Выпадающие на Землю редкие железо-каменные метеориты — это обломки частично дифференцированного астероида. Такую гипотезу выдвинули ученые Института геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) им. В.И. Вернадского РАН совместно с российскими и зарубежными коллегами после создания новой модели образования метеоритов.
Изучение железо-каменных метеоритов дает исследователям возможность узнать глубинное строение малых тел Солнечной системы и понять события, происходившие в ранней Солнечной системе, в том числе и при образовании нашей планеты.
В своей работе исследователи изучили метеорит Караванное, найденный в России в 2010 году. Метеорит принадлежит к редкому и загадочному типу внеземного вещества — палласитам группы Eagle Station (ES). Эта группа включает всего пять из почти 70 тысяч известных на сегодняшний день метеоритов.
Палласиты состоят из металлического никелистого железа и красивого зеленого прозрачного минерала оливина. Они образовались на заре истории Солнечной системы, около 4,5 млрд лет назад в так называемых малых телах — астероидах. Астероиды сформировались из пыли в околосолнечном протопланетном диске (плотный газ, вращающийся вокруг молодой звезды). Затем они были полностью или частично расплавлены за счет внутреннего тепла, выделяющегося при распаде радиоактивных изотопов алюминия и железа. Их юная Солнечная система унаследовала от взорвавшейся поблизости сверхновой звезды.
Расплавленный астероид дифференцировал, то есть разделился на металлическое ядро и силикатную оболочку, из которой при остывании кристаллизовалась оливиновая мантия значительной толщины. Таким же образом формировалось внутреннее строение Земли и планет земной группы — Меркурия, Венеры и Марса.
«Мы определили химический состав металла и оливина в метеорите Караванное. На основе этих данных построили компьютерную модель кристаллизации металла ядра такого астероида при остывании, когда из расплава последовательно вырастают железные кристаллы с различным содержанием химических элементов-примесей. Полученные данные свидетельствуют, что палласиты группы ES образовались в недрах астероида диаметром всего лишь 200 километров (для сравнения: диаметр Земли составляет более 12 тысяч км), первоначально состоявшего из примитивного вещества углистого хондрита (хондриты — это каменные метеориты, наиболее распространенная группа в классификации метеоритов) CV типа. Родительский астероид Караванного дифференцировал только частично, потому что он маленький, но при этом имеет достаточный размер для процессов частичной дифференциации. Совсем маленькие астероиды не дифференцируют вовсе, они остаются однородными внутри. Астероид, на котором образовался палласит Караванное, разделился на ядро и мантию, но сверху осталась недифференцированная (примитивная) оболочка, которая не подвергалась процессам плавления, и поэтому он называется «частично дифференцированный астероид», — рассказала Светлана Теплякова, кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник лаборатории метеоритики и космохимии ГЕОХИ РАН.
В то время когда мантия астероида окончательно затвердела, а ядро еще оставалось жидким, катастрофическое столкновение палласитового астероида с другим астероидом привело к образованию трещин в оливиновой мантии. Из-за столкновения трещины заполнились выдавленным из ядра металлическим расплавом, который смешивался с оливином мантии и медленно остывал, формируя палласиты. Последующее, более масштабное столкновение с еще одним астероидом, привело к полному разрушению родительского астероида, обломки которого до сих пор иногда выпадают на Землю.
Таким образом, выдвинутая учеными гипотеза объясняет одно из загадочных свойств палласитов — универсальный химический состав оливина, сопровождаемый широкими вариациями состава металла.
Ученые планируют и дальше изучать железные и железо-каменные метеориты, а также металлические нодули в обыкновенных хондритах, которые могут пролить свет на сложные вопросы фракционирования металла и силиката на ранней стадии образования вещества в различных процессах эволюции вещества.
Научная статья опубликована в журнале Meteoritics & Planetary Science.
Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России.