Selama 2003-2008. Sekelompok ilmuwan Rusia dan Austria dengan partisipasi Heinz Kohlmann, ahli paleontologi terkenal dan kurator Taman Nasional Eisenwurzen, mempelajari bencana yang terjadi 65 juta tahun lalu, ketika lebih dari 75% dari semua organisme di Bumi, termasuk dinosaurus, punah. Sebagian besar peneliti percaya bahwa kepunahan itu terkait dengan tabrakan asteroid, meski ada sudut pandang lain
Jejak bencana ini di bagian geologi diwakili oleh lapisan tipis tanah liat hitam setebal 1 hingga 5 cm. Salah satu bagian tersebut terletak di Austria, di Pegunungan Alpen Timur, di Taman Nasional dekat kota kecil Gams, yang terletak 200 km barat daya Wina. Hasil studi sampel dari bagian ini menggunakan mikroskop elektron pemindai, ditemukan partikel dengan bentuk dan komposisi yang tidak biasa, yang tidak terbentuk di bawah kondisi tanah dan termasuk dalam debu kosmik.
Stardust di Bumi
Untuk pertama kalinya, jejak materi antariksa di Bumi ditemukan di lempung laut dalam berwarna merah oleh ekspedisi Inggris yang menjelajahi dasar Samudra Dunia dengan kapal Challenger (1872–1876). Mereka dideskripsikan oleh Murray dan Renard pada tahun 1891. Di dua stasiun di Samudra Pasifik Selatan, ketika pengerukan dari kedalaman 4300 m, sampel nodul ferromangan dan mikrosfer magnetik hingga diameter 100 µm ditemukan, yang kemudian disebut "bola ruang angkasa". Namun, detail mikrosfer besi yang diangkat oleh ekspedisi Challenger baru diselidiki dalam beberapa tahun terakhir. Ternyata bola itu 90% besi metalik, 10% nikel, dan permukaannya dilapisi kerak tipis oksida besi.
Angka: 1. Monolit dari bagian Gams 1, disiapkan untuk pengambilan sampel. Lapisan dari berbagai usia ditunjukkan dalam huruf Latin. Lapisan transisi tanah liat antara periode Cretaceous dan Paleogene (usia sekitar 65 juta tahun), di mana ditemukan akumulasi mikrosfer dan pelat logam, ditandai dengan huruf "J". Foto oleh A. F. Gracheva
Penemuan bola misterius di lempung laut dalam sebenarnya terkait dengan dimulainya studi materi kosmik di Bumi. Namun, ledakan minat di antara para peneliti dalam masalah ini terjadi setelah peluncuran pertama pesawat ruang angkasa, dengan bantuan yang memungkinkan untuk memilih tanah bulan dan sampel partikel debu dari berbagai bagian tata surya. Karya K. P. Florensky (1963), yang mempelajari jejak-jejak bencana Tunguska, dan E. L. Krinov (1971), yang mempelajari debu meteorik di lokasi jatuhnya meteorit Sikhote-Alin.
Video promosi:
Ketertarikan para peneliti pada mikrosfer logam mengarah pada fakta bahwa mereka mulai ditemukan di batuan sedimen dari berbagai usia dan asal. Mikrosfer logam ditemukan di es Antartika dan Greenland, di sedimen laut dalam dan nodul mangan, di pasir gurun dan pantai pesisir. Mereka sering ditemukan di dalam dan sekitar kawah meteorit.
Dalam dekade terakhir, mikrosfer logam yang berasal dari luar bumi telah ditemukan di batuan sedimen dari berbagai usia: dari Kambrium Bawah (sekitar 500 juta tahun lalu) hingga formasi modern.
Data tentang mikrosfer dan partikel lain dari sedimen kuno memungkinkan untuk menilai volume, serta keseragaman atau ketidakrataan masuknya materi kosmik ke Bumi, perubahan komposisi partikel yang tiba ke Bumi dari luar angkasa, dan sumber utama zat ini. Ini penting karena proses tersebut mempengaruhi perkembangan kehidupan di Bumi. Banyak dari pertanyaan-pertanyaan ini yang masih jauh dari terselesaikan, tetapi akumulasi data dan studi komprehensif mereka niscaya akan memungkinkan untuk dijawab.
Sekarang diketahui bahwa massa total debu yang beredar di dalam orbit bumi adalah sekitar 1.015 ton, dari 4 hingga 10 ribu ton materi kosmik jatuh ke permukaan bumi setiap tahunnya. 95% materi yang jatuh ke permukaan bumi terdiri dari partikel berukuran 50–400 mikron. Pertanyaan tentang bagaimana laju masuknya materi kosmik ke Bumi berubah dari waktu ke waktu masih menjadi kontroversi hingga saat ini, meski banyak penelitian dilakukan dalam 10 tahun terakhir.
Berdasarkan ukuran partikel debu kosmik, saat ini sebenarnya debu kosmik antarplanet dipancarkan dengan ukuran kurang dari 30 mikron dan mikrometeorit lebih besar dari 50 mikron. Bahkan sebelumnya E. L. Krinov mengusulkan untuk menyebut fragmen terkecil dari sebuah benda meteorik yang meleleh dari permukaan mikrometeorit.
Kriteria yang ketat untuk membedakan debu kosmik dan partikel meteorit belum dikembangkan, dan bahkan dengan menggunakan contoh bagian Gams yang kami pelajari, telah ditunjukkan bahwa partikel logam dan mikrosfer lebih beragam dalam bentuk dan komposisi daripada yang disediakan oleh klasifikasi yang ada. Bentuk bola yang hampir sempurna, kilau logam, dan sifat magnetis partikel-partikel tersebut dianggap sebagai bukti asal usul kosmik mereka. Menurut ahli geokimia E. V. Sobotovich, "satu-satunya kriteria morfologis untuk menilai kosmogenitas materi yang diteliti adalah keberadaan bola yang menyatu, termasuk bola magnet." Namun, selain bentuknya yang sangat beragam, komposisi kimiawi suatu zat sangatlah penting. Para peneliti menemukanbahwa bersama dengan mikrosfer yang berasal dari kosmik, terdapat sejumlah besar bola dari genesis berbeda - terkait dengan aktivitas vulkanik, aktivitas vital bakteri, atau metamorfisme. Diketahui bahwa mikrosfer ferruginous yang berasal dari vulkanik jauh lebih jarang berbentuk bola yang ideal dan, terlebih lagi, memiliki peningkatan campuran titanium (Ti) (lebih dari 10%).
Sekelompok ahli geologi Rusia-Austria dan kru film dari TV Wina di bagian Gams di Pegunungan Alpen Timur. Di latar depan - A. F. Grachev
Asal muasal debu kosmik
Asal usul debu kosmik masih menjadi bahan perdebatan. Profesor E. V. Sobotovich percaya bahwa debu kosmik bisa jadi merupakan sisa-sisa awan protoplanet asli, yang dimiliki B. Yu. Levin dan A. N. Simonenko, percaya bahwa materi halus tidak dapat bertahan lama (Earth and Universe, 1980, No. 6).
Ada penjelasan lain: pembentukan debu kosmik dikaitkan dengan hancurnya asteroid dan komet. Sebagaimana dicatat oleh E. V. Sobotovich, jika jumlah debu kosmik yang masuk ke bumi tidak berubah seiring waktu, maka B. Yu. Levin dan A. N. Symonenko.
Terlepas dari banyaknya penelitian, jawaban atas pertanyaan mendasar ini tidak dapat diberikan saat ini, karena hanya ada sedikit perkiraan kuantitatif, dan keakuratannya kontroversial. Baru-baru ini, data dari studi isotop di bawah program NASA sampel partikel debu kosmik di stratosfer menunjukkan adanya partikel yang berasal dari pra-matahari. Dalam komposisi debu ini, ditemukan mineral seperti intan, moissanite (silikon karbida), dan korundum, yang berdasarkan isotop karbon dan nitrogen, memungkinkan pembentukannya dikaitkan dengan waktu sebelum pembentukan tata surya.
Pentingnya mempelajari debu kosmik di bagian geologi sangatlah jelas. Artikel ini menyajikan hasil pertama studi materi ruang angkasa di lapisan tanah liat transisi di batas Kapur-Paleogen (65 juta tahun yang lalu) dari bagian Gams, di Pegunungan Alpen Timur (Austria).
Karakteristik umum dari bagian Gams
Partikel asal kosmik diperoleh dari beberapa bagian lapisan transisi antara Kapur dan Paleogen (dalam literatur Jerman - perbatasan K / T), yang terletak di dekat desa pegunungan Gams, di mana sungai dengan nama yang sama di beberapa tempat membuka perbatasan ini.
Pada bagian Gams 1, sebuah monolit dipotong dari singkapan, di mana batas K / T diekspresikan dengan sangat baik. Tingginya 46 cm, lebar - 30 cm di bagian bawah dan 22 cm - di bagian atas, tebal - 4 cm. Untuk studi umum bagian tersebut, monolit dibagi setelah 2 cm (dari bawah ke atas) menjadi lapisan yang ditunjuk oleh huruf alfabet Latin (A, B, C … W), dan dalam setiap lapisan, juga setelah 2 cm, dilakukan penandaan dengan angka (1, 2, 3, dll.). Lapisan transisi J pada antarmuka K / T dipelajari secara lebih rinci, di mana dibedakan enam sub-lapisan dengan ketebalan sekitar 3 mm.
Hasil penelitian yang diperoleh di bagian Gams 1 sebagian besar diulangi ketika mempelajari bagian lain - Gams 2. Kompleks studi termasuk studi tentang bagian tipis dan fraksi monomineral, analisis kimianya, serta fluoresensi sinar-X, aktivasi neutron dan analisis struktural sinar-X, isotopic analisis helium, karbon dan oksigen, penentuan komposisi mineral pada microprobe, analisis magnetomineralogical.
Ragam mikropartikel
Mikrosfer besi dan nikel dari lapisan transisi antara Kapur dan Paleogen di bagian Gams: 1 - Mikrosfer Fe dengan permukaan tuberous retikuler kasar (bagian atas dari lapisan transisi J); 2 - Mikrosfer Fe dengan permukaan kasar paralel membujur (bagian bawah lapisan transisi J); 3 - Mikrosfer Fe dengan elemen faceting kristalografi dan tekstur permukaan seperti jaring kasar (lapisan M); 4 - Mikrosfer Fe dengan permukaan jaring tipis (bagian atas lapisan transisi J); 5 - Mikrosfer Ni dengan kristalit di permukaan (bagian atas lapisan transisi J); 6 - agregat mikrosfer Ni yang disinter dengan kristalit di permukaan (bagian atas lapisan transisi J); 7 - agregat mikrosfer Ni dengan mikrodiamond (C; bagian atas lapisan transisi J); 8,9 - bentuk karakteristik partikel logam dari lapisan transisi antara Kapur dan Paleogen di bagian Gams di Pegunungan Alpen Timur.
Pada lapisan tanah liat transisi antara dua batas geologi - Kapur dan Paleogen, serta pada dua tingkat di atas sedimen Paleosen di bagian Gams, banyak partikel logam dan mikrosfer yang berasal dari kosmik ditemukan. Mereka jauh lebih beragam dalam bentuk, tekstur permukaan, dan komposisi kimianya daripada semua yang diketahui sejauh ini di lapisan tanah liat transisi pada zaman ini di wilayah lain di dunia.
Pada bagian Gams, materi luar angkasa diwakili oleh partikel yang tersebar halus dalam berbagai bentuk, di antaranya yang paling umum adalah mikrosfer magnetik dengan ukuran mulai dari 0,7 hingga 100 μm, yang terdiri dari 98% besi murni. Partikel semacam itu dalam bentuk bola atau mikrosferul ditemukan dalam jumlah besar tidak hanya di lapisan J, tetapi juga di atas, di lempung Paleosen (lapisan K dan M).
Mikrosfer terdiri dari besi atau magnetit murni, beberapa di antaranya mengandung kromium (Cr), paduan besi dan nikel (avaruite), dan nikel murni (Ni). Beberapa partikel Fe-Ni mengandung pengotor molibdenum (Mo). Di lapisan transisi tanah liat antara Kapur dan Paleogen, mereka semua ditemukan untuk pertama kalinya.
Belum pernah sebelumnya kita menemukan partikel dengan kandungan nikel yang tinggi dan campuran molibdenum, mikrosfer yang signifikan dengan kehadiran kromium dan potongan-potongan besi spiral. Selain mikrosfer dan partikel logam, Ni-spinel, mikrodiamond dengan mikrosfer Ni murni, serta lempengan Au, Cu yang robek, yang tidak ditemukan dalam endapan di bawah dan di atasnya, ditemukan di lapisan tanah liat transisi di Gams.
Karakteristik mikropartikel
Mikrosfer logam di bagian Gams hadir pada tiga tingkat stratigrafi: partikel ferruginous dari berbagai bentuk terkonsentrasi di lapisan tanah liat transisi, di atas batupasir berbutir halus di atasnya dari lapisan K, dan tingkat ketiga dibentuk oleh batulanau dari lapisan M.
Beberapa bola memiliki permukaan yang halus, yang lain memiliki permukaan yang menonjol berkisi, dan yang lainnya ditutupi dengan jaringan poligonal kecil atau sistem retakan paralel yang membentang dari satu retakan utama. Mereka berlubang, seperti cangkang, diisi dengan mineral tanah liat, dan mungkin juga memiliki struktur konsentris internal. Partikel logam Fe dan mikrosfer ditemukan di seluruh lapisan tanah liat transisi, tetapi terutama terkonsentrasi di cakrawala bawah dan tengah.
Mikrometeorit adalah partikel gabungan dari besi murni atau paduan besi-nikel Fe-Ni (avaruite); ukurannya dari 5 hingga 20 mikron. Banyak partikel avaruite terbatas pada tingkat atas lapisan transisi J, sedangkan partikel ferruginous murni hadir di bagian bawah dan atas dari lapisan transisi.
Partikel berbentuk pelat dengan permukaan tuberous hanya terdiri dari besi, lebarnya 10-20 µm, dan panjangnya mencapai 150 µm. Mereka sedikit melengkung dan bertemu di dasar lapisan transisi J. Di bagian bawahnya, pelat Fe-Ni dengan campuran Mo juga dijumpai.
Pelat paduan besi dan nikel memiliki bentuk memanjang, agak melengkung, dengan alur membujur pada permukaannya, dimensinya bervariasi panjangnya dari 70 sampai 150 mikron dan lebar sekitar 20 mikron. Mereka lebih umum di bagian bawah dan tengah dari lapisan transisi.
Pelat ferrugin dengan alur longitudinal memiliki bentuk dan ukuran yang identik dengan pelat paduan Ni-Fe. Mereka terbatas pada bagian bawah dan tengah dari lapisan transisi.
Partikel dari besi murni, yang berbentuk spiral biasa dan dibengkokkan dalam bentuk kail, merupakan hal yang menarik. Mereka terutama terdiri dari Fe murni, jarang paduan Fe-Ni-Mo. Partikel besi spiral ditemukan di bagian atas lapisan J dan di atas lapisan batupasir (lapisan K). Partikel heliks Fe-Ni-Mo ditemukan di dasar lapisan transisi J.
Di bagian atas lapisan transisi J terdapat beberapa butir mikrodiamond yang disinter dengan mikrosfer Ni. Studi microprobe terhadap bola nikel, yang dilakukan pada dua instrumen (dengan spektrometer dispersif gelombang dan energi), menunjukkan bahwa bola-bola ini terdiri dari nikel hampir murni di bawah lapisan tipis oksida nikel. Permukaan semua bola nikel dihiasi kristalit bening dengan ukuran kembar 1–2 µm. Nikel murni dalam bentuk bola dengan permukaan yang mengkristal dengan baik tidak ditemukan baik di batuan beku maupun di meteorit, di mana nikel mengandung sejumlah besar pengotor.
Dalam studi monolit dari bagian Gams 1, bola Ni murni hanya ditemukan di bagian paling atas dari lapisan transisi J (di bagian paling atasnya - lapisan sedimen yang sangat tipis J 6, ketebalannya tidak melebihi 200 μm), dan menurut data analisis magnetis termal, nikel logam hadir di lapisan transisi, dimulai dengan sub-lapisan J4. Di sini, bersama dengan bola Ni, berlian juga ditemukan. Dalam lapisan yang dikeluarkan dari kubus dengan luas 1 cm2, jumlah butiran berlian yang ditemukan adalah puluhan (dengan ukuran dari fraksi mikron hingga puluhan mikron), dan bola nikel dengan ukuran yang sama - dalam ratusan.
Dalam sampel dari bagian atas lapisan transisi yang diambil langsung dari singkapan, ditemukan berlian dengan partikel nikel halus pada permukaan butir. Hal ini penting bahwa ketika mempelajari sampel dari bagian lapisan J ini, keberadaan mineral moissanite juga terungkap. Sebelumnya, mikrodiamond ditemukan di lapisan transisi di batas Kapur-Paleogen di Meksiko.
Menemukan di daerah lain
Mikrosfer Gams dengan struktur internal konsentris mirip dengan yang ditambang oleh ekspedisi Challenger di lempung laut dalam di Samudra Pasifik.
Partikel besi yang bentuknya tidak beraturan dengan ujung yang meleleh, serta berbentuk spiral dan kait serta pelat yang melengkung, sangat mirip dengan produk penghancuran meteorit yang jatuh ke bumi, mereka dapat dianggap sebagai besi meteorik. Partikel avaruite dan nikel murni dapat dimasukkan ke dalam kategori yang sama.
Partikel besi melengkung dekat dengan berbagai bentuk air mata Pele - tetesan lava (lapili), yang dikeluarkan gunung berapi dari ventilasi selama letusan dalam keadaan cair.
Dengan demikian, lapisan lempung transisi di Gams memiliki struktur yang heterogen dan secara jelas terbagi menjadi dua bagian. Partikel besi dan mikrosfer mendominasi di bagian bawah dan tengah, sedangkan bagian atas lapisan diperkaya dengan nikel: partikel avaruite dan mikrosfer nikel dengan berlian. Ini dikonfirmasi tidak hanya oleh distribusi partikel besi dan nikel di tanah liat, tetapi juga oleh data analisis kimia dan termomagnetik.
Perbandingan data analisis termomagnetik dan analisis microprobe menunjukkan heterogenitas yang ekstrim dalam sebaran nikel, besi, dan paduannya di dalam lapisan J, namun menurut hasil analisis termomagnetik, nikel murni hanya terekam dari lapisan J4. Yang perlu diperhatikan adalah fakta bahwa besi heliks terjadi terutama di bagian atas lapisan J dan terus terjadi di lapisan K di atasnya, di mana, bagaimanapun, hanya ada sedikit partikel Fe, Fe-Ni isometrik atau lamelar.
Kami menekankan bahwa diferensiasi yang begitu jelas pada besi, nikel, dan iridium, yang termanifestasi pada lapisan tanah liat transisi di Gams, juga terdapat di wilayah lain. Misalnya, di negara bagian New Jersey, AS, pada lapisan bulat transisi (6 cm), anomali iridium termanifestasi dengan tajam di dasarnya, dan mineral tumbukan terkonsentrasi hanya di bagian atas (1 cm) dari lapisan ini. Di Haiti, di perbatasan Cretaceous-Paleogene dan di bagian paling atas dari lapisan spherul, terdapat pengayaan yang tajam pada Ni dan kuarsa kejut.
Fenomena latar belakang Bumi
Banyak fitur dari bola Fe dan Fe-Ni yang ditemukan mirip dengan bola yang ditemukan oleh ekspedisi Challenger di lempung laut dalam di Samudera Pasifik, di daerah bencana Tunguska dan lokasi jatuhnya meteorit Sikhote-Alin dan meteorit Nio di Jepang, serta di batuan sedimen dari berbagai usia dari berbagai usia. wilayah dunia. Selain daerah bencana Tunguska dan jatuhnya meteorit Sikhote-Alin, dalam semua kasus lain pembentukan tidak hanya bola, tetapi juga partikel dari berbagai morfologi, yang terdiri dari besi murni (kadang-kadang dengan kandungan kromium) dan paduan nikel dengan besi, tidak ada hubungannya dengan peristiwa tumbukan. Kami menganggap kemunculan partikel tersebut sebagai akibat dari debu antarplanet kosmik yang jatuh ke permukaan bumi - sebuah proses yang terus berlangsung sejak pembentukan Bumi dan merupakan semacam fenomena latar belakang.
Banyak partikel yang dipelajari di bagian Gams memiliki komposisi yang dekat dengan komposisi kimia massal materi meteorit di lokasi jatuhnya meteorit Sikhote-Alin (menurut E. L. Krinov, ini adalah 93,29% besi, 5,94% nikel, 0,38% kobalt).
Kehadiran molibdenum di beberapa partikel tidak terduga karena termasuk banyak jenis meteorit. Kandungan molibdenum dalam meteorit (besi, batu, dan kondrit berkarbon) berkisar antara 6 hingga 7 g / t. Yang terpenting adalah ditemukannya molibdenit pada meteorit Allende dalam bentuk inklusi dalam paduan komposisi logam berikut (% berat): Fe - 31,1, Ni - 64,5, Co - 2.0, Cr - 0,3, V - 0,5, P - 0,1. Perlu dicatat bahwa molibdenum dan molibdenit asli juga ditemukan dalam sampel debu bulan oleh stasiun otomatis Luna-16, Luna-20, dan Luna-24.
Bola nikel murni yang pertama kali ditemukan dengan permukaan yang mengkristal dengan baik tidak diketahui baik di batuan beku maupun di meteorit, di mana nikel mengandung sejumlah besar pengotor. Struktur permukaan bola nikel seperti itu dapat muncul jika asteroid (meteorit) jatuh, yang menyebabkan pelepasan energi, yang memungkinkan tidak hanya melelehkan materi benda yang jatuh, tetapi juga menguapkannya. Uap logam bisa saja terangkat oleh ledakan ke ketinggian yang luar biasa (mungkin puluhan kilometer), di mana kristalisasi terjadi.
Partikel yang terdiri dari avaruite (Ni3Fe) ditemukan bersama dengan bola logam nikel. Mereka termasuk dalam debu meteor, dan partikel besi yang menyatu (mikrometeorit) harus dianggap sebagai "debu meteorit" (dalam terminologi EL Krinov). Kristal berlian yang ditemukan bersama dengan bola nikel kemungkinan muncul sebagai hasil ablasi (pelelehan dan penguapan) meteorit dari awan uap yang sama selama pendinginan berikutnya. Diketahui bahwa berlian sintetis diperoleh dengan kristalisasi spontan dari larutan karbon dalam lelehan logam (Ni, Fe) di atas garis kesetimbangan fase grafit - berlian dalam bentuk kristal tunggal, pertumbuhannya, kembar, agregat polikristalin, kristal bingkai, kristal berbentuk jarum, butiran tidak beraturan. Hampir semua fitur tipomorfik kristal berlian ditemukan dalam sampel yang diteliti.
Hal ini memungkinkan kita untuk menyimpulkan bahwa proses kristalisasi intan dalam awan uap nikel-karbon selama pendinginan dan kristalisasi spontan dari larutan karbon dalam lelehan nikel dalam eksperimen serupa. Namun, kesimpulan akhir tentang sifat berlian dapat dibuat setelah studi isotop rinci, yang diperlukan untuk mendapatkan zat dalam jumlah yang cukup besar.
Dengan demikian, studi materi kosmik pada lapisan lempung transisi pada batas Kapur-Paleogen menunjukkan keberadaannya di semua bagian (dari lapisan J1 hingga lapisan J6), namun tanda-tanda peristiwa tumbukan hanya terekam dari lapisan J4, yang berusia 65 juta tahun. Lapisan debu kosmik ini dapat dibandingkan dengan kematian dinosaurus.
