Ничего так не бодрит, как с утра метеорит (с), или стекло Ливийской пустыни

Здравствуйте, уважаемые читатели!

Думаю, что из памяти ещё не успел выветриться пролёт метеорита над Челябинском и воздушный взрыв, сопровождавший его. Взрывы в атмосфере над Россией в Челябинске в 2013 году и Тунгуске в 1908 году дают драматические примеры опасностей, создаваемых околоземными объектами.

Эти два события произвели 0,5 и 5 млн тонн энергии соответственно, что резко повлияло на поверхностную среду и, в случае Челябинска, повредило людям. Но сегодня цель моя не в описании этих событий и не в изучении их последствий. Сегодня разбираемся со стеклом Ливийской пустыни, появление которого некоторые связывали именно с воздушным взрывом большой мощности.

Полагаю, что многие уже привыкли к моим вольным переводам-пересказам научных статей. Сегодня будет ещё один. Это научная статья, в которой обосновывается вывод о том, что стекло образовалось не в результате воздушного взрыва, а именно от ударного воздействия метеорита по поверхности земной, где был выход песчаниковых пород. Конечно, я сократила текст, кому интересны подробности, могут ознакомиться с ними в первоизточнике. Изображения взяты из интернета.

1. Введение

Среди природных стёкол знаменитое ливийское стекло пустыни (ЛПС) из-за его однородности и высокой степени чистоты с одной стороны, загадочного произхождения - с другой, - довольно своеобразный, интересный и сложный тип образований. Впервые это стекло было упомянуто в 1850 году, но стало известно, локализовано, изследовано и научно задокументировано только после его повторного открытия П. А. Клейтоном (P. A. Clayton) в 1932 году. С момента своего открытия таинственное стекло было и остается предметом многих изследований, начиная от полевых геологических, завершая проделанными в лабораториях сложнейшими анализами. По их результатам большинство учёных пришло к выводу, что стекло, скорее всего, возникло из-за высокотемпературного воздействия внеземного тела на слой песка или песчаника, вызвавшего его плавление и последующее затвердевание. Но отсутствие по соседству явного свидетельства удара - метеоритного кратера, заставило некоторых учёных полагать, что процесс плавки мог произойти в результате взрыва на малой высоте, когда внеземное тело генерирует тепловой импульс (при воздушном взрыве), вызывающий плавление поверхностных и приповерхностных отложений кремнезёма.

Для сравнения привожу фото хиросимаитов, образовавшихся после надземного взрыва атомной бомбы

На сегодняшний день в научных справочниках, журналах, материалах научных трудов и в книгах было опубликовано около двухсот статей, касающихся геологических, хронологических, химических и физических данных ЛПС. Среди самых последних публикаций на эту тему, мультикомпьютерные множественные симуляции и методы дистанционного зондирования, которыми получены научные данные, подтверждающие гипотезу о происхождении стекла путём высокотемпературного термоядерного синтеза.

2. Внешний вид и химия

ЛПС обнаружено разбросанным по поверхности плоских коридоров (или улиц) между песчаными дюнами юго-западного угла Большого песчаного моря, в виде сильно эродированных ветром от округлых до неправильной формы фрагментов, имеющих широкий диапазон размеров и масс. Цвет осколков стекла варьируется от светло-желтого до светло- или коричневато-зелёного и от идеально прозрачного до молочно-белого.

Белые сферические образования в стеклянной массе - кристобалиты

Иногда на некоторых кусочках стекла наблюдаются темно-коричневые полосы и прожилки и / или белые сферолиты кристобалита (высокотемпературная полиморфная модификация кварца или низкотемпературная тетрагональная псевдокубичная модификация кремнезема координационного строения), в то время как другие являются прозрачными, бесцветными и не содержат включений, при резке и полировке из них получаются довольно хорошие драгоценные камни. В результате земляных работ стекло найдено на глубинах до 2 м.

Мелкие, округлые по форме фрагменты обнаруживаются лежащими на поверхности. Средней величины куски частично утоплены, их обнажённые грани блестяще отполированы и мягко обработаны ветром, в то время как утопленные грани имеют тонко текстурированные поверхности, скорее всего, из-за разъедения раствора. Большие куски, имеющие форму блоков, как правило, погружены глубоко и более угловаты.

Стёклышки имеют различные цветовые оттенки

Текстура поверхности фрагментов ЛПС демонстрирует отклонения от гладких, отполированных ветром поверхностей фрагментов малого размера до тех, которые демонстрируют одну или несколько любых комбинаций текстур поверхности таких как фаски, конические углубления, сложные травления и тонко текстурированные поверхности, травления поверхности в растворе, бороздки, шрамы от ударного разрушения и т. д. В некоторых кусочках стекла ясно видна структура потока. Кажется, что пузырьки принимают либо эллиптическую форму, отражающую их деформацию во время течения (расплава), либо выровненную, вытянутую и заостренную форму, указывающую на деформацию порового пространства в материале, который едва разплавился. Флюидальная структура (структура, образовавшаяся в процессе течения) характерна и для слоистых темно-коричневых полос и прожилок.

Химически ЛПС характеризуется уникально высоким содержанием кремнезёма (- 98 мас.%), а также ограниченными вариациями концентраций основных и второстепенных элементов. По результатам объёмных и микрозондовых анализов образцов, отобранных из большой коллекции в соответствии с вариациями цвета, было выявлено, что стекло не является полностью однородным на микроуровне, как то демонстрирует объёмный анализ. В то время как Al, Fe и Ti равномерно разпределены по всему стеклу и хорошо коррелируют друг с другом в свободных от Mg пятнах, сам Mg ограничен несколькими местами и коррелирует только с Fe. Было сделано заключение, что изходным материалом должен быть песок или песчаник из кварцевых зерен, покрытых смесью каолинита, гематита и анатаза. Викс (Weeks et al) в своём обзоре подчеркивал тот факт, что объемный химический состав ЛПС почти такой же, как и у песчаника Нубийской формации, лежащего в основе большого песчаного моря, и у кварцевых агрегатов песчаных дюн.

Дюны и дюнные коридоры с плоским дном

Однородность ЛПС была также подтверждена путём изследования образцов с изпользованием электронного микроскопа и сканирующей электронной микроскопии. При изпользовании оптических и электронно-оптических методов на образцах стекла, имеющих тёмно-коричневые полосы, наблюдается относительная неоднородность стекла. Темно-коричневые полосы содержат в основном Fe2O3, иногда вместе с волластонитом (CaSiO3) и кристобалитом (SiO2). То есть, химически выявлено близкое композиционное сходство ЛПС и зрелых песчаников. Был также сделан вывод, что стекла обогащены лёгкими редкоземельными элементами, содержание которых коррелирует с наиболее разпространёнными элементами. Это убедительно указывает на то, что изходный материал состоял из кварцевых зёрен, покрытых смесью оксидов каолинита и Fe-Ti. Обогащение тёмных полос Fe и Mg, с увеличением Ni и истощением Zr и SR, наряду с изотопными данными рения-осмия и наличием следов иридия, указывают на отпечаток, оставленный космическим компонентом.

3. Локализация и разпределение

Впервые район разпространения ЛПС был предварительно определён и нанесён на карту Клейтоном и Спенсером в начале тридцатых годов прошлого века. С тех пор более подробная информация о его местонахождении, размере и форме области, на которой разбросано стекло, а также концентрации его поверхностного и подземного разпределения, была собрана, обобщена и представлена многими авторами. Стало ясно, что стекло разбросано на площади около 6500 км2. В основном оно сосредоточено в большой кольцеобразной области к югу от Большого Песчаного моря, где разположены песчаники меловой нубийской свиты и на более мелкой овальной области на севере. Более подробная информация по этому вопросу содержится в справочной литературе.

4. Геологический возраст и стратиграфия

По оценкам многих изследователей (сделанным ещё в 1970-х и 1980-х годах) возраст формирования ЛПС составлял в среднем 28,5 млн лет. Новые экспериментальные данные, опять-таки с помощью метода датирования треков деления, полученные в конце 1990-х годов прошлого века, подтвердили возраст, оцененный ранее. Трудность составляло определение локализации местонахождения стекла и области его образования. Викс и др. изследователи сообщили о выходе разбросанных, сильно полированных блоков песчаника нубийской свиты в междюнных коридорах. Последние покрыты аллювиально-коллювиальными отложениями (аллювиальные - отложения, намытые реками, коллювиальные отложения - осыпи, обвалы, оползни, скапливающиеся на склонах или у основания гор), осаждёнными в том, что в настоящее время, по-видимому, представляет собой каналы сухого потока, простирающиеся на северо-восток. Эти отложения содержат мелкие и средние осколки стекла, в то время как более крупные осколки стекла особенно сосредоточены во многих местах в южной части области появления стекла. Также очевидна транспортировка стекла посредством речного действия. Авторы пришли к выводу, что стекло могло образоваться на поверхности, которая была стратиграфически выше современного уровня земли. Другими словами, стекло не было сформировано в том же месте, где оно лежит сейчас.

Стратиграфически, как песчаник, так и богатый кремнезёмом выветрившийся обломок нубийской свиты, лежащий и включающий фрагменты ЛПС, считаются геохимически подходящим изходным материалом для стекла. Скорее всего эти песчаники были погребены на разстоянии около 400 м под более молодыми отложениями сланца, алевролита и карбонатных пород 28,5 млн лет назад, когда образовалось стекло. Было высказано предположение, что материал-предшественник стекла мог существовать на поверхности или вблизи поверхности, которая стратиграфически была приблизительно на 400 м выше, чем существующая поверхность земли, или, как вариант, возможно также, что стекло было сформировано из другого богатого кремнезёмом горного образования в пределах всего района Большого песчаного моря.

5. Термическая история стекла и его физические свойства

Изучая историю плавления в микроструктуре ЛПС, Мерферсон и др. пришли к выводу, что стекло было плохо отожжено и демонстрировало большую объемную релаксацию, о чём свидетельствует снижение его линейного теплового расширения на 1% между 1000 и 1250 ° С. Они также отметили, что при нагревании выше 1300 ° С стекло подвергается сильному разширению и быстрой кристаллизации. Они пришли к выводу, что ливийское стекло не могло оставаться при повышенных температурах в течение длительных периодов времени.

Себаугх (Seebaugh) и его коллеги на основании максимального полученного разстояния между зёрнами кристобалита в разных образцах пришли к выводу, что листы стекла толщиной более 5 м будут полностью разрушаться при охлаждении. Они оценили вероятную толщину листа стеклянного разплава от 1,3 до 2,6 м. Последняя толщина даёт почти такое же начальное количество стекла, которое было оценено по результатам полевых изследований его разпределения. Изотермическая термообработка и магнитные измерения, проведённые Уиксом и соавторами, подтвердили окисленное состояние железа внутри фрагментов ЛПС, что указывает на то, что стекло плавилось и/или остывало в окислительной атмосфере, аналогичной земной, охлаждение произходило с низкой скоростью. Последнее также было подтверждено измерениями теплового расширения. Фришат и др. обнаружили, что изменение объёма в диапазоне температур от 180 до 1200 ° C варьируется от одного образца к другому. Они пришли к выводу, что относительно открытая структура была остужена путём охлаждения изходного разплава со скоростью, превышающей примерно 2 К / мин. Вероятная температура оценивалась примерно в 1200 ° C. Результаты измерений скоростей отжига, полученные Galeener и Geissberger, показали, что изследованные образцы стекла не остывали в течение нескольких секунд и не охлаждались в течение длительных периодов времени. Высокотемпературные дилатометрические измерения, проведённые на различных типах кремнезёмных стекол, доказали, что ЛПС ведет себя так же, как и высокотемпературное кремнезёмное стекло, а вовсе не так, как низкотемпературная версия кремнезёмных стекол.

Изследованные ЛПС образцы демонстрируют спектры комбинационного разсеяния, практически аналогичные спектрам, полученным из почти чистого кварцевого синтетического стекла. ИК-спектроскопия также показала, что ЛПС является типичным безводным и аморфным кварцевым стеклом. Совершенно очевидно, что высокое содержание кремнезёма, проявляемое ЛПС, даже при высоких температурах приведёт к образованию высоковязкого стекла. Это может быть причиной присутствия иногда чрезмерного количества пузырьков внутри стекла. По оценкам, вязкость стекла на два порядка ниже, чем у чистого кремнезема. Показатель преломления находится в диапазоне от 1,4600 до 1,4650, а плотность - от 2,20 до 2,206 г/см3.

6. Возможные механизмы формирования

Несмотря на изпользование практически всех возможных и доступных теоретических, геологических, экспериментальных и имитирующих знаний, учёные и изследователи ещё не пришли согласию о том, как было произрождено стекло. Поначалу были выдвинуты различные гипотезы его образования, включая процессы при низких и высоких температурах, а также наземные и внеземные изходные материалы. Но с 1980-х годов, и после сбора достаточного количества экспериментальных данных, большинство учёных стало считать, что стекло возникло в результате процесса высокотемпературного синтеза, вызванного воздействием внеземного тела на песчаную или песчаниковую среду в районе Большого песчаного моря. Защитников гипотезы высокотемпературного, сверхскоростного ударного события внеземного тела подтверждает огромное количество визуальных и экспериментальных результатов, включая отсутствие аэродинамического формирования осколков стекла, наличие метеоритного компонента в стекле, химический состав его, которые согласуются с наиболее вероятной целевой породой-мишенью удара нубийской группы.

О произхождении стекла в результате высокотемпературного удара свидетельствуют также результаты анализа трека деления. Высокая температура плавления песка или песчаника, очень богатого кварцем, также подтверждается катодолюминесценцией. Минеральные включения, механические деформации, вероятные температуры, поведение при тепловом разширении и люминесценции, а также содержание иридия и соотношение сидерофильных элементов являются практическими доказательствами существования высокотемпературного режима образования. Высокотемпературное ударное происхождение стекла было ещё раз подтверждено отсутствием ионов OH, характерных для аморфного кремнезёма, полученного при низких температурах, отсутствием органических остатков, наличием лешательерита (чистого включения кремнезёма) и обогащением стекла метеоритными элементами в хондритных пропорциях. Тот же результат достигается при изпользовании NMR-МАS-анализа. Оба анализа указывают на высокие температуры и высокие давления, сопровождавшие образование стекла. В последнее время современная наука и техника поддержали версию сверхскоростного, гиперэнергетического или близкого к удару события, которое вызвало бы слияние почти чистого кварцевого песка или песчаника земных отложений.

Люди каменного века охотно изпользовали стекло для изготовления ножей

Первоначально гипотеза интенсивного, кратковременного теплового импульса была выдвинута из-за невозможности идентифицировать хотя бы остатки возможного кратера, который был бы создан в результате прямого внеземного воздействия. Предположение о том, что атмосферный взрыв мог создать огненные шары, достаточно большие и горячие, чтобы произвести загадочное стекло, было недавно опровергнуто Бослоу и Кроуфордом, которые провели многократное моделирование с высоким разрешением с изпользованием суперкомпьютера Cray в национальных лабораториях Сандии. Позже снимки Landsat Enhanced Thermatic Mapper Plus (ETM+), данные Radarsat-1 и топографическая информация, полученные с помощью Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), привели к выводу, что удар метеорита мог создать кратер под названием Кебира, а удар высокоэнергетического удара привел бы к плавлению богатых кварцем отложений песка или песчаника в месте удара, что привело бы к появлению пока еще загадочного ливийского стекла.

7. Обсуждение

Предложенный высокотемпературный термоядерный режим образования ЛПС, вызванный воздействием внеземного тела, долгое время был самым правдоподобным механизмом среди всех остальных. Критики данной гипотезы выдвинули много оговорок, среди которых не последнее место занимало отсутствие изходного кратера. Самое последнее открытие кратера Кебира, кажется, принесло долгожданный ответ о виновнике появления стекла. Размер кратера, являющегося самым большим в окрестностях, его географическое положение самым близким среди других, а также топографический характер района, предполагающий Прибойный флювиальный дренаж к северу или северо-северо-востоку в пределах южной части Большого песчаного моря, являются возможными ответами на вопрос о месте залегания и концентрации стекла в двух различных местах к северо-востоку от места расположения кратера.

8. Выводы

Окончательное подтверждение того, что сама Кебира действительно является ударным кратером, а следовательно, она является реальным и единственным източником ЛПС, должно быть установлено путём полевых работ и отбора проб с предполагаемого места кратера, что, несомненно, требует больших усилий и подлинной работы со стороны учёных-землеустроителей и ученых-материаловедов, а также других членов научного сообщества. В конечном итоге критикам гипотезы высокотемпературного термоядерного синтеза остается лишь изучить, оценить и вынести свое окончательное суждение в свете имеющихся и предстоящих научных доказательств и знаний.

Спутниковый снимок Кебиры

* * *

Таким образом, уважаемые читатели, судя по всему, с ударной версией произхождения стёклышек в пустыне дело более-менее решённое. Остаётся разобраться с местом удара. В 2006 году доктор Фарук Эль-Баз (Farouk El-Baz) и его коллеги из Бостонского университета, изучая спутниковые снимки пустыни Сахара, обнаружили остатки кратера диаметром 31 километр. До этого открытия самым большим кратером Сахары считалась находящаяся в Чаде "воронка" диаметром всего 12 километров. Нынешний же рекордный след, по словам Эль-База, оставил после себя метеорит с поперечником 1,2 километра. Новооткрытый кратер учёные назвали "Кебира" ("Kebira"), что в переводе с арабского означает "огромный".

Однако, не успел Эль Баз объявить об этом открытии, как посыпались опровержения. В качестве доказательства отсутствия кратера приводились фотоснимки, сделанные побывавшими в тех местах по иным делам группами. На снимках пейзажи местечка, названного Кебирой, не похожи на поверхность большой воронки.

Процитирую небольшой фрагмент из статьи "Кратер "Кебира" - это большая ошибка !"

"...Г-н Йохен Штеффен путешествовал с 1998 по 2004 год вместе с г-ном Самиром ламой несколько раз в течение нескольких недель в районе Гильф-Кебира. Он также сделал проницательные фотографии из области восточного края предполагаемой структуры "Кебира", около 24 ° 43'N / 25 ° 02'E. они показывают ландшафт с вулканическими пробками и, таким образом, еще один аргумент против события удара. Удивительно, но современные спутниковые снимки также показывают в окружающей среде красноватый цвет из-за проникновения железа..."

Из самых последних публикаций:

Смоделировано падение метеорита в Ливийской пустыне

Стекло Ливийской пустыни содержит метеоритный материал и, следовательно, его происхождение должно быть связано с ударом. Однако кратер так и не был найден. Сотрудники кафедры теоретической и экспериментальной физики геосистем совместно с коллегой из Института динамики геосфер выполнили численное моделирование ударов каменистых и кометных тел. Они пытались подтвердить версию, что это стекло было сформировано из кремнезема, нагретого излучением от воздушных всплесков вблизи земли. Авторы выбрали те варианты симуляции, в которых кратер не образовался, огненный шар касается земной поверхности, а площадь расплавленной мишени соответствует площади усыпанного поля Ливийского пустынного стекла. Подходящие варианты включают в себя удар астероида диаметром 300 м со скоростью входа 35 км/с и углом входа 8°, а также кометные тела диаметром от 150 до 300 м, где скорости равны 50–70 км/с, а углы входа — от 15° до 45°. Максимальная глубина расплавленного кремнезема в эпицентре достигает 10 см при кометных ударах и 3–4 см при астероидных ударах. Моделирование показало, что порода плавится за 50–400 секунд. Результаты опубликованы в журнале Meteoritics & Planetary Science.

Так что, придётся нам подождать, когда район предполагаемого кратера пропашут вдоль и поперёк :о) Как по моему, так даже минимальные 50 секунд длительности взрыва во время пролёта метеорита кажутся маловероятными.