25. Химический состав кометы

25. Химический состав кометы

ВОПРОС: Хорошо, распределение тория, калия и урана на Земле соответствует распределению на Луне. Как мы можем узнать, что частицы эпохи кловис пришли оттуда или от сверхновой?

Если слой частиц появился в связи со столкновением в эпоху кловис, химический анализ нам много скажет о природе «События». Мы сможем узнать, является ли вещество частью прилетевшего из космоса тела, или это земной грунт, переброшенный через весь континент. Мы сможем узнать, какое именно тело столкнулось с Землей — комета, метеор или что-либо еще. Для ответа на эти вопросы мы используем некоторые мощные методы анализа.

Мы послали образцы с мест раскопок эпохи кловис в Будапешт для анализа при помощи активации гамма-лучами высокой энергии. Этот метод используется для исследования ядер на предмет определения различных химических элементов, находящихся в образце грунта. Он похож на традиционный метод анализа методом активации нейтронов, при котором образцы излучаются внутри реактора, производя радиоизотопы, чей период полураспада потом изучается. Этот метод иногда весьма чувствителен к низким концентрациям некоторых элементов; активацией гамма-лучами высоких энергий можно анализировать все элементы, хотя с меньшей чувствительностью. Анализ методом активизации нейтронов для нас производился в Лаборатории Беккереля в кампусе Университета Мак Мастера в Гамильтоне, Онтарио.

Мы проанализировали магнитные частицы из нескольких мест раскопок эпохи кловис Эти результаты показаны в таблице 8.1 приложения В. Состав минералов в каждом наборе магнитных частиц можно получить из данных таблицы 1. Частицы из Гэйни состоят главным образом из кварца (SiO₂), полевого шпата (К, NaAlSi₃0₈), магнетита (Fe₃O₄) и различных дополнительных компонентов, богатых кальцием, марганцем и алюминием Эти минералы распространены на Земле, и их состав похож во многих отношениях на обычный состав континентальной коры. Как указано в работах Холлэнда и Лэмперта, в ней концентрация титана (Ti) и марганца (Мn) и множества элементов в малых количествах, включая торий и уран, значительно меньше, чем концентрация, найденная в слоях эпохи кловис. Похоже, что кварц, полевой шпат и марганец были выброшены из кратера во время столкновения, но могли ли титан, марганец и другие элементы произойти от столкновения? Давайте обратимся к свидетельствам.

ВОЗВРАЩЕНИЕ К ГОРЯЧЕМУ УЧАСТКУ НА ЛУНЕ

Илл. 25.1 показывает концентрацию титана на Луне, измеренную с помощью отраженного света лунным спутником «Клементина», запущенном в 1994 году. Эти концентрации являются особенно высокими в районе Моря Дождей, где имеется также большой уровень железа, наряду с радиоактивными и ²³²Th. Следует заметить, что нет существенного увеличения количества железа и титана на темной стороне Луны. Что касается радиоактивных элементов, они есть только на повернутой к нам стороне Северного полушария.

_{Илл. 25.1 Распределение титана на поверхности Луны.}

_{Это примерно те же районы, где есть железо, торий и калий, причем этих элементов почти нет на обратной стороне Луны.}

_{Получено от НАСА}

Концентрация титана на более темных участках карты превышает 7,5 процентов, что намного больше нормального превышения в 0,66 процентов. Самая большая концентрация титана составляет более 15 процентов, и это соответствует высоким концентрациям железа, — до 19 процентов. Аналогичные концентрации наблюдаются в магнитных частицах в Маррей-Спрингс и Топпере.

ГОРЯЧИЕ УЧАСТКИ НА ЗЕМЛЕ

Теперь мы вернемся на Землю, чтобы попытаться здесь найти следы титана, возникшие от столкновения. Как оказалось, на юго-западе Соединенных Штатов есть точно такое же место, в котором мы нашли образцы с торием и калием. Фактически тот же похожий на круг рисунок существует не только для одного или двух элементов; аналогичное кольцо вокруг юго-востока есть для кобальта, церия, цезия, гафния, железа, лантана, лития, марганца, никеля, скандия, стронция, ванадия, иттербия, цинка и циркона.

Многие из вышеперечисленных элементов относятся к редкоземельным элементам, и почти все их можно обнаружить в больших концентрациях в уровнях эпохи кловис. Концентрации этих веществ на Луне сравнимы с концентрациями, которые мы видим в магнитных частицах из Топпера; похоже, они являются самыми чистыми экземплярами вещества, принесенного «Событием», из тех что мы нашли. На этом месте раскопок магнитные частицы почти полностью состоят из различных соединений железа, титана и марганца. Это место очень необычно для элементов земного происхождения, но очень характерно для лунных «горячих мест», богатых титаном и железом Аналогичные относительные концентрации марганца и титана наблюдаются в Гэйни, Топпере и Маррей-Спрингс.

_{Илл. 25.2. Содержание различных редкоземельных элементов, а также тория и урана, с мест раскопок Топпер, Маррей-Спрингс, Гэйни, а также с Луны, по сравнению с титаном}

Хотя «гости» и разбавлены земными элементами, мы можем найти следы столкновения, используя титан как основу. Результаты видны на илл 25.2, где содержание титана сравнивается с содержанием редкоземельных элементов («REE» в KREEP), вместе с торием и ураном, на местах раскопок в Маррей-Спрингс, Топпере и Гэйни, а также на Луне. Графики их количества с четырех мест раскопок совпадают почти полностью, предоставляя ясное свидетельство, что по содержанию вещества образцы весьма схожи. Столь близкое совпадение кажется просто невероятным, когда вспоминаешь, что место раскопок в Аризоне расположено примерно в 1650 милях от места раскопок в Мичигане, которое, в свою очередь, находится примерно в 640 милях от места раскопок в Южной Каролине, и все они имеют очень разные геологические условия и климатические особенности. Еще более удивляет, что результаты совпадают с данными, полученными с Луны, расположенной в 240 000 миль от любого из мест раскопок. Из-за схожести на столь больших расстояниях мы полагаем, что эти минералы связаны с прилетевшим космическим телом.

Илл 25.3 связывает концентрацию элементов, следы которых наблюдаются в магнитных частицах из Маррей-Спрингс, с концентрацией их в соседних слоях. Богатый железом черный песок на поверхности места раскопок содержит мало титана, в то время как расположенный недалеко от него слой «черного покрывала» и другие близлежащие слои имеют концентрации его, близкие к средним значениям. И лишь магнитные частицы примерно в десять раз богаче редкими элементами, чем остальные слои.

_{Илл. 25.3. Сравнение магнитных частиц в Маррей-Спрингс с данными по слоям на предмет содержания редких элементов}

Сравнение магнитных частиц на поверхности в Маррей-Спрингс и магнитных частиц эпохи кловис особенно важны тем, что и те и другие являются магнитными и визуально неразличимы. Естественно было бы предположить, что все магнитные частицы на всех местах раскопок почти идентичны, поскольку они произошли от тех же самых местных камней. Вместо этого мы видим, что они кардинально отличаются, поскольку магнитные частицы эпохи кловис содержат примерно на 1600 процентов больше KREEP. Такая разница наглядно демонстрирует, что два типа частиц — один в верхнем слое (помечено «черный песок» на графике) и один в слое эпохи кловис — появились из разных мест. Мы полагаем, что частицы на поверхности появились из района Маррей-Спрингс, и что частицы эпохи кловис появились из какого-то места выше Земли.

Но из какого именно? Как вы можете видеть по столбцу KREEP на графике, магнитные частицы из Маррей-Спрингс содержат почти вдвое больше тех KREEP элементов, что содержатся в зоне с KREEP на лунной поверхности. Эго важный момент, и он заслуживает повторения: магнитные частицы из Маррей-Спрингс выглядят по составу не как земные, а как вещество, расположенное на расстоянии в 239 000 миль — на Луне.

KREEP НА ДРУГИХ МЕСТАХ РАСКОПОК ЭПОХИ КЛОВИС

Аналогичное сравнение магнитных частиц из слоя эпохи кловис с соседними слоями для других мест раскопок показано на илл 25.4 (Топпер, Южная Каролина) и илл 25.5 (Блэкуотер-Дро, Нью-Мексико). Во всех случаях редкоземельные элементы KREHP, вместе с торием и ураном, имеют существенно более высокую концентрацию в магнитных частицах, чем в соседних с частицами слоях. Это является убедительным доказательством, что магнитные частицы включают в себя важный компонент, который происходит от общею внеземного источника.

_{1. Илл. 25.4. Сравнение KREEP в магнитных частицах с KREEP в разных слоях на месте раскопок эпохи кловис в Южной Каролине. KREEP существенно выше в магнитных частицах.}

_{2.Илл. 25.5. Сравнение состава магнитных частиц и KREEP в разных слоях на месте раскопок эпохи кловис в Блэкуотер-Дро, Нью-Мексико. Содержание KREEP примерно на 200 процентов выше в магнитных частицах}

Теперь давайте сравним некоторые из наших мест раскопок эпохи кловис с лунными материалами. Астронавты «Аполлона-12» доставили на Землю образцы камней KREEP, которые были проанализированы Королевым и его помощниками (2000) в Вашингтонском Университете, Сент-Луис Результаты сравнения лунного материала с образцами из мест раскопок в Гэйни и Маррей-Спрингс отражены на илл. 25.6. И снова схожесть поражает. Почти нет разницы в процентном содержании редкоземельных элементов, тория и урана в этих трех образцах, один из которых взят с Луны, второй из штата Мичиган, а третий — из штата Аризона.

_{Илл. 25.6. Отношение концентрации титана к редкоземельным элементам (REE), торию и урану. Слои из мест раскопок в Гэйни и Маррей-Спрингс сравниваются с образцами из лунного Моря Дождей, которые были собраны астронавтами «Аполлона-12».}

АНОМАЛИЯ КАЛИЯ-40, «К» В KREEP

Мы показали, что слой с магнитными частицами богат редкоземельными элементами, торием, ураном и весьма похож на KREEP с Луны. До сих пор, однако, мы не искали свидетельств обогащения калия (К), так что нам стоит узнать, как оно соответствует общей картине.

Калий-40 является природным радиоактивным изотопом с периодом жизни в 1,3 миллиарда лет, но его содержание в общем запасе калия на Земле крайне мало (примерно 0,0117 процентов).-Столь малая величина характерна для всех объектов Солнечной системы, кроме метеоритов, комет или элементов, связанных со сверхновыми. Ударная волна сверхновой создает много новых изотопов ⁴⁰К, которые выходят в космос. Значительное количество ⁴⁰К образуют в метеоритах космические лучи. Если выбросы из сверхновой, влекомые ударной волной, прошли мимо Земли 13–16 тысяч лет назад — или в Землю попала комета или метеорит, в которых сверхновая создала ⁴⁰К, — мы должны найти излишнее количество радиоизотопов в этом слое эпохи кловис. Если этого не происходило, мы должны обнаружить обычный уровень содержания ⁴⁰К как в слое, относящемся к эпохе кловис, так и в слоях выше и ниже. Это ключевая задача нашего теста

В наших исследованиях мы определяли количество калия в различных образцах, используя два метода — измеряя ⁴⁰К, самый распространенный изотоп калия, при помощи активации гамма-лучами высоких энергий и определения интенсивности гамма-излучения изотопа калия ⁴⁰К. Для последнего Эл Смит, пионер этого метода, выполнил наши первоначальные измерения ⁴⁰К в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, в отделе определения фонового излучения низкой интенсивности. Мы анализировали содержание калия в артефактах с мест раскопок эпохи кловис обоими методами и нашли, что результаты могут быть объяснены, только если ⁴⁰К был обогащен на 50—100 процентов относительно ³⁹К. Анализ кремния и земли выявил, как и ожидалось, избыток ⁴⁰К. Это означает, что куски кремния эпохи кловис лежали на поверхности Земли 13 тысяч лет назад, когда вместе с ударной волной на Землю обрушилось вещество, содержащее с микроскопическими железными частицами, обнаруженными Биллом Топпингом.

Лаборатория Беккереля также проанализировала дополнительные образцы из разных слоев на содержание калия и ⁴⁰К. Результаты этого анализа приведены на илл 25.7; здесь образцы со всей Северной Америки, включая Альберту, Аризону, Мичиган, Северную и Южную Каролины. Результаты дают возможность предположить, что содержание ⁴⁰К увеличилось благодаря отложению KREEP 13 тысяч лет назад, иногда на 350 процентов выше обычного уровня. Это может произойти только в том случае, если тело, с которым произошло столкновение, не принадлежало нашей Солнечной системе. Оно могло быть либо продуктом недавно вспыхнувшей сверхновой, либо кометой, которая, пролетая в космосе, своим хвостом подхватила пыль и летящее мимо вещество сверхновой, В любом случае, упавшее на Землю космическое тело, похоже, содержало значительное количество ⁴⁰К.

НАСА использовала аналогичные методы для анализа калия в лунном KREEP. Лунный спутник «Проспектор» измерял гамма-лучи от⁴⁰ К при полете к Луне. Как вы, возможно, помните, карта распределения радиоактивного ⁴⁰К показывает похожее на кольцо образование в северном полушарии Луны. Спутник зафиксировал только значения радиоактивного ⁴⁰К и не мог определить общее количество калия — радиоактивного и нерадиоактивного. Чтобы найти общее количество калия в лунных камнях, собранных во время миссии «Аполлона», образцы были проанализированы на Земле.

_{Илл. 25.7. Сравнение избытка ⁴⁰К в кремнии слоя эпохи кловис и осадках и современного уровня в кремнии и осадках. Все образцы датируются временем ~13 тысяч лет назад, кроме образца из Топпера, который относится, похоже, ко времени ударной волны 32 тысяч лет назад. Все образцы эпохи кловис показывают повышенное количество ⁴⁰К.}

Ученые использовали оба метода измерения — один для определения количества ⁴⁰К, и другой для определения общего количества калия, ожидая, что это соотношение окажется таким же, как в целом в Солнечной системе. К своему удивлению, они обнаружили, что содержание выше на 50—100 процентов. Это было намного больше того, на что они рассчитывали. Удивленные таким отклонением, исследователи НАСА решили, что спутник был неправильно откалиброван, и проигнорировали разницу. Но на самом деле никакой неисправности на спутнике не было. Мы считаем, что измерения были произведены правильно, и что они подтвердили наши измерения повышенного содержания в магнитных частицах, которые имеют близкий к KREEP состав. Мы обнаружили высокое содержание этого изотопа на Земле, а НАСА обнаружила большое его содержание на Луне.

ЧТО СЛУЧИЛОСЬ?

Явно выраженный круг в Море Дождей на Луне, содержащий элементы KREEP, интересовал ученых с момента, как только этот круг был обнаружен. Было найдено объяснение его появлению: из-за медленного охлаждения многих слоев скал много лет назад элементы КЯЕЕР поднялись на поверхность. Затем, через продолжительное время, сильные столкновения разбросали элементы KREEP вокруг. Одно из столкновений недавнего времени, забросило эти элементы на Землю.

Наше открытие богатого на KREEP слоя с частицами по всей Северной Америке поставило вышеприведенное объяснение под вопрос; и действительно, в этой теории много нестыковок. Непонятно, почему все элементы KREEP оказались в одном месте Луны. Если KREEP имеет столь древний слой, откуда появилось такое изобилие изотопа ⁴⁰К? И если KREEP образовался именно таким путем, почему видим такое же размещение элементов KREEP на Марсе и Земле, тогда как, согласно геологам, эти два небесных тела имели отличные от Луны стадии формирования? Все эти загадки ставят под вопрос общепринятую теорию.

НОВАЯ ТЕОРИЯ

Мы предлагаем во многом другой сценарий, в котором на Землю и Луну обрушивались многочисленные небесные тела низкой плотности, богатые на элементы KREEP. Эта теория легко объясняет все произошедшее на Земле и Луне. Прилетевшие тела имели недавнее происхождение; возможно, они были порождены сверхновой, вспыхнувшей 41 тысячу лет назад. Может быть, стена из расширяющегося вещества, из которой твердые тела только начали формироваться, прошли сквозь Солнечную систему. Такие тела могли создаваться, когда межзвездные частицы и пыль формировали ядра со слабой гравитацией. Эта гравитация притягивала к себе еще больше пыли, отчего появлялись большие по размеру тела, во многом тем же путем, которым, по мнению ученых, формировались Солнце, планеты и кометы.

Могло быть так, что большие тела были просто пылевыми кометами, выброшенными с веществом сверхновой. Мы знаем, что сверхновые могут оставлять после себя нейтронные звезды и пульсары, но никто не предполагал, что они могут порождать меньшие по размерам тела — от пульсаров до частиц пыли — а ведь мы обнаружили в метеоритах небольшие гранулы, порожденные сверхновой. Логика говорит, что создание тел разного размера возможно, но наверняка мы этого не знаем — это просто рабочая гипотеза. Тем не менее, при том, что о сверхновых мы знаем мало, этот сценарий может оказаться верным Он объясняет свидетельства, которые мы находим по всей Солнечной системе.

Несмотря на некоторую неопределенность, свидетельства говорят нам, что, вне зависимости от того, откуда появились элементы KREEP, что-то прибыло в Солнечную систему 13 тысяч лет назад. Что бы это ни было, это пронеслось через Солнечную систему гигантской волной в миллиарды миль ширины и миллионы миль толщины. После того, кале волна прошла, химический состав ближнего космоса быстро вернулся к нормальному состоянию, но многие виды жизни на Земле не вернулись. Во время прохода ударной волны погибли миллионы животных, и излучающие радиацию пятна продолжали светиться на каждом небесном теле.

ВЫЖИВШИЕ: ИНДИЯ

В этом разделе мы искали свидетельства разрушений на планетах, в главе 24 рассматривали возможность массивных выбросов на Солнце. В следующей легенде, которая повествует о правителе Ману и записана в Индии, многие моменты соответствуют теории сверхновой: в мире началась засуха; пламя (вспышки на Солнце) прилетело с Солнца; огни (летящие кометы) разрушили Землю и все планеты; затем начались массивные волны (цунами) и наводнения; выжило лишь малое число людей и животных.

Ману и волшебный карп

Ману был предан богу Брахме, так что бог решил подарить Ману совершенно особую рыбу — магического карпа. Когда Ману однажды молился, внезапно с неба ему в руки упала удивительная рыба. Поняв, что это подарок с небес, Ману стал ухаживать за ней, чтобы она росла больше и больше. После того, как один за другим кувшины оказывались для рыбы малы и магический карп стал огромным, Ману вынужден был выпустить рыбу в океан, где на глазах Ману она выросла до размеров океана.

Видя это, Ману громко рассмеялся, поняв, что подобное мог сделать только Брахма. Рыба-Брахма произнесла после этого низким голосом: «приближается конец мира, Ману, и скоро мир будет разрушен. Ты должен приготовиться». Рыба-Брахма сказала Ману, что в тот день начнется засуха по всему свету, отчего урожай засохнет и погибнет, Огромная рыба предупредила, что скоро обжигающие огни начнут падать с неба и взрываться в земле. Они будут столь яростными, что загорятся и земля, воздух, облака и даже Луна и планеты, которые движутся по небу. Все будет поглощено безжалостным пламенем, включая самих богов.

«Вскоре после огромного пожара, — сказал Брахма Ману, — мир будет очищен огромными наводнениями. Семь облаков поднимутся, как пар от огня, и они зальют дождем все три континента, которые исчезнут под безжалостными волнами». Брахма поручил Many построить могучий морской корабль и приказал посадить с собой на нею несколько избранных людей, захватить семена многих растений а взять на борт животных, чтобы все они пережили катаклизм.

В конце Брахма-рыб а сказала Ману: «Наводнение будет для тебя одного слишком, велико. До того, как оно начнется, сделай веревку толщиной со свою талию. Затем, когда волны и ветер начнут тебя бросать по морю, поищи меня. Когда я буду проплывать милю, набрось веревку на рог на моей голове. Я доставлю тебя в безопасное место. Ты понимаешь, Ману?» Maнy кивнул и поспешил прочь, чтобы приступить к строительству корабля.

Прошло немного времени, и мрачное предсказание Брахмы осуществилось точно так, как он говорил. Огромная рыба подплыла к кораблю Ману и увела корабль в безопасное место. Выжили во всемирном потопе только те люди, животные и растения, которые Many взял к себе на борт. Этим выжившим было доверено создать Новый мир.

Пересказано по Фрейзеру, 1919

ЧТО ПОКАЗЫВАЮТ СВИДЕТЕЛЬСТВА

• Кратер на Луне в виде бычьего глаза имеет повышенное содержание пыли с железом и редкоземельным элементом титана.

• «Горячее место» на американском юго-западе имеет высокое содержание железа, а также титана и двадцати других редкоземельных элементов.

• Уровни титана и элементов KREEP почти идентичны для всех мест раскопок эпохи кловис и Луны.

• Калий-40, изотоп сверхновой, широко распространен в «бычьем глазе» на Луне.

• Калий-40 распространен в земле и кремнии эпохи кловис, но он не встречается до эпохи кловис и после нее.

• Мы полагаем, что либо комета забросила KREEP, торий и уран с Луны на Землю, либо кометы сами содержали KREEP и принесли его на все планеты.

• Мы предполагаем, что кометы прибыли прямо от сверхновой.

Сейчас, когда мы увидели некоторые из эффектов столкновения, вызвавших изменения в химическом, составе, давайте посмотрим на сами места столкновения.