Гомогенная негомогенность
Гомогенная негомогенность

Геохимик из МГУ изучил окислительную обстановку внутри астероидов

Аспирант Геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова в составе международного коллектива определил окислительную обстановку внутри астероидов и её изменения в направлении от ядра к поверхности, исследуя метеориты.

Астероиды образовались на ранних стадиях развития Солнечной системы путем аккреции – приращения массы небесного тела за счёт присоединения к нему материала, притягиваемого гравитацией. При достижении достаточной массы температура и давление в центре астероидов повышались, что приводило к формированию протопланеты — «зародыша» планеты.

Дальнейшая аккреция таких небесных тел приводила к образованию планет. Но этот процесс продолжался до конца не всегда: на сегодняшний день в Солнечной системе известно свыше 700 тысяч «недопланет» - астероидов. Некоторые из них до недавнего времени называли малыми планетами.

А иногда они падают на Землю и становятся метеоритами. Поэтому по ним можно изучать процессы, происходившие с планетами Солнечной системы на стадии формирования. Метеориты – это астероиды, орбита которых когда-то пересеклась с земной. Около 87% находимых на Земле метеоритов относится к классу обыкновенных хондритов (от греческого слова χόνδρος – зерно).

Внутри они сложены множеством крохотных сферических образований - хондр, состоящих из кремния (Si), железа (Fe), алюминия (Al), магния (Mg) и марганца (Mn). Образцы метеоритов именно этой подгруппы, предоставленные Музеем внеземного вещества лаборатории Метеоритики ГЕОХИ РАН, и изучали геологи.

В центре тел обыкновенных хондритов вещество находится в окисленном состоянии. На Земле это было бы неудивительно из-за высокой концентрации кислорода в атмосфере, но в космосе, где царит вакуум, такое положение вещей вызвало вопросы! Согласно распространенной модели, окисленное состояние вещества обязано содержавшейся в метеоритах воде, выделявшейся при повышении температуры в центре тела. У поверхности температура ниже, и, соответственно, вещество окислено в меньшей степени.

Другие ученые, исследовав химический состав основных минералов метеоритов, провели термодинамический расчет давления кислорода. Недостаток этого метода заключается в том, что такие расчеты косвенные и потому не могут учитывать все факторы, влияющие на процесс окисления.

«Мы провели прямое измерение парциального давления (давление отдельно взятого компонента газовой смеси) кислорода в серии метеоритов. Оказалось, что большое влияние на давление кислорода оказывают вариации исходного состава астероидного тела, то есть его негомогенность, а также сложное строение, обусловленное возникновением трещин при столкновении с другими телами и их аккрецией», — рассказал один из авторов статьи, аспирант кафедры Геохимии Геологического факультета МГУ Валентин Осадчий.

Изученные хондриты принадлежали к разным химическим группам и были в различной степени  метаморфизованы, то есть, изменены под действием температуры и давления.

Прямые измерения парциального давления кислорода в обыкновенных хондритах учёным удалось провести методом ЭДС (электродвижущих сил) с твёрдым электролитом. При проведении такого измерения берутся две системы, в одной из которых парциальное давление  кислорода известно.

В данном случае для сравнения учёные использовали атмосферу Земли. Относительно неё авторы измеряли давление во втором сосуде – ампуле с электролитом, где находился метеорит, основными минералами которого являются самородное железо, оливин и пироксен.

Минералы оливин и пироксен содержат магний в переменных количествах – они представляют собой так называемые твёрдые растворы переменного химического состава. В зависимости от количества магния в них меняется и парциальное давление кислорода!

Измерение происходит следующим образом: два сосуда, содержащих кислород, разделены электролитом. Его действие подобно мембране: если давление кислорода с одной стороны больше, чем с другой, то его «излишек» пытается через эту мембрану перейти. Но это может произойти только, если молекула О2 превратится в два иона О2-.

Только эти ионы и пропускает мембрана! В это время через провод, соединяющий оба сосуда, перейдёт электрон. А если к этому проводу подключить вольтметр, мы будем знать ЭДС процесса - насколько сильно электроны «хотят» бежать из одного сосуда в другой. Эта величина напрямую связана с тем, насколько давление в одном сосуде больше, чем в другом.

«До нашей работы все исследователи смотрели на состав минерала, делали большое количество измерений, усредняли их, и потом по составу записывали химическую реакцию и получали давление кислорода в системе. Это было несколько неправильно, потому что в этих минералах, помимо магния, есть другие примеси.

Чтобы правильно произвести все расчёты, надо знать очень большой объём термодинамических данных, которых на настоящий момент нет. Ключевое отличие нашей работы в том, что мы напрямую измеряем парциальное давление кислорода, то есть нам неважен реальный состав внутри метеорита и мы знаем, какое давление кислорода было в момент прекращения в метеорите всех процессов», — объяснил Валентин Осадчий.

В ходе работы выяснилось, что состав вещества почти однороден, что не соответствует многим выдвинутым теориям.

«Мы сделали вывод, что если окисление и было, то оно было незначительным, то есть мы можем судить о количестве воды, которое было в этих телах. Сделать какой-то глобальный вывод о возникновении Земли, конечно, не получится, это довольно узкая работа, но, тем не менее, она лучше позволяет понять, в каких условиях происходило формирование планет.

По разбросу парциального давления кислорода можно понять, насколько однородным (гомогенным) было вещество на стадии аккреции. По нашим данным, состав вещества астероидов и протопланет был достаточно однороден, хотя были версии, что вещество было достаточно сильно негомогенным», — заключил Валентин Осадчий.

Эта работа фундаментального плана проходила в сотрудничестве с Институтом экспериментальной минералогии РАН и Университетом штата Пенсильвания, США. Статья с её результатами опубликована в журнале Meteoritics and Planetary Science.

Толщина золота имеет значение Далее в рубрике Толщина золота имеет значениеВ МФТИ изготовлены сверхтонкие золотые плёнки и исследованы их свойства Читайте в рубрике «Инновации» Станислав Протасов: «Технологии Acronis спасают миллионы»Сооснователь IT-гиганта представил в Технопарке МФТИ настоящий гоночный болид «Формулы-1» Станислав Протасов: «Технологии Acronis спасают миллионы»

Комментарии

Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Интересное в интернете
Расширяйте круг интересов!
Мы пишем об истории, обороне, науке и многом другом. Подписывайтесь на «Русскую планету» в соцсетях
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!
Станьте нашим читателем,
сделайте жизнь интереснее!
Помимо актуальной повестки дня, мы также публикуем:
аналитику, обзоры, интервью, исторические исследования.
личный кабинет
Спасибо, я уже читаю «Русскую Планету»