Космический архив. О тайнах внеземных объектов расскажут земные озера.

— На поверхность Земли каждый год падают около 40 тысяч тонн внеземного вещества, рассказывает Диляра Кузина. — Это микрометеориты и космическая пыль. Я изучаю их в древних и современных отложениях, а также в снегу. В частности, вместе с коллегами исследовала образцы из северо-западной части Атлантического океана, отобранные в рамках международного проекта Deep Sea Drilling Project (DSDP), а также отложения озера Байкал. Кроме осадочных пород мы изучали и сибирские траппы, и океанические базальты (горные породы, которые образовались в результате излияния магмы на поверхность Земли). 

В последние годы мы занимаемся исследованиями донных отложений, которые накопились в современных озерах. Микрометеориты и космическая пыль поступают на Землю постоянно, и озерные отложения можно считать достаточно аккуратными “архивами” этого уникального материала, так как под водой он почти не подвержен выветриванию и последующему переносу. 

Большинство современных озер имеют возраст от 10-11 тысяч лет и менее. Они образовались в процессе таяния ледникового щита, покрывавшего большую часть континентов Северного полушария. Есть и более древние водоемы, сохранившиеся на протяжении десятков и сотен тысяч лет, а также уникальные объекты, как Байкал: ему более 25 миллионов лет! 

В зависимости от возраста озера, местоположения и условий осадконакопления толщина отложений варьирует в очень широких пределах. На равнинных территориях России и Казахстана мощность послеледниковых отложений (возраст — 10-11 тысяч лет) составляет обычно 5-6 метров. За последние годы мы изучили десятки российских озер, такие как Рубское, Плещеево, Тургояк, казахстанский Балхаш и многие другие. С древними озерами (то есть высохшими) пока не работали, но, несомненно, они также несут очень много интересной информации. Нас больше интересуют процессы, протекающие сегодня и происходившие в последние тысячелетия. 

Сначала мы очень аккуратно достаем из озера колонки донных отложений. В работе используем пробоотборник, который состоит из шестиметровой трубы, гидравлического насоса, большого количества разных шлангов, поршней и манжет. Труба вдавливается в отложение с помощью гидравлического насоса, погружается в толщу и затем вынимается вместе с осадком. 

Верхний осадок — 20-40 сантиметров — как правило, жидкий. С увеличением глубины его плотность увеличивается, то есть количество воды в нем уменьшается. Но совсем твердым, как камень, он не становится, скорее, это что-то вроде влажной глины. Колонка осадка из нашего пробоотборника — это цилиндр диаметром 7 сантиметров и длиной 6 метров.

— То, что вещество имеет космическое происхождение, мы узнаем по магнитным характеристикам, обнаруженных в осадке зерен. Уникальными магнитными свойствами внеземное вещество обладает благодаря содержащимся в них железо-никелевым сплавам. Основной метод, который мы используем, — это термомагнитный анализ (изучение зависимости магнитных свойств вещества от температуры). В нашей лаборатории имеется высокоточный прибор собственного изготовления для проведения такого анализа. Пользуясь случаем, скажу, что у нас есть еще несколько уникальных приборов для магнитных исследований горных пород: термомагнитометр, коэрцитивный спектрометр, которые создал доцент кафедры геофизики и геоинформационных технологий Института геологии и нефтегазовых технологий Павел Георгиевич Ясонов. 

Так вот при повышении температуры изменяются свойства магнитных минералов. Например, минерал из ферромагнитного состояния может перейти в парамагнитное. Для каждого минерала эта температура уникальна. Например, магнетит (магнитный железняк) теряет свои ферримагнитные свойства при температуре 575 градусов Цельсия (температура Кюри). Для гематита температура перехода в парамагнитное состояние составляет 675 градусов по Цельсию. Это рекордно высокая величина для магнитных минералов, возникших во внешних частях нашей планеты. 

Более высокая температура такого перехода среди магнитных минералов, которые можно обнаружить на поверхности Земли, характерна только для железа и железо-никелевых сплавов, содержащиеся в зернах космического происхождения. Но в земных условиях образование соединения железа с никелем крайне редко, и в исследуемых нами образцах его быть не может. Поэтому все детектированные железо-никелевые сплавы в наших образцах — космического происхождения.

Если по результатам термомагнитного анализа в образце обнаруживается магнитная фаза (то есть какой-то минерал или сплав) с температурой перехода в парамагнитное состояние выше 690 градусов Цельсия, это означает, что в нем есть зерна железа или сплава железа с небольшой примесью другого элемента (обычно — никеля). Для чистого железа этот показатель составляет 770 градусов Цельсия. Присутствие никеля в сплаве уменьшает температуру Кюри. 

Далее мы проводим магнитную сепарацию образца, в котором обнаружилось космическое вещество. После измельчения образец засыпаем в дистиллированную воду, в специальный сосуд, куда опускаем небольшой, но очень сильный магнит в специальной непроницаемой пластиковой оболочке. Все магнитные частицы прилипают к оболочке, после чего магнит аккуратно вынимаем из сосуда и из оболочки, а частицы смываем в пробирку. Выбранные образцы — сепараты — мы изучаем на электронном микроскопе и других приборах для определения состава, формы зерен, структуры и морфологии поверхности. 

Нам интересны также породы, в которых содержится магнетит. Но так как он может быть как земного, так и внеземного происхождения, то оценить его происхождение можем только после изучения на электронном микроскопе, с помощью которого можно будет увидеть форму частицы и ее поверхность. Частицы земного происхождения часто имеют форму октаэдра или других фигур с четкими ребрами. Внеземной же магнетит представлен сферами (шариками) или овальными формами. Шарообразную форму и текстуру микрометеориты приобретают при прохождении через атмосферу, оплавляясь при температурах более 1000 градусов. Также, как я уже сказала, к внеземным относятся частицы железо-никелевого состава, они обычно имеют форму маленьких пластинок, стружек. 

— Космическое вещество выпадает на Землю постоянно, мы находим его в разных по возрасту отложениях. Пока мы не изучали возраст самих частиц, но время попадания на Землю космического вещества совпадает с возрастом толщи, из которой она извлечена. Возраст самих частиц связан с возрастом образования Солнечной системы и не превышает 4,56 миллиарда лет, так как чаще всего эти мелкие частицы — продукты столкновения космических объектов или же результат прохождения метеоритов через атмосферу. 

Фоновое выпадение этого вещества на Землю не представляет опасности (имею в виду мелкие частицы размером до 1-2 миллиметров), но если Земля будет проходить ту область Вселенной, где большая концентрация частиц, то это может привести к тому, что изменится количество поступающего на Землю света, а значит, и тепла. Это может привести к изменению климата на нашей планете.

— Мы изучили много объектов: это не только озерные отложения, но и океанические, а также магматические породы. Мы выявили, что частицы железо-никелевого сплава можно найти во всех типах пород. При исследовании осадков Атлантического океана обнаружили, что количество поступающего вещества изменяется во времени. То есть в одни периоды концентрация микрометеоритов была больше, чем в другие. Это может быть связано с тем, что на Землю в какое-то время падало больше внеземного вещества. Зная, что наша планета вместе со всей Солнечной системой путешествует по Вселенной и что последняя неоднородна, можно сделать вывод: когда концентрация внеземного вещества в осадках увеличивается, Земля находится в области, где много мелкого материала, который захватывается земным притяжением и потом оседает на ее поверхность. 

Также на примере байкальских образцов мы показали, что чем выше скорость осадконакопления, тем меньше внеземного вещества приходится на определенный объем породы. Скорость осадконакопления означает толщину накопившегося осадка за определенный период времени. Для озер это первые десятки сантиметров в тысячу лет, для океанов — единицы сантиметров в миллион лет, так как в них осадки накапливаются очень медленно.

Сейчас мы ведем работы по изучению сохранности внеземного вещества в зависимости от условий, в которых оно находится. Как известно, озера бывают пресные и соленые. Так вот наша задача — выяснить, какие из них лучше хранят эти частицы. 

В этом году планируем экспедицию на озеро Ильменское — это на Урале. Как обычно, будем изучать магнитные характеристики образцов, выбирать материал для сепарации и просмотра на электронном микроскопе. Кроме внеземного вещества в озерных отложениях мы также изучаем палеоклимат и вариации магнитного поля за последние 11-12 тысяч лет. 

Всеми нашими работами руководит профессор Данис Карлович Нургалиев. Он долгие годы занимается изучением магнитных свойств горных пород, а также изучает изменение магнитного поля Земли в разные эпохи. Образцы из Атлантического океана, Байкала нам предоставил сотрудник Института физики Земли РАН профессор Диамар Михайлович Печерский. Он первым в России начал поиски внеземного вещества в породах с помощью магнитных методов. Д.Печерский — без преувеличения — наш идейный вдохновитель.