в том числе пыльцевых зерен и спор растений, которые сходны с некоторыми типами шариков по размерам и структуре поверхности.
Полученные к настоящему времени данные позволяют утверждать, что минимальный объем образца торфа, достаточный по количеству содержащихся в нем шариков для дальнейшей статистической обработки, составляет по площади 100 см2.
Определение космической пыли в торфе представляется особенно целесообразным в тех случаях, когда необходимо ориентировочно датировать выпадение внеземного вещества.
Поиски_космического вещества в смоле (по Ю.А.Гришину). Природным аналогом липких пластин, применяемых для уловления атмосферных осадков, являются свежие смоленые поверхности деревьев. Повреждения такого рода могут иметь место в непосредственной близости от крупных метеоритных падений.
Исследуемая смола с датированных повреждений счищается ножом и помещается в пакет из восковки. В лаборатории навеска смолы помещается в - образную стеклянную трубку и осторожно промывается током этилового спирта. Оставшееся в трубке после растворения смолы вещество переносится на предметное стекло и просматривается под бинокулярным микроскопом.
В другом варианте проба смолы растворяется в спирте при температуре 55°С. Растворение производится в стеклянной трубке диаметром в 5-6 мм, которая оканчивается плоскопараллельным капилляром с внутренним сечением 0,15x1 мм и длиной 40-70 мм (кончик капилляра запаян). При растворения трубка фиксируется в вертикальном положении капилляром вниз. По мере растворения смолы нерастворимая фракция оседает у запаянного конца капилляра. Через 20-30 минут трубка вынимается из термостата и помещается в горизонтальном положении под микроскопом так, чтобы плоскость капилляра была перпендикулярна оптической оси объектива. При увеличении в 200-600 раз сквозь стенки капилляра отчетливо просматриваются осевшие частицы. Среди них обнаруживаются шарики размером в 20-30 микрон, темные, с блестящей поверхностью, или светлые, полупрозрачные. Эта методика также может быть применена в районах крупных метеоритных падеНИИ.
Каждый из описанных выше методов имеют свою. сферу применения. При работе в полевых условиях они должны дополнять, друг друга.
Литература
1. В.И.Вернадский. Проблемы Арктики, №5, 1941, стр.55-64.
2. К.П.Флоренский. Геохимия, №3, 1963, стр.284-296.
3. К.Fredriksson, L.Martin.Geochim.et Cosmochim. Acta, 27, 1963, 245 - 248.
4. Hunter, Parkin. Proceed.Roy.Soc. 255A, I960, 1282.
5. J.H.Petterson, K.Fredriksson,.Science, 12, 1958, No I.
6. E..Thill,R.Schmidt, J.Geoph.Res. 66, 1961,307 -310.
7. E.L.Fireman Antarct.I.U.S. 3, 1968, 250 - 252.
8. В.А.Васильев, Метеоритика, 27, 1966, 139 - 143.
9. Grjebine Tovy, Hoang Chi Trach. Conrpt.rend.Acad.Sci. 264, 1967, 1427 - 1430.
10. H.Skolnik. Geol.Soc.Amer.Bull. 12, 1961.
11. U.B.Martin. Geochim.Cosmochim.Acta, 31, 1967 1871 - 1884.
12. А.В.Иванов Д.П.Флоренский. Геохимия.4, 1968,483 - 485.
13. I.W.Morgan. Nature, 219, 1968, 147.
14. C.E.Melton. Smitson.Contrlbs.Astrophys.11, 1967, 293-299.