Метеориты и роль их изучения в познании Земли

Метеориты – представляют исключительный интерес для науки и геологии в частности, как тела неземного происхождения, доступные непосредственно исследователю. В отношении происхождения метеоритов уже давно наметились 2 точки зрения: согласно одной метеориты попадают на землю из отдаленных солнечных систем, согласно другой метеориты являются обломками небесных тел нашей солнечной системы.

По современной классификации метеориты делятся на 3 основных класса: 1) метеориты железные – сидериты, состоящие в основном из никелистого железа, 2) железо-каменные – сидеролиты, содержащие примерно в равных количествах железо и силикатные минералы; 3) каменные – аэролиты, состоящие в основном из силикатных минералов, с включениями никелистого железа. Этот класс подразделяется на 2 группы: хондриты, или зернистые метеориты и ахондриты или землистые метеориты.

Каменные метеориты составляют 80 % от всех известных. Размеры метеоритов различны; от микроскопической пыли до гигантов массой в десятки тонн. Например, железный метеорит Гоба в Ю-З. Африке составил 60 т; известный тунгусский метеорит, упавший в 1908 г. в бассейне р. Подкаменной Тунгуски в 65 км от поселка Ванавара предполагается массой до 50 тыс. т. (подсчитано по размерам разрушений).

Проблема Тунгусского метеорита по сей день, занимает умы многих исследователей – как одно из загадочных явлений нынешнего столетия. В 1927 г. на место происшествия пришла первая экспедиция по изучению тунгусского падения под руководством Л.А. Кулика. Тогда казалось очевидным, что громадное тело не могло исчезнуть бесследно. И, тем не менее, в результате многолетних поисков ни одного «куска» найдено не было. Следующий этап изучения необычного явления начался в 1958 г. после посещения места падения метеорита экспедицией Комитета по метеоритам А.Н. СССР под руководством К.П. Флоренского. А с 1959 г. постоянно работают несколько экспедиций над этой проблемой. Изучение обстоятельств катастрофы дало возможность сделать вывод о том, что, очевидно, большая часть вещества метеорита после взрыва перешла в жидкое и, возможно, газообразное состояние, а затем она застыла в виде мелких капель, которые постепенно осели на землю. В результате исследований последних лет установлено, что вблизи эпицентра катастрофы в форме остроугольных силикатных частиц выпало большое количество космогенного материала. Кроме того, в слое торфа 1908 г были обнаружены алмазоподобные сростки неземного происхождения. Состав алмазоподобных сростков дает веские основания полагать, что Тунгусский пришелец – это углистый хондрит.

В зависимости от силы удара о поверхность Земли метеориты образуют метеоритные ямы (d – см), воронки (d > 1 м) и кратеры, возникающие в результате взрыва при падении гигантских метеоритов. Самый большой кратер метеоритного происхождения Чиксулуб диаметром около 200 км обнаружен на полуострове Юкатан на юге Мексики. Большую известность получили кратеры – Попигайский на севере Красноярского края и Якутии, Рисский в Германии и Аризонский в США.

Космогонические гипотезы о происхождении солнечной системы – эволюционные (Канта-Лапласа, Шмидта, Фесенкова, Ларина), катастрофические (Джинса, Мультона, Чемберлина)

По вопросам происхождения Солнечной системы необходимо ознакомится с основными идеями гипотез Канта-Лапласа, Чемберлена-Мультона, Джинса, Шмидта и др. Камнем преткновения для многих гипотез является распределение момента количества движения (mvR) в Солнечной системе. Оказывается, 98% этой величины сосредоточено в планетах, масса которых менее 1/700 от массы Солнца. Это означает, что при формировании Солнечной системы количество движения каким-то образом было передано от центра на периферию.

Древние греки Пифагор, Аристотель (6 век до н.э.), считали, что центром мироздания является Земля. Все остальное закреплено на хрустальной сфере, которое вращается вокруг Земли. Птоломей (2 век) математически обосновав геоцентрическую систему мироздания, говорил, что все небесные тела вращаются по круговым орбитам (дифференты) вокруг Земли. По таким же орбитам движутся и центры орбит (эпициклы), а сами планеты, двигаясь по ним, совершают сложные петлеобразные движения. Эта гипотеза просуществовала длительное время и была принята церковью. Николай Коперник в 16 веке создал гелиоцентрическую систему Мира, по которой центром обращения небесных тел стало Солнце. В 17 веке немец Йоханн Кеплер открыл законы движения планет - каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находиться Солнце.

Происхождение же Земли практически и до сих пор окутано тайной. В 1952 году геохимик Т. Барт писал, что происхождение Земли окутано мраком неизвестности. И. Ньютон, открывший закон всемирного тяготения и теоретически обосновавший законы движения небесных тел в космическом пространстве, писал, что «изящнейшее соединение Солнца, планет и комет не могло произойти иначе, как по намерению и по власти могущественного и премудрого существа». Гипотез (попыток какого - то разъяснения образования того или иного объекта Вселенной) о происхождении Земли, Солнечной системы или Вселенной много.

Одной из передовых гипотез своего времени считалась гипотеза Канта - Лапласа. Иммануил Кант, немецкий философ, считал (1775), что в начале был хаос, созданный богом - облако пылевых частиц. Силы притяжения вызвали слипание частиц - аккрецию (акреция - гравитационный захват вещества). Частицы при слипании, ударении организовали в центре сгусток раскаленного вещества - Солнце. Продолжая падать на Солнце, частицы закрутили его. Вместе с Солнцем начал крутиться и хаос. Отдельные сгустки стали планетами, спутниками, образовавшимися по этой же схеме. Прообраз такого процесса Кант видел в кольцах Сатурна. Лаплас, говоря о том, что холодный хаос не мог привести к упорядочному движению, дополнил эту гипотезу тем, что сказал, что уже в начале была вращающаяся раскаленная газовая туманность с центральным сгустком вещества - Солнцем. Постепенно охлаждаясь размеры туманности уменьшались (сгущение), скорость вращения увеличивалась. Когда в определенном участке выравнивались центробежные силы и силы притяжения, от облака отслаивалось кольцо. При увеличении скорости вращения и последующем выравнивании сил образовывались новые кольца. В этих кольцах в результате аккреции возникали сгустки - планеты. В гипотезе Канта – Лапласа при открытии новых данных было обнаружено много недостатков и несовпадений в расчетах. Советский ученый Фесенков развил эту гипотезу в соответствии с новыми данными, дополнив химическими и физическими данными.

Ж. Бюффон (1745) писал о том, что планеты образовались как осколки после удара в Солнце большой кометы. Американец Т. Чемберлин (1901) и астроном Ф. Мультон (1905) писали о том, что, скорее всего, образование планет Солнечной системы объясняется тем, что близко от Солнца прошла соизмеримая с ним звезда, вытянув из него два приливных бугра, которые и образовали, вытягиваясь вслед за проходящей звездой, две раскаленные ветви - спирали. Эти ветви, вращаясь вокруг Солнца, в результате аккреции образовали планеты. Астрофизик Джинс (1916) в своих расчетах показал, что эти бугры не могли образовать ветви - спирали, и предположил, что один из бугров превратился в сигарообразный выступ, который оторвался от Солнца и распался на отдельные сгустки, из которых в дальнейшем образовались планеты. У больших планет образовались маленькие сигары, развитие которых проходило по тому же сценарию, при этом роль проходящей звезды играло уже само Солнце. Гипотезы такого плана выдвигались и позднее по мере развития астрофизики и получения новых данных. Советский астроном Кратвыдвинул такую схему: газово - пылевая туманность с гравитационным уплотнением в центре (Солнце 20000 градусов) - разогрев уплотнения (100000 градусов) за счет гравитационного уплотнения - термоядерный взрыв - разброс вещества до орбиты Юпитера – образование внешних планет из холодного вещества – превращение Солнца в красного гиганта - образование горячих планет типа Земли (500-1000 градусов) - остывание планет - сдувание Солнцем с некоторых планет газовой оболочки. Все эти гипотезы сопровождались математическими и физическими расчетами.

Одна из знаменитых гипотез - это гипотеза советского ученого Отто Юльевича Шмидта (1944). Суть ее в следующем. Земля могла быть сформирована из метеоритов за 7 миллиардов лет. Рой метеоритов (газово-пылевое облако) был захвачен, прошедшей через него, Солнцем. Присутствие Солнца в этом облаке вызвало аккрецию, образование сгустков материи, а из них планет и спутников. На ранних стадиях развития Солнечной системы некоторые планеты типа Земли могли быть расплавленными за счет термоядерных реакций. Гипотеза математически и физически обосновывала много – например, парадокс моментов количества движения, которых присутствовал во всех ранних гипотезах.

Современное представление о происхождении Солнечной системы и планеты Земля

В соответствии с современными представлениями происхождение планет не отрывают от происхождения Солнца. И в развитие гипотезы Канта-Лапласа большинство исследователей считает, что все планеты и Солнце образовались из небулы – единой пыле-газовой туманности. При вращении под воздействием гравитационных и центробежных сил туманность превратилась в сплюснутый с полюсов эллипсоид. По экватору произошло истечение протопланетного вещества, из которого затем сформировались планеты, а центральное сгущение небулы в конце концов превратилось в Солнце. Проблема момента количества движения в этой модели была решена Ф. Хойлом, который считает, что у небулы было мощное магнитное поле, которое послужило той силой, что смогла осуществить передачу момента из внутренних частей небулы на периферию. Магнитные силовые линии, будучи жестко связанными, с ионизированным веществом небулы, должны были поддерживать постоянство угловой скорости во вращающейся и сжимающейся туманности, то есть они, как спицы в колесе, выполняли роль сцепки в системе.