Ученые впервые обнаружили на Земле два минерала, которые ранее считались характерными для метеоритов, упавших на поверхность нашей планеты. Находки сделаны в Норильском рудном районе на севере Красноярского края и в породах, относящихся к бассейну Мертвого моря. Полученные результаты указывают на то, что в земной коре могут возникать условия, необходимые для образования «космических» минералов. Открытие позволит лучше понять, как формируются обогащенные железом астероиды и ядра планет. В будущем необычные материалы могут помочь в строительстве внеземных обитаемых станций и создании уникального оборудования, рассказали «Известиям» эксперты.
«Космическое» железо на Земле
Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета, Института геологии алмаза и благородных металлов (Якутск) и Университета имени Бен-Гуриона (Израиль) впервые обнаружили два типичных для железных метеоритов бескислородных минерала — хаксонит и уакитит — в породах верхней земной коры.
Находки были сделаны в Норильском рудном районе на севере Красноярского края и в породах, относящихся к бассейну Мертвого моря в Израиле — в формации Хатрурим, то есть в геологических образованиях, которые также называют «Пятнистая Зона». Интересно, что уакитит был открыт сравнительно недавно другими российскими исследователями в железном метеорите. Он был найден летом 2016 года на территории Баунтовского эвенкийского района в Бурятии. А хаксонит (карбид железа и никеля ) был обнаружен в том числе в знаменитом челябинском метеорите.
Метеориты — это обломки астероидов и планет, достигшие поверхности какой-либо планеты. Как пояснили «Известиям» ученые, некоторые из них преимущественно состоят из сплава железа и никеля и содержат необычные для Земли бескислородные минералы, в том числе карбиды, фосфиды и нитриды. Формирование таких минералов, в которых углерод, фосфор или азот выступают в отрицательной степени окисления и связаны с металлами, не типично для пород земной коры. Вместо них образуются содержащие кислород минералы: оксиды железа, а также карбонаты, фосфаты и нитраты.
Самородное железо было найдено на Земле еще в XIX веке на острове Диско (Гренландия). Однако на протяжении долгого времени считалось, что в верхних оболочках современной нашей планеты нет условий, в которых могли бы формироваться его «космические» спутники, типичные для железных метеоритов. Находки таких минералов почти всегда интерпретировались как индикатор внеземного происхождения образцов.
В новой работе ученые обнаружили оба минерала в виде микроскопических вкраплений в породе в ассоциации с самородным железом. Как рассказали специалисты, хаксонит имеет вид бело-желтых блестящих игольчатых кристаллов, сросшихся с самородным железом. Именно такие структуры этот минерал формирует в железных метеоритах. Уакитит встречается в виде золотисто-желтых мелких зерен среди кристаллов самородного железа, шрейберзита (фосфида железа), троилита (сульфида железа) и добреелита (сульфида хрома).
Ученые проанализировали минеральную ассоциацию земного самородного железа и железных метеоритов и обнаружили их значительное сходство. Исследователи предположили, что условия формирования самородного железа на Земле и некоторых железных метеоритов совпадают.
— Интерес к минералам, из которых состоят богатые железом метеориты и астероиды, значительно возрос в последние годы в связи с запущенной космической миссией NASA «Психея». Это программа, в рамках которой специалисты будут изучать химический и минеральный состав богатого металлом одноименного астероида. Сейчас крайне важно понять, какие минеральные фазы могут в нем присутствовать и какие условия нужны для их формирования, поскольку космический аппарат оснащен лишь набором приборов дистанционного зондирования, что ограничивает возможность подробно анализировать вещество Психеи, — рассказал «Известиям» кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры минералогии Института наук о Земле СПбГУ Олег Верещагин.
Ранее ученые описали новый минерал, найденный ими в породах Норильского рудного района и названный ольгафранкитом. Он состоит из никеля и германия и также был найден в метеорите Румурути, что может указывать на его присутствие и в других метеоритах.
Что дает находка «комических» минералов
Астероидное железо отличается очень высокой чистотой, и именно оно обладает большей коррозионной стойкостью, рассказал «Известиям» директор Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана Евгений Александров. На Земле они присутствуют в слишком малом объеме, однако их исследования перспективны для последующего использования непосредственно в космосе для строительства обитаемых станций.
— Получить аналогичные минералы в лаборатории и на производстве затруднительно, поскольку для этого требуется воспроизвести процессы, происходящие в земной коре или в космосе. Однако в случае обнаружения ценных характеристик таких материалов, например, для создания уникальных инструментов (станков) или надежных химических реакторов для агрессивных сред, следует знать условия получения таких минералов и технологические возможности их получения и переработки, — отметил эксперт.
Форма нахождения или состояния железа в данном случае интересна для астрономов и астрофизиков с точки зрения истории и процессов формирования Вселенной, уверен совладелец компании «Спутникс», эксперт рабочей группы НТИ «Аэронет» Владислав Иваненко.
Сложно сказать о каком-то практическом применении этих исследований, рассказал «Известиям» ведущий научный сотрудник Музея землеведения МГУ Михаил Винник.
— Коллеги сделали важный шаг в познании Солнечной системы. Они еще раз подтвердили, что Солнечная система и Вселенная в целом сложены из одних кирпичиков, — подчеркнул специалист.
Сейчас известно около 500 минералов, обнаруженных в метеоритах, что в десятки раз меньше общего числа минеральных фаз, хорошо изученных на Земле, рассказал руководитель лаборатории Extra terra consortium УрФУ Виктор Гроховский.
— Но чем интересны космические минералы? Они образовались в экстремальных условиях космоса (температура, давление, излучение, время), которые недостижимы в земных технологиях, что дает землянам подсказки о влиянии этих условий и процессов на материалы и возможности создания новых технологий, — рассказал ученый.
По его словам, судьба найденных на Земле минералов разная. Минерал хаксонит, карбид железа и никеля, названный в честь металловеда Ховарда Эксона, по сей день не удается получить в земных условиях.
— Другое соединение, нитрид ванадия, неплохо знакомо металлургам и машиностроителям. Имея высокую температуру плавления и износостойкость, его напыляют в вакууме на поверхность ответственных деталей. В сталях он повышает прочность и не дает изменять структуру при воздействии температуры, — отметил ученый.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Geophysical Research: Planets.