Геохимия метеоритов и их роль в изучении геоистории Солнечной системы

Введение

Одним из важных вопросов современного комплекса наук о Земле, как планете, является ее обмен веществом и энергией с окружающим пространством. И важной частью этого обмена является поступление на земную поверхность вещества из космоса в форме метеоритов. При этом, одним из аспектов этого вопроса являются геохимические особенности прилетающих на Землю метеоритов, химический состав которых может заметно отличаться от состава верхних слоев земной коры. Наряду с возрастающими по мере роста населения Земли и хозяйственной освоенности ее поверхности связанными с падением метеоритов рисками для жизни и здоровья людей и целостности хозяйственных объектов, существуют и риски геохимического воздействия на земные экосистемы метеоритного вещества, особенно химически и биологически активного (например, если это окажется токсичный элемент в высокой концентрации).
Метеориты, как космические тела и геохимические объекты

Метеоритами называются относительно крупные космические тела, проникающие (падающие) сквозь толщу атмосферы и достигающие земной поверхности. Достигаемость земной поверхности космическим веществом является коренным отличием метеорита от метеора – космического тела, которое полностью сгорает в атмосфере при падении. Метеориты – достаточно крупные тела с массой от десятков граммов до тонн и десятков тонн. В отличие от космической пыли, соотношение массы и размеров частиц которой позволяет ей медленно оседать на земную поверхность, находясь в земной атмосфере много часов, паря в ней и не нагреваясь при падении, метеориты проходят толщу атмосферы за интервалы времени, измеряемые минутами и секундами. При этом, от трения о воздух в плотных слоях атмосферы, метеорит разогревается, начинает сгорать и светиться, благодаря чему становится видимым (рис. 1).

Рисунок 1. Падение метеорита (Источник: [4])
Движение в плотных слоях атмосферы наиболее крупных метеоритов – болидов, также сопровождается звуком. При соприкосновении метеорита с земной поверхностью (ударе) выделяется большое количество кинетической энергии, которая также приводит к дальнейшему частичному разрушению метеорита. В результате указанных процессов (сгорания в атмосфере и разрушения при ударе) достигший земной поверхности метеорит является в заметной мере разрушенным, утратившим часть (иногда – большую) своей массы. Как правило, обнаруженными и идентифицированными, как метеориты в этом случае могут быть объекты, обладающие свойствами, в том числе, химическим составом, позволяющим им сохраниться в атмосфере и при ударе, а также заметно отличающимся от окружающих природных объектов. Это, прежде всего, достаточно твердые, тугоплавкие и относительно химически инертные вещества, не дающие большого количества летучих и легко разрушаемых механическим воздействием соединений при горении в кислородно-азотной атмосфере. Соответственно, метеориты (их части, достигающие земной поверхности) состоят в основном из металлов и силикатов. По составу метеориты принято подразделять на железные или сидериты (с преимущественно металлические), железокаменные или сидеролиты (содержащие смесь металлов и минеральных веществ, не являющихся металлами в свободном состоянии) и каменные или аэролиты (в которых преобладают минералы, не являющиеся металлами в свободном состоянии). Каменные метеориты, в свою очередь, подразделяются на ахондриты (преимущественно цельные минералы) и хондриты (метеориты с включениями в свое основное тело – матрицу шарообразных вкраплений веществ иного химического состава и свойств - хондр) (рис. 2).
Рисунок 1. Обыкновенный хондрит (Источник [7])
Каменные метеориты состоят в основном из силикатов (оливина и пироксена). В железных метеоритах преобладающая фаза – никелистое железо. Железокаменные метеориты состоят из силикатов и никелистого железа примерно в одинаковых пропорциях [4]. Таким образом, одним из важнейших элементов в химическом составе метеоритов является железо, которое входит в состав минералов даже в каменных метеоритах. Разумеется, теоретически (и практически) достигнуть поверхности Земли, пролетев через ее атмосферу, может и достаточно крупное твердое тело, состоящее из замерзшей жидкости (воды) или газа. Однако, упав на земную поверхность, такой метеорит быстро исчезает (тает, или испаряется) и поэтому обнаружен быть не может. Более детальная классификация метеоритов представлена на рис. 3.
Роль метеоритов в изучении химических свойств внеземных объектов и истории Солнечной системы

Роль метеоритов в изучении внеземных объектов, прежде всего, объектов Солнечной системы, весьма высока. До недавнего времени (до появления межпланетных зондов) они были единственной формой вещества, которая могла быть четко и однозначно идентифицирована, как имеющая внеземное происхождение. Соответственно, именно на основании характеристик вещества метеоритов долгое время формировалось представление о химических особенностях Солнечной системы и Вселенной в целом, создавались теории о происхождении и строении Солнечной системы, Земли и других планет и т.д. И в настоящее время метеоритное вещество остается важнейшим источником информации о химическом строении Солнечной системы и истории ее развития.
Возможность и ценность метеоритного вещества для исследования истории развития Солнечной системы и химического строения внеземных объектов обусловлена генезисом метеоритов, от которого, в заметной мере и зависит их химический состав. Так, по современным представлениям хондриты (особенно углистые) являются носителями протопланетного вещества, существовавшего на первых этапах развития Солнечной системы.
Заключение

Метеориты – это небольшие по своим размерам космические тела, образовавшиеся достаточно давно по геологическим и даже космическим меркам и несущие информацию о состоянии вещества Солнечной системы в момент своего образования. В силу своих небольших размеров, тела, составляющие метеориты, не обладают внутренней тектонической дифференциацией, поэтому фактически консервируют в себе состояние вещества на конкретный момент (т.е. на время своего образования).