Данная статья включает результаты последней из наших многолетних работ по поискам распыленного вещества Тунгусского космического тела (ТКТ) 1908 г. в верховых торфяниках в эпицентре взрыва ТКТ (см. ссылки в [Kolesnikov et al., 1999]). Верховые торфяники Sphagnum fuscum получают минеральное питание только с аэрозолями воздуха и поэтому являются естественными концентраторами земной и космической пыли [Львов, 1984]. Однако надежно зафиксировать присутствие вещества ТКТ в торфе оказалось очень трудной задачей. Это удалось сделать лишь в самые последние годы с применением новейших совершенных и точных методов исследований.
Действительно, ТКТ, по мнению большинства ученых, было ядром небольшой кометы [Бронштэн, Зоткин, 1995]. Кометарное ядро представляет собой, как известно, смерзшийся конгломерат льдов, состоящий, главным образом, из летучих соединений Н, С, N, О. Но эти же элементы содержатся в больших количествах в почве и растениях, поэтому обнаружить эффекты выпадения кометного вещества на Землю, как на почвы, так и на торфяные залежи, весьма трудно.
По сведениям о комете Галлея имеющиеся в кометном ядре пылевые частицы имеют химический состав, близкий к составу углистых хондритов типа CI [Jessberger, Kissel et al.,1986], но они очень малы по размерам. По нашим расчетам [Kolesnikov, Boettger et al., 1996], из данных космических миссий Вега и Джотто к комете Галлея [Simpson, Sagdeev et al., 1986], их диаметр составляет в среднем всего около 0,5 мкм, и поэтому их очень трудно выделить из почвы и торфа.
Изотопные аномалии у Н и С в торфах
В предыдущих работах мы предложили фиксировать присутствие кометного вещества на Земле по изменению изотопного состава легких элементов и обнаружили изотопные сдвиги у Н и С в «околокатастрофных» слоях торфа из эпицентра взрыва по сравнению с другими слоями [Колесников, 1982, 1984]. В дальнейшем эта методика позволила выявить другие точки на местности в районе взрыва, обогащенные веществом ТКТ, которое выпадало на поверхность Земли крайне неоднородно [Колесников, Беттгер и др. 1995, 1996; Kolesnikov, Boettger et al., 1996]. Сдвиги в изотопном составе у углерода составляли до Д13С = +4,3 %о (см. рис.1), а у водорода - до AD = -22 %о. Они оказались противоположны по знаку и поэтому не могли быть вызваны климатическими изменениями или другими физико-химическими факторами. Их нельзя объяснить и другими земными причинами, например, гумификацией торфа или выпадением после взрыва земной минеральной или органической пыли и сажи от пожаров, так как изотопный состав исследованных элементов в материале пыли либо очень близок к нему в торфе, либо должен был давать эффекты другого знака. Захват выделившихся из Земли углеводородных газов дал бы резко отрицательный изотопный эффект у углерода вместо наблюдаемого положительного. Действительно, специально исследованная нами дюлюшминская нефть из этого района показала значение δ13С = -33,7±0,1%о для углерода нефти, против -27,0 ±0,5%о для торфа.
На Прихушминском и Южном торфяниках максимальные изотопные сдвиги имели место в самых глубоких исследованных слоях [Колесников и др., 1995], где, по нашим оценкам, летом 1908 г. располагалась «старая» граница вечной мерзлоты и где могло зафиксироваться опустившееся туда космическое вещество. Для Прихушминского торфяника эта «старая» граница в настоящее время располагается на глубине 60-65 см от поверхности. Следовало ожидать, что в еще более глубоких слоях торфяника изотопные эффекты должны отсутствовать.
Чтобы проверить это предположение, а также учитывая результаты исследований томских коллег по скорости прироста торфа [Дорошин, 1988], в 1994 г. на Прихушминском торфянике нами была вырублена в вечной мерзлоте более глубокая колонка, чем колонка из этого торфяника, проанализированная в работе [Колесников и др., 1995]. Торф перед анализом тщательно очищался от посторонних примесей - корешков других растений, палочек, листочков и т.п. Глубина "катастрофного" слоя, включающего прирост 1908 г., определялась ботаническим методом по методике Е. Я. Мульдиярова, Е. Д. Лапшиной и П. А. Бляхорчука [Мульдияров, Лапшина, 1983; Лапшина, Бляхорчук, 1986]. Применявшаяся методика масс-спектрометрического изотопного анализа торфа описана в работах [Колесников и др., 1995, 1996].
Результаты анализа углерода для Прихушминского торфяника (эпицентр) и Цветковского торфяника (Ванавара), расположенного в 70 км от эпицентра взрыва, приведены на рис. 1. Каждая точка на рисунках соответствует среднему значению из результатов трех параллельных анализов проб торфа с данной глубины.
Как и в "фоновом" торфянике из Томской области [Колесников и др., 1995], для торфяника из-под пос. Ванавара мы не обнаружили значительных колебаний в изотопном составе углерода по глубине колонки, в том числе и на глубине, включающей прирост 1908г. Среднее значениеδ13CPDB = -27,4±0,5%о для всех слоев этой «фоновой» колонки близко к изотопному составу углерода в тех слоях Прихушминского торфяника из эпицентра взрыва, где изотопные эффекты отсутствуют: это верхние слои до глубины 25 см со средним значением δ13NPDB = -27,4±0,4%o и самые нижние с глубины от 75 до 85 см со средним значением NPDB δ13Ν= -27,4±0,5%o. Значения δ13С для верхних и нижних слоев совпадают между собой. Таким образом, в торфе, расположенном ниже "старой" границы вечной мерзлоты 1908 г., изотопный эффект отсутствует, так как туда не могло проникнуть опустившееся из «катастрофного» слоя космическое вещество.
В «околокатастрофных» слоях на глубине 35-65 см, как и в предыдущих работах [Колесников, 1982; Колесников и др., 1995] наблюдается утяжеление изотопного состава углерода. Причем максимальный изотопный эффект относительно верхних и нижних слоев обнаружен в «катастрофном» слое, располагавшемся в год отбора этой колонки на глубине 45 см. Он составляет Δ13С = +4,3±0,7%о, то есть более чем в 6 раз превышает погрешность измерений. Изотопный эффект в «надкатастрофных» слоях на глубине 35-40 см можно объяснить частичной утилизацией органического космического вещества растущим мхом. Подобный эффект наблюдался ранее для ряда биогенных элементов К, Na и др. в работе [Голеницкий, Степанок, Колесников, 1977]. Эффект в «подкатастрофных» слоях, вызван, по всей вероятности, частичным вымыванием космического вещества из «катастрофного» слоя и его перераспределением в торфе до «старой» границы вечной мерзлоты 1908 г.
Из сравнения графиков на рис. 1 видно, что намечается обратная корреляция изотопного эффекта и содержания углерода. Торф с глубины 30-60 см, где изотопный эффект максимален, имеет пониженную концентрацию углерода (44,0±0,8%) по сравнению с торфом с глубины 5-25 см и 66-80 см, где изотопный эффект отсутствует (46,1±0,7%). Снижение концентрации углерода в «околокатастрофных» слоях (на 2,1±1,0%) указывает на то, что законсервированное в торфе вещество, носящее положительную изотопную метку у углерода, имеет меньшее содержание углерода по сравнению с торфом.
Для проверки, не связаны ли изотопные аномалии с привносом в торф материала от сгоревших во время катастрофы деревьев или торфяников, мы исследовали изотопный состав темных прослоек торфа. Для этих образцов можно было ожидать влияния пожаров, на рис.1 они обозначены буквой d. Как видно из рис.1, темный торф на глубине 58 см как по содержанию углерода, так и по его изотопному составу не выделяется из общего хода графиков. Более темная часть торфа на глубине 66 см имеет повышенное содержание углерода, но и более легкий его изотопный состав. То же самое мы получили для образца F, отобранного в стороне от исследованной колонки на том же торфянике, и носящего явные признаки пожара. Он имеет более высокое содержание углерода, но более низкое значение δ13NPDB = - 26,9±0,7%о, чем обычный торф на той же глубине. То есть привнос в торф «пожарного» материала увеличивает содержание углерода, но не утяжеляет, а напротив, облегчает изотопный состав углерода торфа. Плохая очистка образцов торфа от корешков других растений также могла вызвать только отрицательный, а не наблюдаемый положительный изотопный эффект. Полученные значения δ13С и содержания углерода в корешках кустарничков и березки обозначены на рис.1 буквой Р. Ранее [Колесников, 1982, 1984; Колесников и др., 1995], мы рассмотрели и отвергли другие возможные земные причины обнаруженных изотопных аномалий.
Сравнение изотопных данных с данными по иридию
Космохимическое происхождение изотопных аномалий хорошо подтверждается имеющимися корреляциями изотопных эффектов и повышенной концентрацией в торфах 1r [Колесников, Беттгер и др., 1996; Kolesnikov, Boettger et al.,1996]. Иридий является прекрасным индикатором присутствия космического вещества на Земле, так как его содержание в метеоритах примерно в 20 тыс. раз больше, чем в породах земной коры.
Иридиевая аномалия была впервые обнаружена в торфе из Южного болота в работе [Назаров и др., 1990]. Содержание Ir в «катастрофном» слое составляло всего 17,2 ppt (10-12г/г). Однако это соответствовало измеренной величине 735 ppt в минеральной части (золе) торфа, что более чем в 35 раз превышает среднюю концентрацию этого элемента в породах земной коры, составляющую около 20 ppt. To есть повышенное содержание Ir хорошо фиксировало присутствие космического вещества в торфе.
Позже Хоу, Ма и Колесников [Hou, Ma, Kolesnikov, 1998] обнаружили значительную Ir аномалию в 0,54ppt (10-9 г/г) в колонке торфа из Северного болота, которая в 30 раз превышала значение для Южного болота (рис.2, левый). В той же колонке были обнаружены повышенные содержания Ni и Со по сравнению с обычной (трапповой) пылью этого района. Отношения Fe/Ni и Fe/Co, соответственно 90 и 640, оказались значительно ниже, чем в траппах, - 3300, что указывало на избыток космических Ni и Со в торфе. Четкая положительная корреляция содержаний Ir, Ni и Со и близкое к космическому отношение Ni/Ir ~ 5000 указывали на общий источник избытка этих элементов в торфе — присутствие вещества ТКТ. О космическом происхождении «закон сервированного» в торфе вещества свидетельствовала также близкая к линейной форма CI-хондритонормализованного рисунка содержаний редкоземельных элементов, значительно отличающаяся от земных (трапповых) соотношений этих элементов (см. рис. 2 и 3 в работе [ Hou, Ma, Kolesnikov, 1998]).
На рис.2 приведены данные послойного измерения содержания Iг, полученные в этой работе [Hou et al.,1998], и наши более ранние результаты послойного изотопного анализа углерода в той же колонке торфа, отобранной на Северном торфянике [Колесников, 1984]. Хорошо видно, что формы полученных кривых практически совпадают, что указывает на одну и ту же причину резкого увеличения концентрации иридия и утяжеления изотопного состава углерода в «катастрофном» и более глубоких слоях торфа - присутствие в торфе космического вещества.
|
Рис.1. Вариации содержания и изотопного состава углерода по глубине торфа (Н) в колонке из эпицентра взрыва ТКТ (р-н р.Хушма, на рис. точки), и в контрольной колонке в 70 км от эпицентра (р-н пос. Ванавара, на рис. крестики). Пунктирная линия - уровень вечной мерзлоты летом 1908 г. F - сгоревший торф, d - темный торф, К - торф «кукушкин лён», Р-другие растения |
Рис. 2. Корреляция изменения содержания иридия и изменения изотопного состава углерода по глубине торфа (Н) в колонке из Северного торфяника
|
Недавно Е. М. Колесников, Т. Беттгер и Н. В. Колесникова [Kolesnikov, Boettger, Kolesnikova, 1999] показали, что для объяснения наблюдаемых изотопных эффектов у углерода необходимо, чтобы примесный углерод имел очень тяжелый, резко отличный от земного изотопный состав от +51 до +64 %о. Такой тяжелый углерод отсутствует не только на Земле, но он не характерен также для обычных ходритов и ахондритов, то есть обнаруженные изотопные аномалии нельзя объяснить консервацией в торфе не только земного вещества, но и вещества обычных хондритов и ахондритов.
Такой тяжелый углерод весьма характерен для редкого типа метеоритов - наиболее примитивных углистых хондритов типа Ивуна (Ivuna, тип CI) и Мигеи (Mighei, тип CM) [Halbout et al., 1985]. Однако объяснить наблюдаемые изотопные эффекты разрушением над местностью углистого хондрита также нельзя из-за слишком низкой измеренной концентрации Ir в торфе. Таким образом, наблюдаемые эффекты можно объяснить только консервацией в торфе материала кометного ядра, имевшего в своем составе очень низкую пылевую составляющую. На эту характерную особенность вещества ТКТ обратили внимание К. Рассмуссен и его коллеги [Rasmussen et. al., 1995], которые пытались обнаружить увеличение концентрации Ir и ряда др. элементов в отложениях льда Гренландии, включающих 1908 г. Эффект отсутствовал, и авторы заключили, что хондритовая (пылевая) составляющая ТКТ была менее 5% от общей массы взорвавшегося тела.
Принимая, что состав пыли у Тунгусской кометы был подобен составу пыли у кометы Галлея, то есть был близок по составу к углистым хондритам CI [Jessberger et al., 1986], где содержание Ir равно 460 ppt (10-9 г/г), мы рассчитали [Kolesnikov et al., 1999], что космическая пыль составляет всего 0,00037% от веса торфа, что в 10 тыс. раз меньше, чем оцененная величина примеси космического углерода в «катастрофном» слое торфа (3,6%). То есть ядро Тунгусской кометы представляло собой, по всей вероятности, практически чистый лед с примесями только углеводородов и др. органического вещества. По низкой концентрации пыли оно резко отличалось от ядра кометы Галлея, где содержание пыли составляло (по весу) около 40%.
Этот вывод из нашей работы хорошо подтверждается показаниями очевидцев пролета Тунгусского болида. Действительно, никто из более чем 700 очевидцев не отметил наличие дымного следа при пролете ТКТ, который сопровождает падение обычных каменных и железных метеоритов. Это можно объяснить только низким содержанием тугоплавкой компоненты в его составе [Львов, 1984; Плеханов, 1997]. По нашему мнению, эта характерная особенность Тунгусской кометы - очень низкая концентрация пыли в ее ядре - сильно затруднила обнаружение вещества ТКТ на Земле.
В недавней работе К. Расмуссен и его коллеги [Rasmussen et al., 1998] исследовали ту же колонку из Прихушминского торфяника, которая была изучена нами ранее в работе [Колесников и др., 1996]. Эти авторы подтвердили обнаруженный нами изотопный эффект у стабильных изотопов углерода торфа. Космохимический характер изотопного эффекта подтверждался обнаруженной Ir аномалией в тех же слоях торфа, а также впервые надежно установленным присутствием в "околокатастрофных" слоях "мертвого" кометарного абиогенного углерода, не содержащего радиоактивный изотоп углерода 14С. Попытки обнаружить наличие "мертвого" углерода в торфах и деревьях района катастрофы предпринимались ранее неоднократно [Львов, 1984], но результаты не были столь определенны, в том числе и в нашей предыдущей работе для этой колонки торфа [Kolesnikov et al., 1996].
Следы кислотных дождей
В предыдущих работах была решена также другая важная задача - путем послойного исследования содержания и изотопного состава азота в колонках торфа было показано, что пролет и взрыв Тунгусского болида вызвал выпадение в районе катастрофы обильных кислотных дождей, которые способствовали выпадению образовавшихся при взрыве аэрозолей [Колесников, Беттгер и др.,1996; Kolesnikov, Kolesnikova, Boettger, 1998].
Известно, что при высокой температуре кислород воздуха реагирует с азотом с образованием окислов азота. Этот процесс идет и в ударно-нагретой атмосфере при высокой скорости движения метеоритных тел [Prinn, Fegley, 1987]. Образующийся NO переходит в NO2, затем реагирует с Н2О и превращается в HNO2 и HNO3, которые выпадают на Землю в виде кислотных дождей. Наличие следов таких дождей было впервые обнаружено в отложениях на мел-палеогеновой стратиграфической границе 66 млн лет назад [Gilmour, Boyd, 1988; Robert et al., 1990]. Кислотные дожди являлись одной из причин глобальной катастрофы, вызванной столкновением с Землей крупного космического тела (кометы или астероида) диаметром около 10 км [Alvarez et al., 1980]. В результате столкновения на поверхности Земли образовалось несколько гигантских импактных кратеров, в том числе и гигантский Карский кратер диаметром ПО км [Колесников, Назаров и др., 1990; Kolesnikov, Nazarov et al., 1990]. Это столкновение с Землей вызвало гигантскую экологическую катастрофу, которая привела к глобальному вымиранию живых организмов на Земле, в том числе динозавров (см. ссылки в работах [Колесников, Беттгер и др., 1996] и [Kolesnikov, Kolesnikova, Boettger, 1998]).
Следы кислотных дождей были зафиксированы при исследовании содержаний и изотопного состава азота по глубине отложений осадочных пород. В пограничных К/Т слоях содержание азота оказалось в 8-20 раз выше, чем в «докатастрофных» и «послекатастрофных» слоях геологических разрезов. Обогащение азотом хорошо коррелировало с резким увеличением концентрации иридия. В тех же пограничных слоях наблюдались аномалии в изотопном составе азота, причем имел место положительный изотопный эффект, который составлял ОТ+3°/оо ДО+18%о.
Подобные эффекты мы обнаружили в колонках торфа, отобранных как в эпицентре взрыва (Прихушминский торфяник), так и в 70 км к югу от эпицентра в р-не пос. Ванавара (Цветковский торфяник). На Прихушминском торфянике с увеличением глубины наблюдалось плавное утяжеление изотопного состава азота торфа. Причем, начиная с «катастрофного» слоя и глубже это изменение становилось более резким (δ15N увеличивалось от -2.0 до +1.5%о) с пиком на глубине, соответствующей «старой» границе, до которой оттаяла вечная мерзлота летом 1908 г. На этот уровень, по всей вероятности, опустились хорошо растворимые в воде кислоты, выпавшие на поверхность торфяника. Изотопный эффект Δ15N составлял около +3,5%о, причем, как и на К/Т границе, он хорошо коррелировал с примерно трехкратным увеличением концентрации азота в «подкатастрофных» слоях этого торфяника.
Близкие эффекты наблюдались и в колонке с Цветковского торфяника. Если для углерода, фиксирующего присутствие вещества ТКТ в торфе, колонка из-под Ванавары была фоновой (см. рис.1), то для азота, отражающего следы «кислотных дождей», обнаруженные эффекты оказались подобными эффектам в торфе из эпицентра. И этого следовало ожидать, так как Тунгусский болид пролетел недалеко от Ванавары, и там тоже должны были выпасть «кислотные дожди».
Однако надо иметь в виду, что торф Sphagnum fuscum является прекрасным сорбентом всех выпадающих кислот, в том числе и кислот от техногенных загрязнений атмосферы. Так, исследованная нами колонка торфа из Томской области (70 км от г.Томска), которая была прекрасным «фоновым» объектом для изотопии углерода и водорода [Колесников, Беттгер, Колесникова, 1995], оказалась непригодной на роль "фоновой" для азота, так как она имеет явные признаки загрязнения промышленными окислами азота. Так, среднее содержание азота в этой колонке почти вдвое превышает его содержание в колонке из-под Ванавары (0,72±0,20% против 0,42±0,06%). Кроме того, как содержание так и изотопный состав азота в этой колонке испытывают резкие нерегулярные колебания в различных слоях. Поэтому для исследований влияния болидов необходимо отбирать торф в экологически чистых районах, далеких от крупных промышленных центров. К счастью, район взрыва ТКТ является именно таким районом.
Четкая привязка обнаруженного изотопного эффекта в азоте торфа из эпицентра к границе вечной мерзлоты 1908 г., синхронность пика изменения изотопного состава и пика концентрации азота, а также хорошая корреляция с данными по мел-палеогеновой границе позволили нам связать обнаруженные в торфе эффекты с выпадением кислотных дождей после пролета и взрыва ТКТ.
Элементные аномалии в торфе
В данной работе мы сделали попытку отделить с помощью кислотного растворения вещество ТКТ от органического вещества торфа и исследовать его химический состав. Ранее [Колесников, Беттгер, Колесникова, 1995] с использованием изотопных меток у углерода и водорода было показано, что обработка торфа кислотами приводит к преимущественному выносу вещества ТКТ в раствор. После кислотной обработки торфа изотопные эффекты, вызванные присутствием вещества ТКТ, в нем пропадали.
Рис. 3. Вариации содержаний главных элементов, а также Со и Ni, по глубине (Н) в Прихушминском торфянике
В данной работе для отмывки вещества ТКТ навески высушенного при 105±2°С торфа обрабатывались в течение 5-6 ч смесью концентрированных кислот HCl, HF и HNO3 во фторопластовых стаканах с периодическим перемешиванием и подогревом под мощной э/лампой.
Раствор упаривался под лампой до влажных солей и остаток растворялся в ЗМ HCl. Подобная методика разложения проб применялась для НАА анализа Ir и др. элементов в осадочных породах в работе [Барсукова, Колесов и др., 1986]. После обработки торфа оставался неразложившийся черный органический осадок, который отстаивался в течение 1-2 сут. Для анализа использовались только верхние прозрачные части растворов. В подготовленных таким образом растворах удалось проанализировать наиболее полно содержания 29 химических элементов с помощью масс-спектрометра с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) типа НР-4500 фирмы Hewlett Packard. Измеренные концентрации элементов в растворах пересчитывались затем на их концентрации в сухом торфе.
Нами были исследованы 15 проб торфа по глубине колонки того же Прихушминского торфяника, в котором ранее были обнаружены наибольшие изотопные сдвиги у углерода [Колесников,. Беттгер и др.,1996] (рис.1). Как было отмечено ранее, изотопные эффекты имели место только в «околокатастрофных» слоях торфа, включающих прирост 1908 г., и отсутствовали в верхних слоях и в слоях под границей, до которой оттаяла вечная мерзлота в июне 1908 г. Над этой границей ранее были обнаружены также сдвиги в изотопном составе азота торфа и резкое увеличение его содержания [Колесников, Беттгер и др., 1996; Kolesnikov, Kolesnikova, Boettger, 1998]. Полученное в этих работах распределение содержания азота по глубине колонки торфа приведено на рис.3.
В данной работе в том же интервале глубины колонки между «катастрофным» слоем и границей вечной мерзлоты 1908 г. мы обнаружили обогащение торфа по сравнению с верхними и нижними слоями колонки как главными химическими элементами - Na, Mg, Al, Si, К, Са, Ti, Fe, а также Со и Ni (рис.3), так и некоторыми элементами-примесями - Sc, Rb, Sr, Pd, U, Th (рис. 4). Особенно резко оказались увеличены содержания легколетучих элементов (рис.5), например, щелочных металлов - Li, Na, Rb, Cs и ряда других летучих элементов -Си, Zn, Ga, Br, Ag, Sn, Sb, Pb, Bi.
Рис. 4. Вариации содержаний некоторых элементов-примесей по глубине (Н) Прихушминского торфяника
Для расчета величины обогащения торфа веществом ТКТ использовалась методика, обычно применяемая для обработки гамма-спектров в НАА: для каждого элемента из величины пика (или суммы пиков) его содержания в торфе вычиталась средняя величина фона, в данном случае среднее содержание данного элемента в торфе выше и ниже слоев, где наблюдается аномальное увеличение концентрации этого элемента.
По сравнению с нормальным составом торфа рассчитанная таким образом концентрация Na оказалась увеличена почти в 800 раз, a Si - в 120 раз. Оба эти элемента имеют самые высокие концентрации в веществе ТКТ в торфе. Содержание Na составляет 11,0%, a Si - 10,6%. Остальные главные элементы имеют на порядок и более низкие концентрации. Содержание Mg составляет 0,37%, А1 - 0,41%, К - 0,33%, Са - 0,82%, Ti - 0,04%, Мп - 0,03%, Fe - 1,24% и Ni - 0,02%. Следует подчеркнуть, что приведенные содержания элементов характеризуют сухое (обезвоженное и обезгаженное) вещество ТКТ в торфе, составлявшее лишь небольшую долю всей массы кометного ядра. Причем данная точка на местности в эпицентре взрыва имеет наибольшую из всех исследованных нами концентрацию вещества ТКТ. Ранее отмечалось, что вещество ТКТ выпадало на местность крайне неоднородно.
Полученное высокое содержание натрия в веществе ТКТ в торфе коррелирует с большой концентрацией этого элемента, измеренной ранее в двух группах силикатных Микросферул (2,5 и 2,8%) [Колесников, Люль, Иванова, 1977] и в трех крупных Микросферулах (в средн. 9,2%) [Долгов, Васильев и др., 1973], выделенных из золы торфа.
Химический состав элементов, имеющих высокие концентрации в торфе, помимо шариков в работе [Колесников, Люль, Иванова, 1977], в общих чертах соответствует также составу частиц из смолы деревьев [Longo, Serra et al, 1994], а также составу аномальных элементов в золе торфа в работе [Голенецкий, Степанок, Колесников, 1977]. Имеющиеся расхождения вызваны скорее всего различными применявшимися методами анализа, а также отсутствием в данной работе обычно применявшейся операции сжигания торфа, вызывающей частичные или полные потери многих летучих элементов.
Рис. 5. Вариации содержаний летучих элементов по глубине (Н) Прихушминского торфяника
В работе С. П. Голенецкого, В. В. Степанка и Е. М. Колесникова (1977) было показано, что земная пыль района взрыва ТКТ близка по составу к окружающим траппам. Однако обнаруженные в торфе эффекты не могли быть вызваны выпадением трапповой пыли во время взрыва. Действительно, по сравнению с траппами в «законсервированном» в торфе веществе по отношению к Si резко уменьшены содержания других главных элементов: Mg, Al, Ca, Ti и Fe. В то же время значительно увеличены отношения содержаний Mg/Al и Ni/Fe (соответственно в 2 и 5,5 раз), что указывает на привнос в торф космического вещества. Кроме того, сильно отличаются от трапповых отношения труднолетучих литофильных элементов Ca/Al/Ti, а также наблюдается многократное обогащение некоторыми летучими элементами: Na, Cu, Ga, Br, Rb, Ag, Sn, Pb и др.
По сравнению с обычными метеоритами сохранившееся в торфе предполагаемое вещество ТКТ оказалось обеднено Fe и др. сидерофильными элементами. В то же время, даже по сравнению с углистыми хондритами CI и СМ, оно оказалось обогащено многими летучими элементами, что указывает на его кометный источник [Колесников, 1980]. Не противоречит известным сведениям о составе комет и обнаруженное нами большое содержание натрия и кремния в веществе ТКТ. Как известно, большие содержания этих элементов обнаружены в спектрах излучения некоторых комет. Например, в спектре кометы Икейя Секи, которая пролетела на близком расстоянии от Солнца, отношение Na/K оказалось в 100 раз, а отношение Si/Fe в 10 раз больше, чем в углистых хондритах CI [Preston, 1967].
Большие концентрации натрия обнаруживаются в спектрах излучения метеоров, подавляющее большинство которых имеют кометное происхождение [Millman, 1977]. Увеличение концентрации ионов Na и Si вместе с рядом других элементов (Mg, К, Ca, Cr, Fe, Ni) было зафиксировано на высоте 114 км после метеорного потока Таурид [Бронштэн, 1981], с которым связывают падение ТКТ [Бронштэн, Зоткин, 1995].
Известно, что ввиду наличия большого числа линий железа, суммарная интенсивность излучения паров железа в метеорной коме обычно преобладает над эмиссией всех других элементов. Однако наблюдаются болиды, где, напротив, преобладает излучение натрия. Так, в свечении болида № 27471 (27.10.1960) 74% всего излучения принадлежало дуплету D Nal, в то время как на долю излучения Fe пришлось лишь 18% [Бронштэн,1982]. Содержание натрия в трех метеорах было определено равным 4,7; 6,4 и 6,5 % [Саидов, 1970], что на порядок выше, чем среднее содержание этого элемента в метеоритах (0,68% [Мэйсон, 1965]).
В микрочастицах, собираемых в верхних слоях атмосферы (IDPs), в так называемых хондритовых пористых агрегатах, которые являются продуктами распада комет [Bradley, Sandford, Walker, 1988], наблюдается резкое увеличение концентраций Си, Zn, Ga, Sn, Bi и Br по сравнению с углистыми хондритами CI (см., например, работу [Rietmeijer, 1989]). Это хорошо коррелирует с полученными нами результатами.
Таким образом, обнаруженное в «околокатастрофных» слоях торфа резкое увеличение содержания ряда химических, главным образом летучих, элементов, как и ранее обнаруженные нами сдвиги в изотопном составе Н, С и N, ясно указывают на кометарный источник «законсервированного» в торфе вещества, присутствие которого впервые столь надежно зафиксировано на Земле.
Авторы благодарят акад. В. А. Жарикова, акад. Ю. А. Золотова и проф. Ю. А. Шуколюкова за предоставленную возможность проведения данных исследований и обсуждение результатов, проф. Ханса Ольсена (Институт астрономии Дании) за финансовую поддержку экспедиции 1994г., а также М. Колесникова, Е. Афримзон и других коллег по экспедиции, помогавших в отборе и очистке образцов торфа. Работа поддержана грантом РФФИ-ГФЕН N 99-05-39082.
Литература
Барсукова Л. Д., Колесов Г. М., Малофеев Г. И., Назаров М. А., Марчева Е. В. Нейтронно-активационное определение иридия в осадочных горных породах с предварительным сорбционным концентрированием // ЖАХ. 1986. Т.41, №5. С. 874-878.
Бронштэн В. А. Физика метеорных явлений. М.: Наука, 1981.
Бронштэн В. А. Спектры метеоров // Метеорное вещество в межпланетном пространстве. Москва; Казань, 1982. С. 208-224.
Бронштэн В. А., Зоткин И. Т. Тунгусский метеорит: осколок кометы или астероида? // Астрон. вестник. 1995. Т.29,№3. С. 278-283.
Голенецкий С. П., Степанок В. В., Колесников Е. М. Признаки космохимической аномалии в районе Тунгусской катастрофы 1908г. //Геохимия. 1977. №11. С. 1635-1645.
Долгов Ю. А., Васильев Н. В., Шугурова Н. А., Лаврентьев Ю. Г., Гришин Ю. А., Львов Ю. А. Состав Микросферул из торфа с места Тунгусского взрыва // Метеоритика. 1973. Вып. 32. С. 147-149.
Дорошин И. К. К методике поиска вещества Тунгусского меторита в торфах // Актуальные вопросы метеоритики в Сибири. Новосибирск: Наука, 1988. С. 31-41.
Колесников Е. М. О некоторых вероятных особенностях химического состава Тунгусского космического тела // Взаимодействие метеоритного вещества с Землей. Новосибирск: Наука, 1980. С.87-102.
Колесников Е. М. Изотопные аномалии в Н и С из торфа с места падения Тунгусского метеорита // ДАН СССР. 1982. Т. 266, №4. С. 993-995.
Колесников Е. М. Изотопные аномалии в торфе с места падения Тунгусского метеорита // Метеоритные исследования в Сибири. Новосибирск: Наука, 1984. С. 49-63.
Колесников Е. М., Бёттгер Т., Колесникова Н. В. Изотопный состав углерода и водорода в торфе с места взрыва Тунгусского космического тела // ДАН. 1995. Т. 343, №5. С. 669-672.
Колесников Е. М., Бёттгер Т., Колесникова Н. В., Юнге Ф. Аномалии в изотопном составе углерода и азота торфов района взрыва Тунгусского космического тела 1908 г. // ДАН. 1996. Т. 347, N3. С. 378-382.
Колесников Е. М., Люль А. Ю., Иванова Г. М. Признаки космохимической аномалии в районе Тунгусской катастрофы 1908 г. II. Исследования химического состава силикатных Микросферул // Астрон. вестник. 1977. Т.11, №4. С. 209-218.
Колесников Е. М., Назаров М. А., Бадюков Д. Д., Корина М. И., Смоляр М. И., Мясникова В. Л., Алексеев А. С, Шуколюков Ю. А. Калий-аргоновый возраст Карских кратеров и их связь с мел-палеогеновым ударным событием // Геохимия. 1990. №4. С. 495-505.
Лапшина Е. Д., Бляхорчук П. А. Определение глубины залегания слоя 1908 г. в торфе в связи с поисками вещества Тунгусского метеорита // Космическое вещество и Земля. Новосибирск: Наука, 1986. С. 80-86.
Львов Ю. А. Углерод в веществе Тунгусского метеорита // Метеоритные исследования в Сибири. Новосибирск: Наука, 1984. С. 83-88.
Мульдияров Е. Я., Лапшина Е. Д. Датировка верхних слоев торфяной залежи, используемой для изучения космических аэрозолей // Метеоритные и метеорные исследования. Новосибирск: Наука, 1983. С. 75-84.
Мэйсон Б. Метеориты. М.: Мир, 1965. 306 с.
Назаров М. А., Корина М. И., Барсукова Л. Д.,Колесников Е. М., Супонева И. В., Колесов Г. М. Вещественные следы Тунгусского болида // Геохимия. 1990. №5. С. 627-638.
Плеханов Г. Ф. Итоги исследования и парадоксы Тунгусской катастрофы 1908г. // Тунгусский вестник КСЭ. 1997. №8. С. 16-18.
Саидов К. О линии натрия в спектре метеоров //ДАН Таджикск. ССР. 1970. Т.13, №6. С.13-15.
Alvarez L.W., Alvarez W., Asaro F., Michel H.V. Extraterrestial cause for the Cretaceaous-Tertiary extinction // Science. 1980. Vol. 208. P. 1095-1108.
Bradley J.P., Sandford S.A., Walker R.M. // In: Meteorites and the Early Solar System. Arizona: Univ. Press, 1988. P. 861-895.
Gilmour I., Boyd R. Nitrogen geochemistry of a Cretaceous-Tertiary boundary site in New Zealand // Abstr. Conf. Global Catastr. In Earth History. Snowbird, USA, 1988. P. 58-59.
Gruen E., Jessberger E.K. Dust // Physics and Chemistry of Comets. Berlin: Springer Verlag,, 1990. P. 113-176.
Halbout J. Mayeda Т.К., Robert N. Carbon isotopes in bulk carbonaceous chondrites // Proc. Lunar Planet. Sci. Conf. 16. 1985, part 1. P. 314-315.
Hou Q., Ma P. X., Kolesnikov E. M. Discovery of indium and other element anomalies near the 1908 Tunguska explosion site // Planet Space Sci. 1998.Vol. 46, № 2-3. P. 179-188.
Jessberger E. K., Kissel J., Fechtig H., Frueger F. R. On average chemical composition of cometary dust // Comet Nucl. Sample Return Mission. Eur. Space Agency. Proc. Workshop. Canterbury, 1986. P. 27-30.
Kolesnikov E. M., Boettger Т., Hiller A., Junge F.W., Kolesnikova N.V. Isotope anomalies of carbon, hydrogen and nitrogen in peat from the area of the Tunguska Cosmic Body explosion (1908) // Isotopes Environ.Health Stud. 1996. Vol. 32, №4. P. 347-361.
Kolesnikov E. M., Kolesnikova N.V., Boettger T. Isotopic anomaly in peat nitrogen is a probable trace of acid rains caused by 1908 Tunguska bolide // Planet. Space Sci. 1998. Vol.46, № 2-3. P.163-167.
Kolesnikov E. M., Nazarov M. A., Badyukov D. D., Lebedeva L. M., Myasnikova B. L. Current results of potassium-argon dating of the Kara impact structure // Proc. Lunar and Planet. Sci. Conf. 21. 1990. P. 649-650.
Longo G.,Serra R., Cecchini S., Galli M. Search for microremnants of the Tunguska Cosmic Body // Planet. Space Sci. 1994. Vol. 42, №2. P. 163-177.
Millman P. M. In: Comets, Asteroids, Meteorites: Interrelations, evolution and origin. Toledo: Univ., 1977. Preston G.W. The spectrum of comet Ikeya-Seki (1965f) // Astrophys. J. 1967. Vol.147, №2. P. 718-742.
Prinn R.G., Fegley B. Bolide impacts, acid rains, and biospheric traumas at the Cretaceous-Tertiary boundary // Earth Planet. 1987. Vol. 83. P. 1-15.
Rasmussen K. L., Clausen H. В., Kallemeyn G.W. No iridium anomaly after the 1908 Tunguska impact: evidence from a Greenland ice core // Meteoritics. 1995. Vol. 30 (6). P. 634-638.
Rasmussen K. L., Olsen H. J. F., Gwozdz R., Kolesnikov E. M. Cosmic iridium and carbon from the Tunguska im-pactor // Nature. 1998 (in press).
Rietmeijer F. J. M. Tin in a chondritic interplanetary dust particle // Meteoritics. 1989. Vol. 24. P. 43-47.
Robert F., Rejou-Michel A. and Javoy M. Nitrogen isotopic composition of the organic matter at the K/T boundary // Meteoritics. 1990. Vol. 25, № 4. p. 401-402.
Simpson J. A., Sagdeev R. Z., Tuzzolino A. J., Perkins M. A., Ksanfomality L.V., Rabinowitz D., Lentz G. A., Afonin A. A., Eroe J., Keppler E., Kosorokov J., Petrova E., Szabo L., Umlauft G. Dust counter and mass analyser (DUCMA) measurement of comet Halley's coma from Vega spacecraft // Nature. 1986. Vol. 321. P. 278-280.