Галина Андреевна Сальникова
Москва
Вопрос о веществе Тунгусского метеорита имеет первостепенную важность в решении проблемы природы тела, так как любая модель Тунгусского взрыва определяется характером его материальных следов.
Характерной особенностью проявления эффектов Тунгусского взрыва (ожог ветвей, картина распространения пожара, плотность вывала и наличие деревьев, переживших катастрофу) является “мозаичность” их распределения на площади эпицентра взрыва.
Отсутствие сколько-нибудь значимого количества вещества Тунгусского метеорита, найденного за все годы исследований, вызвало появление еще одной методики поиска в почве частиц, прямо или косвенно связанных с Тунгусским падением.
Такие частицы с большой вероятностью могли сохраниться под стволами деревьев, упавших в 1908 году. Вывороченные с корнем деревья сначала опирались на сучья и крону, затем постепенно опустились и прикрыли стволом материал, выпавший на землю с взрывной волной, а также в виде аэрозоля спустя некоторое время после взрыва. Всего было отобрано более 100 почвенных проб.
Пробу отбирали, вырубая в середине ствола лежащего дерева, идентифицированного как вывал 1908 года, кусок древесины длиной до полуметра. Осторожно вынув вырубленный кусок, очищали площадку под ним от остатков коры, веток и крупных камешков. На участке размером 20х20 кв. см на глубине от 0 до 5 см отбиралась проба почвы и помещалась в полиэтиленовый мешок с маркировкой. Рядом с деревом для сравнения отбиралась контрольная проба на таком же участке.
Просушенную пробу рассеивали на ситах с отверстиями от 0,2 до 10 мм. Материал, попавший на отдельные сита, просматривали визуально или под лупой. Поиск вели, ориентируясь, во-первых, на обнаружение частиц необычного вида, и, во-вторых, “мертвого” углерода, который в случае взрыва небольшой кометы должен был в изобилии выпасть на землю.
Вторым объектом для поиска стали природные ловушки космогенного материала, в роли которых выступали так называемые “карманы” - расщелины в камнях на вершинах и склонах сопок, расположенных в эпицентральной зоне (Вюльфинг, Фаррингтон, Острая, Стойкович, скалы ручья Чургим и др. объекты). Установлено, что найденный в “карманах” материал практически идентичен материалу, собранному под вывалом 1908 года.
В качестве объектов для просмотра под бинокулярной лупой были отобраны следующие частицы:
1. Крупные пористые частицы размером от 0,5 до 2 см черного цвета со стеклянным блеском и острыми кромками слоистой структуры, одновременно похожие на спекшуюся золу и смолу органического происхождения; характерной особенностью этих частиц были твердость, хрупкость и отсутствие черного следа на бумаге; за высокую зольность (до 60%) они получили название “стекла”.
2. Частицы размером от 1 до 5 мм и более черного цвета неправильной формы, твердые и хрупкие, со стеклянным блеском и острыми режущими гранями, нередко оставляющими черную черту на бумаге; эти частицы получили условное название “коксы” и в ряде случаев позволяли обнаружить глазом переход структуры сначала в древесный уголь, а затем в древесину или кору.
3. Черные пористые частицы размером от 1 до 10 мм, имеющие слоистую структуру, рисующие на бумаге жирную черную черту; эти частицы представляли собой древесный уголь, образовавшийся при горении древесины или коры - “угольки”.
4. Мелкие частицы черного цвета округлой, зачастую причудливой, формы с матовой шероховатой поверхностью, получившие название “корольки”.
5. Темные шарики размером от 0,2 до 1,7 мм правильной круглой формы, иногда сросшиеся по двое и даже по трое, а также их осколки, очень пористые в изломе; основная масса шариков имела размеры от 0,4 до 0,7 мм; крупных шариков было намного меньше. На фотографиях, снятых при увеличении в 200 раз, хорошо видна ячеистая радиально-лучистая структура шариков; ячейки, сообщающиеся с поверхностью, открывались в виде пор, напоминая губку и обеспечивая высокую сорбционную способность. Растертый в порошок шарик пачкал бумагу, как сажа. Свойства шариков подробно описаны в работе[1].
Каждый из видов найденных частиц проходил предварительную “экспертизу” на отжиг в закрытом платиновом тигле в муфельной печи при температуре 700-850 С в течение 30 минут. Навеска взвешивалась на аналитических весах до и после отжига, затем определялась зольность образца для отнесения к одному из видов материала (табл. 1).
Таблица 1 Характеристика углеродсодержащих частиц
| № п/п |
Наименование материала |
Зольность, % мас. |
Характеристика зольного остатка |
| 1 | Стекла | 30-60 | Окрашен в красно-коричневый или желтый цвет; тонкая однородная или полосчатая структура. |
| 2 | Коксы | 8-10 | Рыхлый комок спекшегося стекловидного вещества с тонкими рваными стенками зеленовато-желтого цвета. |
| 3 | Угольки | до 3 | Рыхлый комок зеленовато-серого стекловидного вещества. |
| 4 | Темные шарики | 5-11 | Цвет золы от серо-белого до рыжевато-золотистого; сохраняется круглая форма |
| 5 | Корольки | до 97 | Красновато-желтая поверхность песчанника. |
Ясно, что ни один из материалов не является углеродом в чистом виде, а скорее продуктом (за исключением “корольков”) термического превращения углеродсодержащих растительных остатков. Высокая зольность “стекол”, представляющих собой пакеты очень тонких волокон красновато-бурого или желтого цвета, позволила подозревать их в “космическом” происхождении.
Анализ кусочка “стекла” размером 0,5х1,5 см, найденного под вывалом 1908 года на склоне г. Половинка, выполненный С.П.Голенецким, обнаружил большое сходство “стекла” и почвы в районе взрыва ТКТ (табл.2).
Таблица 2 Сравнительный состав Тунгусского “стекла” и почвы [2] в эпицентре взрыва(в % мас)
|
Химический |
“Стекло” * |
Почва |
Отношение |
|
Алюминий |
4,41 |
нет данных |
|
|
Кремний |
13,70 |
нет данных |
|
|
Калий |
0,444 |
1,5 |
|
|
Кальций |
2,620 |
3,0 |
|
|
Железо |
5,515 |
5,8 |
|
|
Титан |
0,603 |
0,7 |
|
|
Марганец |
3,68 |
0,18 |
20,44 |
|
Цинк |
0,0815 |
0,02 |
4,08 |
|
Стронций |
0,007 |
0,016 |
|
|
Фосфор |
2,35 |
нет данных |
|
|
Никель |
0,0059 |
0,006 |
|
|
Кобальт |
нет |
0,003 |
|
|
Сера |
0,046 |
нет данных |
|
|
Хлор |
нет |
нет данных |
|
|
Ванадий |
нет |
0,026 |
|
|
Бром |
0,0018 |
нет данных |
|
|
Свинец |
0,0029 |
нет данных |
|
|
Рубидий |
0,0023 |
нет данных |
|
|
Иттрий |
0,006 |
нет данных |
|
|
Цирконий |
0,007 |
0,008 |
|
|
Ниобий |
0,0007 |
нет данных |
|
|
Хром |
0,0108 |
0,008 |
|
|
*Зольность “стекла” около 60%. | |||
Как видно из таблицы 2, Тунгусское “стекло” содержит повышенное количество железа, титана и марганца, что может быть связано с присутствием в почвах эпицентра магнетита, титаномагнетита и мартита[3]. Можно предположить, что Тунгусские “стекла” генетически связаны с минералами почвы и образовались при контакте вещества ТКТ с основными породами мишени при охлаждении смешанных ударных расплавов.
Характерной особенностью практически всего материала (включая мелкую гальку, крупные валуны, а также некоторые участки “камня Джона”) оказалось присутствие на его поверхности одинакового стекловидного налета желтого цвета микронной толщины. Исследование некоторых “коксов” под бинокулярной лупой позволило обнаружить вспененные капли темного стекла, впаянные в “кокс”, которые, вероятно, явились причиной коксования древесины. Так как пиролиз древесины и торфа протекает уже при 300-400 С и завершается коксованием при 500-800 С, наличие в некоторых образцах одновременно кокса, древесного угля и несгоревшей древесины говорит о том, что воздействие высокой температуры было слишком кратковременным, чтобы довести процесс коксообразования до конца.
Цынбал М.Н. и Шнитке В.Э. считают[4], что в момент основного взрыва вся масса кометного тела не успела испариться, и взрывная волна, дойдя до Земли, разбросала куски конденсированной части вещества, которое, догорая на Земле, привело к возникновению локальных очагов пожара. Можно предполагать, что образование стеклоподобной корочки на углистых частицах и каменистом материале, а также выпадение мелкодисперсного углерода, давшего изотопную аномалию, происходило в момент таких контактов кометного вещества с Землей. Эти же авторы рассчитали, что продукты взрыва парогазовой смеси при объемном взрыве кометного вещества, достигнув Земли, имеют температуру 900-1000 С, что обеспечивает доставку на Землю легкоплавких стекол в жидком виде. В 1988 году в воронке на Малом Северном острове Южного болота был найден березовый корень, спекшийся под действием молнии или другого остронаправленного теплового воздействия так, что внутри заключенного в кору корня образовалась целая россыпь “псевдотектитов” - черных стекол с характерным блеском и твердостью. Зольность “псевдотектитов” оказалась равной 10%, что выше, чем у древесного угля, и примерно соответствует зольности кокса. В 1996 году Ромейко В.А.[5] в лесу вблизи Южного болота обнаружил повреждения деревьев в виде следов поражения молнией. Деревья с такими повреждениями составляли от 15 до 60% всех деревьев.
Второй вид поражений представлял собой круглые и овальные обожженные каверны размером от 10 до 40 см в диаметре или серию поврежденных участков вдоль ствола. Если предположить, что эти повреждения вызваны контактом с расплавом минеральной составляющей кометного вещества, будущие находки Тунгусских “стекол”, возможно, будут сделаны под деревьями с лентовидным ожогом либо прямо на деревьях.
Исследование состава темных шариков, найденных в междуречье Хушмо-Кимчу повсеместно в слое почвы от 0 до 5 см, показало биофильный характер этих образований ( С 45,16%, Н 4,3%, N 1,3%, О 38,54% при зольности 10,7%). Анализ другого набора шариков дал более высокое содержание углерода (53%), что указывает на различную степень пиролиза материала.
Характерно, что все мелкие и средние шарики (0,4-0,7 мм) растворялись в азотной кислоте с выделением пузырьков газа и образованием бурого коллоидного раствора, возможно связанного с переходом соединений железа в растворимое состояние.
Большие шарики и их обломки в азотной кислоте не растворялись. Известно, что чистый углерод весьма стоек к действию щелочей, кислот и различных органических растворителей, обладает малой чувствительностью к действию света, кислорода воздуха, высоких и низких температур. Так же, как и “стекла”, зола шариков, исследованная методом атомно-абсорбционного анализа, обнаружила тенденцию к обогащению легкими и летучими химическими элементами ( Si 32,2%, Al 24,6%, Ca 36,5%, Fe 4,95%, Cu 1,7%).
Вероятно, пути образования крупных и мелких шариков различны. Часть шариков, не растворимых в азотной кислоте, могла образоваться при горении торфа и смолистых веществ, выделяющихся из древесины, при температурах 600-800С с образованием пористых продуктов с высоким содержанием углерода.
Другая часть шариков, подхваченная отраженной ударной волной, сконденсировала на своей поверхности расплавленный аэрозоль кометного вещества и покрылась желтой стеклоподобной коркой. В таблице 3 приведены сравнительные данные содержания микроэлементов, найденных в темных шариках [1], местной терригенной пыли, фоновом веществе торфа и, предположительно, в ТКТ [6]. Шарики, собранные в районе горы Острой, представлены материалом из “карманов” и почвы под горой; некоторое различие в содержании элементов в этих пробах может быть связано с более интенсивным протеканием в почве обменных процессов.
Таблица 3. Сравнительные данные содержания некоторых элементов в шариках разных проб, в местных материалах и ТКТ ( в % мас. х 10*-4)
|
Химический |
Пожарные шарики [1] |
Местный материал [6] | |||||
|
г Острая |
Чековск. |
Чургим. |
Терриген. |
Фоновый |
ТКТ | ||
|
карман |
почва | ||||||
|
Скандий |
3,1 |
9,2 |
3,8 |
0,03 |
41 |
7,2 |
5,6 |
|
Кобальт |
37 |
18,7 |
41,5 |
0,33 |
46 |
23 |
74 |
|
Ртуть |
0,7 |
2,2 |
1,3 |
1,6 |
0,03 |
0,28 |
16 |
|
Самарий |
4,3 |
1,5 |
3,1 |
0,14 |
нет |
нет |
нет |
|
Бром |
13,4 |
6,5 |
13,7 |
4,1 |
2 |
140 |
960 |
|
Натрий |
- |
3,25 |
- |
2,11 |
160 |
44 |
190 |
|
Лантан |
27,1 |
13,7 |
16,3 |
0,2 |
23 |
7,6 |
13 |
|
Торий |
- |
0,61 |
0.46 |
0,007 |
нет |
нет |
нет |
|
Цезий |
0,87 |
2,7 |
1,5 |
0,008 |
1 |
11 |
14 |
|
Церий |
42,2 |
24,4 |
56 |
- |
18 |
17 |
17 |
|
Хром |
- |
53,5 |
16 |
- |
14 |
2,9 |
9,1 |
|
Барий |
- |
118 |
- |
- |
260 |
220 |
810 |
|
Европий |
0,5 |
0,3 |
0,6 |
- |
300 |
0,22 |
0,15 |
|
Гафний |
- |
2,24 |
0,32 |
- |
нет |
нет |
нет |
|
Никель |
- |
- |
86,6 |
- |
40 |
3,2 |
25 |
|
Золото |
0,004 |
- |
- |
- |
0,0002 |
1,0 |
3,2 |
|
Рубидий |
- |
6,7 |
- |
- |
- |
110 |
60 |
|
Селен |
1,5 |
1,7 |
- |
- |
нет |
нет |
нет |
Шарики пожарного слоя Чургимского торфяника более бедны микроэлементами из-за вымывания последних в нижележащие слои торфа.
Шарики, собранные на свежей Чековской гари 1985 года, имели средний диаметр 0,6-0,8 мм и чистую черную блестящую поверхность. Анализ табличных данных позволяет заключить, что химический микроэлементный состав шариков в целом совпадает с аномалиями местной терригенной пыли, но дает заметные всплески по сдержанию Hg, Ni, Cr и некоторых редкоземельных элементов, присущих ТКТ. Возможно, последнее связано с высокой сорбционной способностью поверхности шариков, сумевших обменять растворимые в воде соли Na и K на другие элементы из почвы или захвативших вещество ТКТ в виде стекловидной корки.
Весь пожарный материал - древесный уголь, “коксы”, “корольки” и шарики - явился результатом кратковременного ( 2-10 с) наложения на лесную подстилку высоких (500-800С) температур, что привело к образованию скоксовавшегося углистого материала и выделению летучих смол и горючих газов. Последующая жизнь этого материала в виде шариков, “коксов”, угля и т.д. определялась внешней средой: влажностью, характером места выпадения, минеральной компонентой почвы, ее кислотностью и другими условиями.
Наличие инородных включений, обнаруженных при расплавлении золы шариков, магнитные свойства, проявляемые некоторыми из них, различный цвет стекла, образованного расплавом, разная способность к растворению в азотной кислоте - все это указывает на различные условия формирования шариков и на возможность весьма высокого подъема паров осмолившегося материала вслед за ударной волной.
При этом смолистые вещества могли захватывать как терригенную пыль, так и минеральную составляющую ТКТ. Хотя разделить эти эффекты достаточно сложно, найденный углеродсодержащий материал может служить равноправным объектом для изучения химических аномалий микроэлементов, связанных с Тунгусским падением.
Автор выражает благодарность за тесное сотрудничество своим коллегам Мульдиярову Е. Я. и Гришину Ю.А. , принимавшим участие в сборе и обработке проб.
Литература
1. Мульдияров Е.Я., Сальникова Г.А. О природе темных шариков из района Тунгусской катастрофы. Чтения памяти Ю.А.Львова. Томск, ТГУ, 1995, с.182.
2. Ковалевский А.Л., Резников И.В., Снопов Н.Г., Ошаров А.Б., Журавлев В.К. Некоторые данные о распределении химических элементов в почвах и растениях в районе падения Тунгусского метеорита. Проблема Тунгусского метеорита. Томск, ТГУ, 1967, вып.2, с.125.
3. Журавлев В.К., Демин Д.В. и др. Результаты шлихового опробования и спектрального анализа почв из района падения Тунгусского метеорита. Вопросы метеоритики. Томск, ТГУ, 1976, с.99.
4. Цынбал М.Н., Шнитке В.Э. Об ожоге и пожаре в районе падения Тунгусского метеорита. Актуальные вопросы метеоритики в Сибири. Новосибирск, Наука, 1988, с.41.
5. Ромейко В.А. Необычное открытие на месте Тунгусской катастрофы. Тунгусский вестник КСЭ. Москва, 1996, №3, с.16.
6. Голенецкий С.П., Степанок В.В., Колесников Е.М., Мурашов Д.А. К вопросу о химическом составе и природе Тунгусского космического тела. Астрономический вестник, Москва, 1977, т.Х1, №3 , с.126.