Исчезнувшие мантии

Мы живем на тонкой внешней оболочке коры, внутри которой заключено все вещество Земли. Под этим тончайшим, как папиросная бумага, геологическим слоем лежит каменная мантия, простирающаяся вниз до самого металлического ядра в центре нашей планеты.

Мантия Земли занимает огромный объем – 85% общего объема земного шара. Состоит она главным образом из литофильных элементов (магния, кремния и кислорода), которые остались наверху после того, как в эпоху дифференциации Земли железо погрузилось вниз, к центру планеты. Эти элементы преимущественно образуют кристаллы оливина и минерала под названием ортопироксен, а на больших глубинах преобразуются в такие экзотические минералы, как вадслеит, ринг-вудит и бриджманит.

Считается, что некогда расплавленные планетезимали, подобно Земле, подверглись дифференциации и в них образовались металлические ядра с сопутствующими им каменными мантиями. Но загадочным и обескураживающим представляется, что из примерно 60 000 метеоритов, известных сейчас науке, ни один не соответствует геологическим характеристикам пород земной мантии. Нет ни единого метеорита, который состоял бы из характерных взаимосвязанных кристаллов бутылочно-зеленого оливина и черно-зеленого ортопироксена. Проблема исчезнувших мантий не дает покоя многим космохимикам. Где же они? Фактом своего отсутствия метеориты из оливин- ортопироксеновых мантий рассказывают нам историю внезапной катастрофы. Популяция планетезималей, в которых формировались мантии, по-видимому, была полностью уничтожена вскоре после своего образования. Их существование в Солнечной системе было кратким. Вскоре после остывания почти все они, по всей вероятности, были разрушены коварными ударами – лобовыми, которые просто разбивали их вдребезги, или касательными, которые срывали мантии с их ядер. И ни одно из таких тел не дожило до нашего времени.

Свет на эту загадочную ситуацию проливают железные метеориты. Среди них изредка встречаются экземпляры с необычно маленькими кристаллами камасита и тэнита в решетчатых узорах видманштеттеновых фигур, из чего видно, что они остыли очень быстро, а значит, не могли образоваться в обернутом толстой внешней мантией ядре. С их родительских планетезималей мантии, вероятно, были сорваны, когда их ядра еще оставались жидкими. Потеряв свой изолирующий каменный покров, ядра этих планетезималей быстро остывали, и металлические минералы, образовавшиеся в них, остались «недомерками».

В отличие от железной шрапнели, образовавшейся из ядер, каменные осколки раздробленных мантий были физически хрупкими. После того как они были выброшены из родительского астероида ударом, они подверглись стиранию микроскопическими зернами межзвездной пыли и быстро превратились в изъеденную этой пылью комковатую массу. К нашей эпохе они давно уже разрушились, в то время как их металлические современники выжили и продолжают выпадать на Землю дождем железных метеоритов. Некоторые из оголенных ядер таких лишенных мантий планетезималей существуют и сегодня в поясе астероидов[10], и недавно выброшенные их фрагменты (такие как метеорит Кампо дель Сьело) после межпланетных странствий попадают на Землю.

Группируя около 1 200 известных железных метеоритов по сходству их химических, изотопных и геологических характеристик, мы установили, что они были порождены по крайней мере тремя дюжинами различных прошедших стадию дифференциации астероидов. Три дюжины миров, каждый со своей собственной историей и геологической эволюцией, которая закончилась катастрофой.

«Палласово железо»

Разрушение первых расплавленных миров породило совершенно новый тип астероидов, сложенных из замысловатой смеси камня и металла, от которых произошли железокаменные метеориты. Самые удивительные среди них – палласиты. Этот исключительно редкий вид метеоритов (сейчас их известно всего около сотни) назван в честь немецкого натуралиста Петера Симона Палласа. В 1772 году находясь в экспедиции в Сибири в районе Красноярска, Паллас набрел на странный металлический булыжник. Местный кузнец за двадцать три года до этого нашел его в горах и, решив, что он пригодится в кузнице, тридцать километров тащил его к себе в деревню, что довольно непростое дело, так как весом глыба была примерно с два концертных рояля. Но старания кузнеца (к счастью для будущего науки о метеоритах) пропали даром: металл оказался непригоден для обработки и имел множество дефектов.

Местные крестьяне говорили Палласу, что этот камень – священный дар небес. Но Паллас как истинный ученый отнесся к этим рассказам скептически. Он заметил, что металл, из которого состояла глыба, был испещрен странными желто-зелеными кристаллами и имел ноздреватую текстуру, напоминающую морскую губку. Загадочная находка заинтересовала Палласа, и спустя пять лет он организовал перевозку глыбы в Санкт-Петербург, в Императорскую Академию наук для дальнейшего исследования. Там она получила известность под названием «палласово железо».

Полное название книги Эрнста Хладни «Железные массы» звучало так: «О происхождении железной массы, найденной Палласом, других подобных ей железных масс, и о некоторых связанных с этим явлениях природы». Хладни был твердо уверен, что найденный Палласом камень прилетел из космического пространства. Спустя несколько лет после того, как Хладни опубликовал свою работу, кусок «палласова железа» оказался в химической лаборатории Эдварда Ховарда в Лондоне, и здесь его внеземное происхождение было подтверждено – наряду с происхождением целой коллекции других камней, тоже, предположительно, небесных (в их числе метеорит Уолд Коттедж). Роль, которую «палласову железу» суждено было сыграть в науке о метеоритах, оказалась критически важной.

Палласиты с их россыпью бутылочно-зеленых размером с мелкую монетку кристаллов оливина, вкрапленных в массу металлического железа, выглядят очень привлекательно и заманчиво по сравнению с другими камнями. Если сделать срез палласита толщиной с папиросную бумагу и осветить с тыльной стороны, железо света не пропустит, в то время как оливин будет пропускать ярко-зеленые лучи – такие срезы напоминают витражные окна с цветными мозаичными стеклами, сквозь которые проходит солнечный свет. Ни в геологическом, ни в каком-либо ином отношении палласиты не похожи на земные минералы – их красота уникальна.

Долгое время их происхождение – где и как именно они образовались, на каких родительских астероидах – было загадкой. А за необыкновенной красотой палласитов скрывалась почти катастрофическая история. Первозданную прелесть оливиновых кристаллов кое-где нарушают бегущие по их поверхности трещины. И хоть многие из этих минералов ценятся как драгоценные камни (кристаллы оливина размером с абрикос нередко можно было заметить в диадемах и ожерельях австрийских аристократок), некоторые камни безнадежно испорчены глубокими трещинами и другими дефектами.

Время от времени внутри оливиновых кристаллов замечали крохотные капельки металла. Эти маленькие пузырьки, как мельчайшие магнитики, хранят информацию о древних магнитных полях, наведенных, когда расплавленные ядра их материнских планетезималей еще генерировали сильный магнетизм. Чтобы магнитное поле оказалось «вмороженным» в такие миниатюрные магниты, окружающее вещество должно было иметь температуру около 350 °C; будь оно горячее, мощное магнитное поле расплавленного ядра планетезимали просто прошло бы сквозь крохотные металлические пузырьки совершенно бесследно.

Это наблюдение имеет далеко идущие следствия. Когда