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.