Где хранят внеземное вещество в России

Проезжая мимо станции метро «Воробьевы горы» на машине, легко заметить пятидесятиметровый флагшток Дворца пионеров или прямоугольник гостиницы «Корстон». А вот шансов на то, что вы обратите внимание на Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского (ГЕОХИ РАН), — желто-белое трехэтажное здание, построенное в стиле сталинского ампира, — не очень много. Он обладает любопытным свойством не привлекать к себе внимания, и со стороны даже кажется немного заброшенным, точь-в-точь «Департамент мостов и туннелей» из «Людей в черном». И на этом сходство не кончается — внутри полно гостей из космоса и тех, кто с ними работает. Правда, гости эти довольно спокойные — ГЕОХИ является крупнейшим в стране хранилищем внеземного вещества, такого как метеориты и лунный грунт, привезенный советскими станциями («Луна-16», «Луна-20», «Луна- 24»).

Автор обзора и сегодняшний гость блога: Кирилл Власов ( narendil), петролог, геохимик из Института экспериментальной минералогии РАН.

Кирилл посетил ГЕОХИ и поделился с нами своим фоторепортажем:

Коллекция условно подразделяется на хранилище железных и железокаменных метеоритов, хранилище каменных метеоритов, «лунную комнату» и музей внеземного вещества в ГЕОХИ. Образцы метеоритов из коллекции экспонируются также в Минералогическом музее имени А.Е.Ферсмана. Именно в ГЕОХИ РАН попадают метеориты после экспедиций на места падений. Сюда же приносят на анализ предполагаемые метеориты интересующиеся граждане. В год в Метеоритный комитет обращается 400–600 человек. Но продуктивность не очень большая — в прошлом году этот поток принес всего пару небольших железных метеоритов.

В общем-то найти в поле или на дороге странный камень и решить, что это метеорит, может каждый. Выпадают на поверхность Земли они абсолютно равномерно.

В одной из комнат в институте весь подоконник завален забавными бумагами с текстами вроде: «Я, Иван Алексеевич Коллекционеров, шел по лесу в Челябинской области и нашел странный камень. Так как я увлекаюсь камнями, то сразу заподозрил, что это метеорит, и отправляю его кусок вам на анализы. Надеюсь на причитающееся вознаграждение». С вами случалась первая часть такой истории? Если да, то у меня не очень обнадеживающие новости: скорее всего, вы ошиблись. А может, я не прав и вы очевидец падения. Но даже в этом случае проверьте — не сохранилось ли на какой-нибудь стороне вашей находки фрагментов логотипов Роскосмоса, NASA или ESA. Один сибирский лесоруб обнаружил в свежеспиленном дереве фрагмент металла. Несколько метеоритов действительно были обнаружены в стволах деревьев при их обработке, и специалисты ожидали еще один прецедент. Однако, при анализе выяснилось, что это один из сплавов, используемых в космической отрасли, а дерево спилили в районе падения отработанных ступеней ракет. Но это, конечно, экзотика — гораздо выше шансы найти металлургический шлак, марганцевую руду или сплав, иногда точь-в-точь как на фотографиях из интернета. Дело порой доходит до абсурда: один искатель «марсианских метеоритов» подал в суд на институт из-за того, что все его «уникальные находки» возвращались к нему с подписями «песчаник мелкозернистый» и «базальт».

Вера, что у вас в руках уникальный образец, который может пролить свет на спорные аспекты формирования Солнечной системы, все еще непоколебима? Ну что же — пишите, звоните и приносите его в ГЕОХИ. От каждого настоящего метеорита, поступающего на изучение, институт берет 20 процентов его массы. Часть этого материала идет на изготовление петрографических шлифов (пластинок толщиной в 30 микрон для изучения под поляризационным микроскопом в проходящем свете — для каменных и железокаменных), или аншлифов (полированных более толстых пластин для работы с рудным микроскопом в отраженном свете — для железных и железокаменных). С их помощью  выявляются структурные особенности метеоритов, позволяющие отнести их к конкретной группе и подгруппе. Затем с помощью локальных методов (чаще всего EPMA — так называемого «электронного зонда», или «микрозонда» — вида спектроскопии) изучается их валовый химический состав, а также составы сосуществующих минеральных фаз. После всех этих процедур вам дадут петрографическое описание метеорита, таблицу его химического состава и оставшиеся 80 процентов. Также ваш метеорит будет зарегистрирован в международном каталоге и получит номер, а может, даже и имя — по месту находки, которые в дальнейшем будут фигурировать во всех научных публикациях. Как знать, может, именно в вашем метеорите обнаружат новый квазикристалл, как это случилось с метеоритом Хатырка, обнаруженным на Чукотке. Вообще взглянуть на карту находок метеоритов на территории бывшего СССР достаточно любопытно. На первый взгляд, находят преимущественно железные и железокаменные метеориты, которые предпочитают падать по южной границе и где-то в европейской части. Но у метеоритов, конечно же, нет предпочтений. Просто чем больше людей где-то живет, тем больше шансов, что метеорит заметят и найдут. Но реальность такова, что даже в случае наблюдения болида искать идут не всегда. Как рассказывал один геохимик, работавший на той же Чукотке в геологоразведочной партии на золоте: «Сидим мы вечером в домике, вдруг за окном появляется какой-то свет. Нарастает-нарастает, а потом пришла взрывная и звуковая волна. Нас даже подбросило немного, и окна почти повылетали». — «А что же искать-то не пошли?» — «А кому там идти? На месторождении было несколько человек геологов да рабочие, у нас работы по шею, а рабочие у себя в бытовке пьяные лежали, скорее всего».

Итак, пятно на западе и вытянутая полоса вдоль Транссиба — человеческий фактор. Но почему железных больше? Тут ответ тоже не так хитер — их проще искать. Каменные метеориты очень похожи на земные породы и без специальной подготовки догадаться, что вы только что поймали червя для рыбалки под фрагментом обыкновенного хондрита LL6, невозможно. Чаще всего их находят при непосредственном наблюдении падения.

Стоит сказать, что обнаружения метеоритов делятся на два класса: «находки» и «падения». Материал, обнаруженный после падения, предпочтителен для ученых, на анализы попадает мало измененный процессами земного выветривания материал. Если же метеорит пролежит какое-то время в почве, у него изменится минеральный состав — разовьются вторичные минералы, да и изотопные отношения по ряду элементов со временем поменяются. По оценкам специалистов, время «жизни» железного метеорита в почве Центральной России составляет около пятисот лет, плюс еще в течение примерно такого же периода можно определить, что эта смесь странных минералов когда-то была метеоритом. Но это справедливо для железных метеоритов вроде Сихоте-Алиньского, относящегося к октаэдритам и почти полностью сложенного металлическими фазами.

А вот для атаксита Дронино ситуация куда плачевнее. Он содержит около 10 объемных процессов троилита (FeS), который очень нестоек в кислородной обстановке. То, что он дожил до наших дней с момента падения, объясняется длительным нахождением ниже уровня грунтовых вод в анаэробных условиях. После ирригационных работ в 90-х годах, когда, собственно, и появились первые данные о находках метеоритов под деревней Дронино в Рязанской области, уровень вод понизился и он стал разрушаться в почвенном слое гораздо быстрее. В ГЕОХИ его фрагменты хранятся в стеклянных эксикаторах, а перед хранением вывариваются в гидроксиде калия и покрываются минеральным маслом. Если этого не сделать, электрохимические процессы за год превратят ценное вещество в бесполезную груду ржавчины.

В общем, на хранении на данный момент находится около 25 тысяч фрагментов 1600 различных метеоритов. Началось это собрание с находки непонятного валуна в 1749 году под Красноярском. В 1772 году странную глыбу показали Петеру Симону Палласу, проезжавшему по тем краям в качестве руководителя экспедиции от Санкт-Петербургской Академии наук, и он распорядился отправить редкость в столицу. Позже «валун» был однозначно идентифицирован как метеорит и получил название «Палласово железо». Крупный распиленный фрагмент этого метеорита сейчас выставлен в минералогическом музее в Москве.

При работе с метеоритным веществом очень сильно чувствуется ход времени, а также преемственность научных поколений.

Рядами лежат крупные фрагменты Сихоте-Алиня, навскидку — тонн на двадцать пять. А всего в ГЕОХИ хранится приблизительно 17 тысяч его фрагментов. Рядом на окне — кинопленки документальных экспедиционных съемок 1947–1950 годов. А в соседней комнате точно так же, только в деревянных ящиках, хранятся более мелкие обломки метеорита Челябинск, за которым специалисты института улетели на следующий день после падения 15 февраля 2013 года. После того события было много шумихи: телевизионные группы, звонки и интервью. Сейчас все поутихло, но приходящие в геологические музеи часто спрашивают: «А у вас есть челябинский метеорит?» Теперь уже есть почти везде, а не только в ГЕОХИ, но очарование обыкновенного хондрита LL5 по-настоящему понятно только ученым — сказать, что он интересно выглядит, можно только с очень большой натяжкой. Метеорит Татуин, названный в честь города и одноименной области в Тунисе, где он упал 27 июня 1931 года. Забавным совпадением является то, что Джордж Лукас, снимавший здесь некоторые эпизоды саги «Звездные войны», назвал Татуином целую вымышленную планету. Ее особенностью было нахождение в составе двойной звездной системы, так что в небе было видно одновременно два солнца. Благодаря данным, полученным недавно с телескопа Kepler, подобные планеты действительно были обнаружены. Но условия на них, конечно, не самые приятные. Горячий пустынный Татуин Лукаса с небольшой пригодной для жизни полосой — вполне реальный сценарий. Каньон Дьявола широкой публике известен гораздо меньше, чем кратер, образовавшийся при его падении. Тот самый Аризонский кратер, который постоянно появляется в разных документальных фильмах и который, кстати, имеет квадратную форму. Ближайшим населенным пунктом к нему в конце XIX века, когда проводились первые исследования, была небольшая деревушка Каньон Дьявола, которая получила такое имя из-за каньона неподалеку. Она была основана в 1882 году во время прокладки Трансатлантической железной дороги. Тогда-то работники и обнаружили глыбу странного металла, отданную на анализ американскому минералогу Альберту Футе, изучавшему находки метеоритов в южных штатах. Он предположил внеземное происхождение камня и снарядил в район кратера несколько экспедиций. Ими был обнаружен самый крупный фрагмент вещества — около 272 килограммов, выставленный сейчас в музее рядом с кратером.

В 1902 году горный инженер Дэниэл Бэрринджер выкупил земли, на которых располагался кратер, руководствуясь двумя идеями: найти метеоритное вещество и продать его подороже и, попутно, доказать метеоритное происхождение кратера. Шутка ли, тонна такого металлического сплава тогда шла по 125 долларов. Но фрагментов метеоритов Дэниэл почти не нашел, большая часть вещества метеорита испарилась в атмосфере. Однако предприятие не провалилось — по данным бурения было точно установлено, что кратер образовался именно из-за падения метеорита, и установив это, Бэрринджер обеспечил свою семью на сотню лет вперед. В наши дни Аризонский метеоритный кратер, известный также как кратер Бэрринджера, — популярная туристическая достопримечательность, являющаяся частной собственностью его потомков. Похвастаться собственным метеоритным кратером даже в США могут немногие. Более того, он был признан специалистами из NASA как наиболее удобное приближение «лунного ландшафта», и перед полетом кораблей миссии «Аполлон» именно там тренировались астронавты. А еще один из кратеров на обратной стороне Луны тоже был назван в честь Бэрринджера. Так сказать, для симметрии.

Когда директор ГЕОХИ Ю.А.Костицын несколько лет назад проезжал в тех местах после конференции, он решил свернуть и взглянуть на деревушку и каньон. Интерес очень оправданный: в геохимии метеорит Каньон Дьявола, сокращаемый обычно по первым буквам английского названия как CD, используется в качестве стандарта для измерений изотопных вариаций серы. Проехав по проселочной дороге на полноприводном внедорожнике, он очутился в давно заброшенной деревне-призраке, лучшие времена которой пришлись год эдак на 1905-й. «Ну ладно, — подумал Юрий Александрович, — в конце концов главное — каньон». Но все оказалось не совсем так. Под гордым именем «Canyon Diablo» скрывался неглубокий овражек с чахлыми пустынными кустиками.

А вот фрагмент первого «официального» метеорита — Энзисхайм. Он упал на поле около одноименного французского города в Эльзасе 7 ноября 1492 года. Падение восприняли как божественное чудо и на всякий случай отнесли самый крупный фрагмент в церковь, где приковали его цепями — чтобы не улетел обратно. Самый большой его фрагмент весом 53,8 килограмма и сегодня можно увидеть выставленным в городском музее. Железный метеорит Нидлс (Needles, дословно — «иголки») с замечательными видманштеттеновыми фигурами назван так вовсе не по структурным особенностям. Здесь случайно получилась забавная игра слов: его в 1962 году нашли калифорнийские коллекционеры минералов в горах около городка Нидлс. Хондрит Ефремовка со знаменитыми «белыми включениями», или, как их еще называют, CAI (Calcium-Aluminium-rich Inclusions). Эти образования являются примерами самого раннего вещества Солнечной системы. Самыми древними из обнаруженных на данный момент являются включения из хондрита NWA2364 (CV3). По данным, опубликованным в Nature Geoscience, их возраст составляет 4568,22 ± 0,17 миллиона лет (датирование производилось по Pb-Pb методу). Забавная история случилась с хондритом Хмелевка, упавшим в Омской области в 1929 году, — его нашли спустя восемь лет после падения в бочке с квашеной капустой, где он использовался как пресс.

Но падающие звезды и «Челябинск» — лишь вершина айсберга. Большую часть метеоритного потока мы не видим, хотя он падает вокруг нас каждый день, а какую-то часть его мы даже вдыхаем.

Речь идет о микрометеоритах. Конечно же, значительная часть такого вещества сгорает в атмосфере, но что-то достигает поверхности Земли. И это что-то можно собрать со свежего снега. Правда снег для этого должен быть очень чистый.

Тут вспоминается любопытная история, которая случилась после извержения вулкана Эйяфьядлайёкюдль в Исландии в 2010 году. Он выбросил огромное облако пепла, которое несколько раз обогнуло планету, так что материал этого извержения можно было, теоретически, собрать и в Москве, тем более что уже несколько европейских лабораторий сообщили об обнаружении вулканического пепла у себя во дворе. Один из профессоров МГУ собрал темный порошок со свежего снега с подоконника высотки и отправил его на химический анализ. Каково было его разочарование, когда оказалось, что подоконник равномерно посыпан фрагментами жженой резины от зимних шин и мелкими частицами углерода разного происхождения. Пепла не было и в помине. Поэтому за микрометеоритами экспедиции едут в Антарктиду, на Новую Землю и Шпицберген, где машин поменьше, а снега и летом достаточно. Состав микрометеоритов необычен — среди них не более 10 процентов обыкновенных хондритов (которые, вообще-то, самые распространенные), основная часть близка к углистым, но, предположительно, происходит из другого источника. По одной из гипотез, значительное количество микрометеоритов представляют собой кометное вещество. Сегодня, по мере обработки данных миссии Rosetta, эта гипотеза постепенно подтверждается.

Почти с каждым метеоритом связана какая-нибудь история. Авантюрная, смешная, а порой даже и криминальная. Но эти истории — не главное. Главное — это те данные, которые можно извлечь из метеоритного вещества с помощью современного оборудования: химический состав, изотопный состав, петрографические и минералогические особенности. И вот из них уже складываются истории совсем иного рода: про первые десятки миллионов лет жизни Солнечной системы, про формирование планет из газопылевых облаков и метеоритную бомбардировку молодой Земли. И эти истории, которые по крупицам собирают ученые, гораздо более захватывающие, чем те забавные мелочи, которые случились с метеоритами после прибытия на Землю.

Автор благодарит сотрудника лаборатории метеоритики ГЕОХИ РАН Дмитрия Дмитриевича Бадюкова за предоставленную информацию и возможность посетить музей и хранилище.