В 2019 году Японское агентство аэрокосмических исследований отправило космический корабль «Хаябуса-2» к 162173 Рюгу, астероиду на околоземной орбите, состоящему из скалистых фрагментов, происходящих от более крупного родительского тела. Несколько марсоходов доставили образцы с поверхности астероида обратно на Землю для изучения учеными.
Образцы указывают на химически примитивные метеориты, похожие на хондриты типа Ивуна, и содержат определенные химические соединения, которые предполагают присутствие воды. В частности, изменение поверхности астероида водой на родительском теле при расчетных температурах до 150 °C привело к образованию вторичных минералов (включая филлосиликаты, карбонаты, сульфиды и оксиды), и исследователи стремились понять временные рамки и условия, в которых эти изменения происходили. произошли изменения.
Совместные исследования 89 ученых из мировых университетов и исследовательских институтов, опубликованные в журнале Nature Geoscience , посвящены формированию астероида и сосредоточены на двух конкретных соединениях: карбонате кальция (кальците) и карбонате кальция-магния (доломите). Постулируется, что источником углерода для этих карбонатов является монооксид углерода , диоксид углерода , метан и/или органическое вещество , которое могло образоваться в солнечной туманности, газовом облаке, из которого, как говорят, возникла Солнечная система.
Образцы были проверены с использованием специальных микроскопов для петрологии (изучения горных пород), в результате чего были идентифицированы кристаллы как кальцита (размером <10 микрометров), так и доломита (размером в 10 микрометров), причем последний преобладал в сравнении.
Измерения изотопов углерода и кислорода (двух и более форм одного и того же элемента с разной атомной массой) помогают выявить температурный и кислородный режим окружающей среды в момент отложения минерала. Эти значения были непостоянными и намного превышали значения для кальцита на Земле: отношения 18 O/ 16 O были на 24–46 ‰ (частей на тысячу) выше, а 13 C/ 12 C — на 65–108 ‰ выше.
И наоборот, измерения доломита были гораздо более ограниченными: 31–36 ‰ для 18 O/ 16 O и 67–75 ‰ для 13 C/ 12 C. Следовательно, исследовательская группа пришла к выводу, что кальцит сначала образовался на астероиде в широком диапазоне температур. и кислородные условия до того, как доломит кристаллизовался в гораздо более ограниченной среде, со стабильными высокими уровнями углекислого газа и оценками температуры 37 ± 10°C. Эти результаты уникальны для астероидов Рюгу и Ивуну, которые до сих пор не были идентифицированы в других водных метеоритах.
Предполагается, что большая вариация в отношениях изотопов кислорода в кристаллах кальцита частично является результатом температур образования в широком диапазоне от 0 до 150 ° C, но не только это, поскольку в противном случае можно было бы ожидать, что изотопы углерода будут демонстрировать положительную корреляцию, которой нет. Вместо этого исследователи указывают, что 18 O/ 16 O воды и 13 C/ 12 C ионов карбоната менялись во времени и пространстве.
В результате они предполагают, что отношения 18 O/ 16 O были выше во время раннего формирования Солнечной системы, до водного изменения астероида, и впоследствии оно уменьшалось с течением времени, поскольку больше кристаллов формировалось в результате взаимодействия вода-порода. Таким образом, изотопная разница между кристаллами кальцита и доломита разрешается тем, что первые кристаллизуются из менее «эволюционировавших» флюидов до последних, где кальций также легче выщелачивался из породы, чем магний.
Для объяснения изменчивости 13 C/ 12 C рассматриваются четыре сценария: 1) изотопное фракционирование рэлеевского типа, при котором предпочтительно высвобождаются соединения, богатые 12 C (такие как метан), 2) фракционная кристаллизация, при которой образование ранних карбонатов изменяет состав оставшегося резервуара, из которого могут кристаллизоваться последующие карбонаты, 3) смешивание нескольких углеродных резервуаров с различными соотношениями 13 C/ 12 C и 4) изменение содержания кислорода и водорода вызвало изменения в изотопах, образующих окись углерода, двуокись углерода и метан, из которых углерод получается для кристаллов.
Из этих сценариев изотопное фракционирование по типу Рэлея не принимается во внимание, поскольку оно может привести к более высоким отношениям 13 C/ 12 C в доломите, формирующемся из «более развитых» флюидов, тогда как в образцах наблюдается противоположное. Точно так же исключена фракционная кристаллизация, как и смешение углеродных резервуаров, поскольку время перемешивания для астероида Рюгу было бы слишком коротким.
Таким образом, именно последний сценарий изменения содержания кислорода предлагается в качестве основной движущей силы изменения отношений 13 C/ 12 C. Это произошло в результате окисления железа в породе водой и измеряется на основе образования водорода, выделяемого из воды. Гипотеза соответствует наблюдениям за увеличением содержания железа в метеорите с прогрессирующим изменением.
В целом среда, богатая 13 C, считается редкой в Солнечной системе, за исключением карбонатов в метеоритах, и исследовательская группа предполагает, что родительское тело метеорита Рюгу образовалось в холодной окраине солнечной туманности.
Теги: астероид
