Durante 2003-2008. Um grupo de cientistas russos e austríacos com a participação de Heinz Kohlmann, famoso paleontólogo e curador do Parque Nacional Eisenwurzen, estudou a catástrofe ocorrida há 65 milhões de anos, quando mais de 75% de todos os organismos da Terra, incluindo dinossauros, morreram. A maioria dos pesquisadores acredita que a extinção foi associada a um impacto de asteróide, embora haja outros pontos de vista
Os vestígios dessa catástrofe em seções geológicas são representados por uma fina camada de argila preta de 1 a 5 cm de espessura. Uma dessas seções está localizada na Áustria, nos Alpes Orientais, no Parque Nacional perto da pequena cidade de Gams, localizada 200 km a sudoeste de Viena. Como resultado do estudo das amostras desta seção usando um microscópio eletrônico de varredura, foram encontradas partículas de forma e composição incomuns, que não se formam nas condições do solo e pertencem à poeira cósmica.
Poeira estelar na Terra
Pela primeira vez, vestígios de matéria espacial na Terra foram descobertos em argilas vermelhas profundas por uma expedição inglesa que explorou o fundo do Oceano Mundial na nave Challenger (1872-1876). Foram descritos por Murray e Renard em 1891. Em duas estações no Oceano Pacífico Sul, durante a dragagem de uma profundidade de 4300 m, foram levantadas amostras de nódulos de ferromanganês e microesferas magnéticas de até 100 µm de diâmetro, mais tarde chamadas de "bolas espaciais". No entanto, os detalhes das microesferas de ferro levantadas pela expedição Challenger foram investigados apenas nos últimos anos. Descobriu-se que as bolas são 90% de ferro metálico, 10% de níquel e sua superfície é coberta por uma fina crosta de óxido de ferro.
Figura: 1. Monólito da seção Gams 1, preparado para amostragem. Camadas de diferentes idades são indicadas em letras latinas. A camada de argila de transição entre os períodos Cretáceo e Paleógeno (idade cerca de 65 milhões de anos), na qual foi encontrado o acúmulo de microesferas e placas de metal, está marcada com a letra "J". Foto de A. F. Gracheva
A descoberta de bolas misteriosas em argilas do fundo do mar, de fato, está associada ao início do estudo da matéria cósmica na Terra. No entanto, uma explosão de interesse entre os pesquisadores por esse problema ocorreu após os primeiros lançamentos de espaçonaves, com a ajuda das quais foi possível selecionar solo lunar e amostras de partículas de poeira de diferentes partes do sistema solar. As obras de K. P. Florensky (1963), que estudou os traços da catástrofe de Tunguska, e E. L. Krinov (1971), que estudou a poeira meteórica no local da queda do meteorito Sikhote-Alin.
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O interesse dos pesquisadores pelas microesferas metálicas levou ao fato de elas começarem a ser encontradas em rochas sedimentares de diferentes idades e origens. Microesferas de metal são encontradas no gelo da Antártica e da Groenlândia, em sedimentos oceânicos profundos e nódulos de manganês, nas areias de desertos e praias costeiras. Eles são freqüentemente encontrados dentro e ao redor de crateras de meteoritos.
Na última década, microesferas de metal de origem extraterrestre foram encontradas em rochas sedimentares de diferentes idades: do Baixo Cambriano (cerca de 500 milhões de anos atrás) às formações modernas.
Dados sobre microesferas e outras partículas de sedimentos antigos permitem julgar os volumes, bem como a uniformidade ou irregularidade do influxo de matéria cósmica para a Terra, a mudança na composição das partículas que chegam à Terra vindas do espaço e as fontes primárias dessa substância. Isso é importante porque esses processos afetam o desenvolvimento da vida na Terra. Muitas dessas questões ainda estão longe de serem resolvidas, mas o acúmulo de dados e seu amplo estudo, sem dúvida, possibilitarão respondê-las.
Sabe-se agora que a massa total de poeira que circula na órbita terrestre é de cerca de 1015 toneladas. De 4 a 10 mil toneladas de matéria cósmica caem na superfície da Terra anualmente. 95% da matéria que cai na superfície da Terra é composta de partículas de 50 a 400 mícrons de tamanho. A questão de como a taxa de entrada de matéria cósmica na Terra muda ao longo do tempo permanece controversa até agora, apesar de muitos estudos realizados nos últimos 10 anos.
Com base no tamanho das partículas de poeira cósmica, atualmente, a poeira cósmica interplanetária real é emitida com um tamanho inferior a 30 mícrons e os micrometeoritos maiores que 50 mícrons. Mesmo mais cedo E. L. Krinov propôs chamar os menores fragmentos de um corpo meteórico derretido dos micrometeoritos da superfície.
Critérios estritos para distinguir poeira cósmica e partículas de meteorito ainda não foram desenvolvidos, e mesmo usando o exemplo da seção de Gams estudada por nós, foi mostrado que as partículas de metal e microesferas são mais diversas em forma e composição do que as fornecidas pelas classificações existentes. A forma esférica quase perfeita, o brilho metálico e as propriedades magnéticas das partículas foram consideradas evidências de sua origem cósmica. De acordo com o geoquímico E. V. Sobotovich, “o único critério morfológico para avaliar a cosmogeneidade do material em estudo é a presença de bolas fundidas, inclusive magnéticas”. Porém, além da forma, que é extremamente diversa, a composição química da substância é de fundamental importância. Os pesquisadores descobriramque junto com as microesferas de origem cósmica, existe um grande número de bolas de outra gênese - associadas à atividade vulcânica, à atividade vital de uma bactéria ou ao metamorfismo. Sabe-se que as microesferas ferruginosas de origem vulcânica têm muito menos frequência de forma esférica ideal e, além disso, apresentam uma maior mistura de titânio (Ti) (mais de 10%).
Um grupo russo-austríaco de geólogos e uma equipe de filmagem da TV Viena na seção Gams, nos Alpes Orientais. Em primeiro plano - A. F. Grachev
A origem da poeira cósmica
A origem da poeira cósmica ainda está em discussão. Professor E. V. Sobotovich acreditava que a poeira cósmica poderia ser os restos da nuvem protoplanetária original, que B. Yu. Levin e A. N. Simonenko, acreditando que a matéria sutil não poderia persistir por muito tempo (Earth and Universe, 1980, No. 6).
Há outra explicação: a formação de poeira cósmica está associada à destruição de asteróides e cometas. Conforme observado por E. V. Sobotovich, se a quantidade de poeira cósmica que entra na Terra não muda com o tempo, então B. Yu. Levin e A. N. Symonenko.
Apesar do grande número de estudos, a resposta a essa questão fundamental não pode ser dada no momento, porque há pouquíssimas estimativas quantitativas e sua precisão é controversa. Recentemente, dados de estudos de isótopos no programa da NASA de partículas de poeira cósmica amostradas na estratosfera sugerem a existência de partículas de origem pré-solar. Na composição desse pó foram encontrados minerais como diamante, moissanita (carboneto de silício) e coríndon, que, de acordo com os isótopos do carbono e do nitrogênio, permitem atribuir sua formação ao tempo anterior à formação do sistema solar.
A importância de estudar a poeira cósmica em uma seção geológica é óbvia. Este artigo apresenta os primeiros resultados do estudo da matéria espacial na camada transicional de argila na fronteira Cretáceo-Paleógena (65 milhões de anos atrás) da seção de Gams, nos Alpes Orientais (Áustria).
Características gerais da seção Gams
Partículas de origem cósmica foram obtidas de várias seções das camadas de transição entre o Cretáceo e o Paleógeno (na literatura germânica - a fronteira K / T), localizadas perto da aldeia alpina de Gams, onde o rio de mesmo nome em vários lugares abre essa fronteira.
Na seção Gams 1, um monólito foi cortado do afloramento, no qual a fronteira K / T é muito bem expressa. Sua altura é de 46 cm, largura - 30 cm na parte inferior e 22 cm - na parte superior, espessura - 4 cm. Para um estudo geral do corte, o monólito foi dividido após 2 cm (de baixo para cima) em camadas designadas por letras do alfabeto latino (A, B, C… W), e dentro de cada camada, também após 2 cm, é realizada a marcação com números (1, 2, 3, etc.). A camada de transição J na interface K / T foi estudada em mais detalhes, onde seis subcamadas com uma espessura de cerca de 3 mm foram distinguidas.
Os resultados da pesquisa obtidos na seção Gams 1 foram amplamente repetidos no estudo de outra seção - Gams 2. O complexo de estudos incluiu o estudo de seções delgadas e frações monominerais, sua análise química, bem como fluorescência de raios X, ativação de nêutrons e análises estruturais de raios X, isotópicas análise de hélio, carbono e oxigênio, determinação da composição de minerais em uma microssonda, análise magnetomineralógica.
Variedade de micropartículas
Microesferas de ferro e níquel da camada de transição entre o Cretáceo e o Paleógeno na seção de Gams: 1 - Microesfera de Fe com superfície reticulo-tuberosa grossa (parte superior da camada de transição J); 2 - Microesfera de Fe com superfície rugosa longitudinalmente paralela (parte inferior da camada de transição J); 3 - Microesfera de Fe com elementos de facetação cristalográficos e textura superficial semelhante a uma malha grossa (camada M); 4 - Microesfera de Fe com superfície de malha fina (parte superior da camada de transição J); 5 - Microesfera de Ni com cristalitos na superfície (parte superior da camada de transição J); 6 - agregado de microesferas sinterizadas de Ni com cristalitos na superfície (parte superior da camada de transição J); 7 - agregado de microesferas de Ni com microdiamantes (C; parte superior da camada de transição J); 8,9 - formas características de partículas metálicas da camada de transição entre o Cretáceo e o Paleógeno na seção de Gams nos Alpes Orientais.
Na camada de argila de transição entre os dois limites geológicos - Cretáceo e Paleógeno, bem como em dois níveis nos sedimentos sobrejacentes do Paleoceno na seção de Gams, muitas partículas de metal e microesferas de origem cósmica foram encontradas. Eles são muito mais diversos em forma, textura superficial e composição química do que todos conhecidos até agora nas camadas de argila de transição desta era em outras regiões do mundo.
Na seção de Gams, a matéria espacial é representada por partículas finamente dispersas de várias formas, entre as quais as mais comuns são microesferas magnéticas que variam em tamanho de 0,7 a 100 μm, consistindo em 98% de ferro puro. Essas partículas na forma de bolas ou microesferas são encontradas em grande número não apenas na camada J, mas também acima, nas argilas do Paleoceno (camadas K e M).
As microesferas são compostas de ferro puro ou magnetita, algumas das quais contêm cromo (Cr), uma liga de ferro e níquel (avaruita) e níquel puro (Ni). Algumas partículas de Fe-Ni contêm impurezas de molibdênio (Mo). Na camada de argila de transição entre o Cretáceo e o Paleógeno, todos foram descobertos pela primeira vez.
Nunca antes vimos partículas com alto teor de níquel e uma mistura significativa de molibdênio, microesferas com presença de cromo e pedaços de ferro em espiral. Além de microesferas e partículas metálicas, espinélio de Ni, microdiamantes com microesferas de Ni puro, bem como placas rasgadas de Au, Cu, que não foram encontradas nos depósitos subjacentes e sobrejacentes, foram encontradas na camada de argila de transição em Gams.
Características das micropartículas
Microesferas metálicas na seção de Gams estão presentes em três níveis estratigráficos: partículas ferruginosas de várias formas estão concentradas na camada de argila de transição, nos arenitos de granulação fina sobrejacentes da camada K, e o terceiro nível é formado por siltitos da camada M.
Algumas esferas têm uma superfície lisa, outras têm uma superfície em forma de treliça e outras são cobertas por uma rede de pequenas fendas poligonais ou por um sistema de fendas paralelas que se estendem a partir de uma fenda principal. Eles são ocos, em forma de concha, preenchidos com um mineral de argila e também podem ter uma estrutura concêntrica interna. Partículas de ferro e microesferas são encontradas em toda a camada de argila de transição, mas estão principalmente concentradas nos horizontes inferior e médio.
Micrometeoritos são partículas fundidas de ferro puro ou liga de ferro-níquel Fe-Ni (avaruita); seus tamanhos são de 5 a 20 mícrons. Numerosas partículas de avaruite estão confinadas ao nível superior da camada de transição J, enquanto as partículas ferruginosas puras estão presentes nas partes inferior e superior da camada de transição.
As partículas na forma de placas com superfície tuberosa cruzada consistem apenas em ferro, sua largura é de 10–20 µm e seu comprimento é de até 150 µm. Eles são ligeiramente arqueados e se encontram na base da camada de transição J. Placas de Fe-Ni com impurezas de Mo também são encontradas em sua parte inferior.
As placas de liga de ferro e níquel têm formato alongado, levemente curvado, com ranhuras longitudinais na superfície, as dimensões variam em comprimento de 70 a 150 µm com largura de cerca de 20 µm. Eles são mais comuns nas partes inferior e intermediária da camada de transição.
As placas ferruginosas com ranhuras longitudinais são idênticas em forma e tamanho às placas de liga de Ni-Fe. Eles estão confinados às partes inferior e intermediária da camada de transição.
As partículas de ferro puro, que têm a forma de uma espiral regular e são dobradas em forma de gancho, são de particular interesse. Eles consistem principalmente de Fe puro, raramente é uma liga de Fe-Ni-Mo. Partículas espirais de ferro são encontradas na parte superior da camada J e na camada intermediária de arenito sobreposta (camada K). Uma partícula helicoidal Fe-Ni-Mo foi encontrada na base da camada de transição J.
Na parte superior da camada de transição J, havia vários grãos de microdiamonds sinterizados com microesferas de Ni. Estudos em microssonda de bolas de níquel, realizados em dois instrumentos (com espectrômetros de onda e energia dispersiva), mostraram que essas bolas consistem em níquel quase puro sob uma fina película de óxido de níquel. A superfície de todas as bolas de níquel é pontilhada com cristalitos transparentes com gêmeos pronunciados de 1–2 µm de tamanho. Esse níquel puro em forma de esferas com superfície bem cristalizada não é encontrado nem nas rochas ígneas nem nos meteoritos, onde o níquel necessariamente contém uma quantidade significativa de impurezas.
Ao estudar o monólito da seção Gams 1, bolas de Ni puro foram encontradas apenas na parte superior da camada de transição J (em sua parte superior - uma camada sedimentar muito fina J 6, cuja espessura não ultrapassa 200 μm), e de acordo com os dados da análise termomagnética, o níquel metálico está presente em camada de transição, começando com a subcamada J4. Aqui, junto com as bolas de Ni, também foram encontrados diamantes. Em uma camada retirada de um cubo com área de 1 cm2, o número de grãos de diamante encontrados é da ordem de dezenas (com tamanho de frações de mícrons a dezenas de mícrons), e bolas de níquel do mesmo tamanho - em centenas.
Em amostras da parte superior da camada de transição retiradas diretamente do afloramento, foram encontrados diamantes com pequenas partículas de níquel na superfície do grão. É significativo que ao estudar amostras dessa parte da camada J, a presença do mineral moissanita também tenha sido revelada. Anteriormente, os microdiamantes foram encontrados na camada de transição na fronteira Cretáceo-Paleogênica no México.
Achados em outras áreas
As microesferas de Gams com uma estrutura interna concêntrica são semelhantes às que foram extraídas pela expedição Challenger nas argilas do fundo do oceano Pacífico.
As partículas de ferro de formato irregular com bordas fundidas, assim como na forma de espirais e ganchos e placas curvos, são muito semelhantes aos produtos da destruição de meteoritos que caem na Terra, podendo ser consideradas como ferro meteórico. Partículas de avaruita e níquel puro podem ser classificadas na mesma categoria.
Partículas curvas de ferro estão próximas a várias formas de lágrimas de Pele - gotas de lava (lapilli), que os vulcões ejetam do respiradouro durante as erupções em estado líquido.
Assim, a camada de argila de transição em Gams tem uma estrutura heterogênea e é claramente subdividida em duas partes. Nas partes inferior e intermediária prevalecem as partículas de ferro e as microesferas, enquanto a parte superior da camada é enriquecida com níquel: partículas de avaruita e microesferas de níquel com diamantes. Isso é confirmado não apenas pela distribuição das partículas de ferro e níquel na argila, mas também pelos dados de análises químicas e termomagnéticas.
A comparação dos dados de análise termomagnética e análise de microssonda indica uma extrema heterogeneidade na distribuição de níquel, ferro e sua liga dentro da camada J; no entanto, de acordo com os resultados da análise termomagnética, o níquel puro é registrado apenas a partir da camada J4. Digno de nota é o fato de que o ferro helicoidal ocorre predominantemente na parte superior da camada J e continua a ocorrer na camada K que a recobre, onde, entretanto, existem poucas partículas isométricas ou lamelares de Fe, Fe-Ni.
Enfatizemos que tal diferenciação clara para ferro, níquel e irídio, manifestada na camada de argila de transição em Gams, também está presente em outras regiões. Por exemplo, no estado americano de Nova Jersey, na camada esférica de transição (6 cm), a anomalia do irídio se manifestou agudamente em sua base, e os minerais de impacto estão concentrados apenas na parte superior (1 cm) dessa camada. No Haiti, na fronteira do Cretáceo-Paleógeno e na parte superior da camada esférica, há um enriquecimento acentuado em Ni e quartzo de choque.
Fenômeno de fundo para a Terra
Muitas características das esférulas de Fe e Fe-Ni encontradas são semelhantes às bolas descobertas pela expedição Challenger nas argilas do fundo do mar do Oceano Pacífico, na área da catástrofe de Tunguska e nos locais de queda do meteorito Sikhote-Alin e meteorito Nio no Japão, bem como em rochas sedimentares de várias idades de muitos áreas do mundo. Além das regiões da catástrofe de Tunguska e da queda do meteorito Sikhote-Alin, em todos os outros casos a formação não apenas de esférulas, mas também de partículas de morfologia diferente, consistindo em ferro puro (às vezes com um teor de cromo) e uma liga de níquel com ferro, não tem conexão com o evento de impacto. Consideramos o aparecimento de tais partículas como o resultado da poeira cósmica interplanetária caindo na superfície da Terra - um processo que tem ocorrido continuamente desde a formação da Terra e é uma espécie de fenômeno de fundo.
Muitas partículas estudadas na seção Gams têm uma composição próxima à composição química bruta da matéria do meteorito no local da queda do meteorito Sikhote-Alin (de acordo com E. L. Krinov, trata-se de 93,29% de ferro, 5,94% de níquel, 0,38% de cobalto).
A presença de molibdênio em algumas das partículas não é inesperada, pois inclui muitos tipos de meteoritos. O conteúdo de molibdênio em meteoritos (ferro, pedra e condritos carbonáceos) varia de 6 a 7 g / t. O mais importante foi a descoberta de molibdenita no meteorito de Allende na forma de uma inclusão na liga da seguinte composição metálica (% em peso): Fe - 31,1, Ni - 64,5, Co - 2,0, Cr - 0,3, V - 0,5, P - 0,1. Deve-se notar que molibdênio e molibdenita nativos também foram encontrados na poeira lunar amostrada pelas estações automáticas Luna-16, Luna-20 e Luna-24.
As primeiras esferas de níquel puro descobertas com superfície bem cristalizada não são conhecidas nem em rochas ígneas nem em meteoritos, onde o níquel necessariamente contém uma quantidade significativa de impurezas. Tal estrutura da superfície das bolas de níquel poderia surgir em caso de queda de um asteróide (meteorito), o que levava à liberação de energia, o que possibilitava não apenas derreter o material do corpo em queda, mas também evaporá-lo. Os vapores de metal podem ter sido elevados pela explosão a uma grande altura (provavelmente dezenas de quilômetros), onde ocorreu a cristalização.
Partículas compostas de avaruita (Ni3Fe) são encontradas junto com bolas metálicas de níquel. Eles pertencem à poeira meteórica, e as partículas de ferro fundido (micrometeoritos) devem ser consideradas como "poeira de meteorito" (na terminologia de EL Krinov). Os cristais de diamante encontrados junto com as bolas de níquel provavelmente surgiram como resultado da ablação (derretimento e evaporação) de um meteorito da mesma nuvem de vapor durante seu resfriamento subsequente. É conhecido que os diamantes sintéticos são obtidos por cristalização espontânea de uma solução de carbono em um fundido de metal (Ni, Fe) acima da linha de equilíbrio de fase grafite-diamante na forma de cristais únicos, seus intercrescimentos, gêmeos, agregados policristalinos, cristais de moldura, cristais em forma de agulha, grãos irregulares. Quase todas as características tipomórficas listadas de cristais de diamante foram encontradas na amostra estudada.
Isso nos permite concluir que os processos de cristalização do diamante em uma nuvem de vapor de níquel-carbono durante seu resfriamento e a cristalização espontânea a partir de uma solução de carbono em um fundido de níquel em experimentos são semelhantes. Porém, a conclusão final sobre a natureza do diamante pode ser feita após estudos isotópicos detalhados, para os quais é necessário obter uma quantidade suficientemente grande de substância.
Assim, o estudo da matéria espacial na camada argilosa de transição no limite Cretáceo-Paleógeno mostrou sua presença em todas as partes (da camada J1 à camada J6), mas os sinais de um evento de impacto são registrados apenas a partir da camada J4, que tem 65 milhões de anos. Essa camada de poeira cósmica pode ser comparada com a morte dos dinossauros.
