В Уральском федеральном университете (УрФУ, Екатеринбург) экспериментально смоделировали процесс образования брекчии в знаменитом Челябинском метеорите. Статья (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0032063319304866) об эксперименте и его результатах опубликована в журнале Planetary and Space Science.
Для исследования был проведен ударный эксперимент. Иллюстрация: Виктор Гроховский.
«Значение модели в том, что, связав все элементы строения метеорита и процессы снаружи и внутри него, мы показали, в каких условиях, при каких нагрузках с большой долей вероятности «сложилось» его вещество», — объясняет Виктор Гроховский, руководитель научной лаборатории Extra Terra Consortium, профессор УрФУ.
В феврале 2013 года метеоритная экспедиция УрФУ, более тридцати лет возглавляемая Виктором Гроховским, первой исследовала фрагменты Челябинского метеорита. По словам Виктора Иосифовича, сначала в руки метеоритной экспедиции попадали образцы светлой или темной литологии, однако во фрагменте метеорита, поднятом из озера Чебаркуль, присутствовали все разновидности литологии: светлая, темная, ударный расплав. Ученые задались вопросом о природе возникновения феномена.
В ударном эксперименте, проведенном в Российском федеральном ядерном центре - Всероссийском научно-исследовательском институте технической физики (Снежинск Челябинской области), было доказано, что изменения литологии метеорита, происходившие в космосе, могли быть последствием одного ударного события (считается, что родительское тело метеорита, астероид крупных размеров и возрастом около 4,5 миллиарда лет, «пережил» 4 или 8 ударных событий), а все типы литологий, наблюдаемые в отдельных фрагментах Челябинского метеоритного дождя, могли быть сформированы ударным событием из одного и того же исходного материала. Такие экспериментальные доказательства получены впервые.
«По составу и структуре металлов и силикатов в веществе метеорита мы установили, что оно залегало в глубине родительского астероида. Небесное тело подверглось ударному воздействию. При столкновении астероида с другим космическим объектом на просторах Солнечной системы образовался расплав пород. Участки расплава в Челябинском метеорите имеют серый цвет, в них включены светлая литология и окаймляющая ее темная литология. Темная литология — это те фрагменты, которые попали в расплав и частично расплавились, оставшись в составе родительского астероида под действием его гравитации. Это схоже с тем, что происходит в ударных кратерах и на Земле, и на безвоздушных астероидах», — рассказывает Виктор Гроховский.
На то, что метеорит состоит из вещества, переходившего из расплавленного жидкого состояния в остывшее твердое, указывают и усадочные трещины, которые формируются, когда вещество сжимается в объеме при затвердевании. Именно по этим трещинам Челябинский астероид, около 290 миллионов лет назад отделившийся от родительского астероида и направленный соударением с другим космическим объектом в сторону Земли, при падении на ее поверхность распался на множество осколков.
Для проведения ударного эксперимента из вещества Челябинского метеорита был вырезан сферический образец светлой литологии диаметром 4 см (фрагменты светлой литологии максимально соответствуют первоначальному веществу родительского астероида). Помещенный под вакуумом в стальной контейнер толщиной 6 мм, образец был подвергнут воздействию сходящейся ударной волной, созданной взрывом снаружи стальной оболочки, с постепенным увеличением давления (от ~15 гигапаскалей во внешнем слое образца до более чем 400 гигапаскалей в его центре) и температуры (свыше 1100оС в центре образца). После проведения эксперимента образец охладили до комнатной температуры (при этом скорость падения температуры в центре шара достигала 80оС/сек), а затем распилили на тонкие срезы.
Изучив срезы с помощью оптической и электронной микроскопии, ученые обнаружили четыре визуально различимые структурные зоны, демонстрирующие разные степени метаморфизма, в зависимости от мощности ударного воздействия, уровней давления и температуры - светлую, темную, смешанную литологии, а также ударный расплав (в последовательности от поверхности сферического образца к его центру).
Статья (https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2020/07/aa37593-20/aa37593-20.html) с описанием исследований изменений оптических свойств в экспериментальном материале опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics (Q1).
В целом микроскопический анализ показал большое сходство результатов эксперимента с ударными эффектами, обнаруженными в образцах Челябинского метеорита. Это подтвердили и сравнения с компьютерной моделью. Однако есть и различия, заключающиеся, прежде всего, в образовании смешанной литологии.
«Наличие этой зоны с ее оптически более ярким внешним видом и практически отсутствующими эффектами ударного потемнения вызвало наше удивление: насколько нам известно, среди найденных фрагментов Челябинского метеорита лишь в одном образце, описанном аспиранткой Алевтиной Максимовой, был обнаружен эквивалент для этой зоны, — поясняет Виктор Гроховский. — Мы предполагали, что вследствие ударного воздействия и плавления троилита материал в состоянии расплава проникнет по трещинам и порам и сохранит свой темный внешний вид, как это наблюдалось во фрагментах Челябинского метеорита. В действительности же мы наблюдали в этой зоне начало значительного плавления силикатов. Силикатный расплав не смешивается с расплавом троилита и, таким образом, создает изолирующий слой, который окружает остатки силикатных зерен и защищает их от проникновения расплавленного троилита и металла».
Описанные исследования имеют важное практическое значение, касаясь проблем космической безопасности: благодаря таким экспериментам и с помощью оптических измерений наука может увереннее распознавать, небесные тела какого состава и строения — из камня, металла, льда и так далее - приближаются к нашей планете.
«В апреле 2029 года нас ждет встреча с астероидом Apophis. Его размер — 350 метров, масса - в пять тысяч раз больше массы Челябинского метеорита, траектория пройдет всего в 38 тысячах километрах от Земли, это всего лишь десятая доля расстояния до Луны, что ниже орбит некоторых спутников. Результаты нашего эксперимента будут способствовать «идентификации личности» Apophis», — комментирует Виктор Гроховский. В начале ноября Виктор Иосифович принял участие в конференции NASA, посвященной организации «приема» этого астероида.
Добавим, что спектральные исследования образца после эксперимента в Снежинске были проведены представителями УрФУ в коллаборации с Институтом геологии и геохимии Уральского отделения РАН, Хельсинским университетом, Германским аэрокосмическим центром и поддержаны Министерством науки и высшего образования РФ, Российским фондом фундаментальных исследований, Академиями наук Финляндии и Чехии, Центром исследований астероидов и лунной поверхности NASA.
Справка
Падение Челябинского метеорита в виде яркого огненного шара с мощным разрушительным действием и обширного метеоритного дождя произошло 15 февраля 2013 года недалеко от Челябинска. На момент входа в плотные слои атмосферы и последовавшего за этим разрушения размер астероида составлял около 19,8 метра в поперечнике, масса - 13 тысяч тонн. Мощность взрыва над Челябинской областью составила 440 килотонн, что примерно в 20 раз больше мощности атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму. Метеорит был классифицирован как обычный многофазный пористый хондрит типа LL5. Ранее метеориты такого типа в России не встречались.
Виктор Гроховский — выпускник металлургического факультета Уральского политехнического института. За исследования и установление природы Челябинского метеорита был включен авторитетнейшим научным журналом Nature в число десяти ученых мира, чья деятельность определила развитие науки в 2013 году. Именем Виктора Гроховского названы астероид 16399 в Солнечной системе и минерал из состава железного метеорита Уакит, найденного в Бурятии в 2016 году.
Информация предоставлена пресс-службой Уральского федерального университета
Источник фото: https://urfu.ru/ru/news/34168/
