Эта работа посвящена исследованию проблемы происхождения тектитного стекла.
Подавляющая часть силикатных пород земной коры находится в кристаллическом состоянии. Это указывает на их медленное охлаждение в процессе затвердевания. Но если силикатный расплав достаточно быстро охладить, то он не закристаллизуется, а затвердеет в виде переохлаждённой жидкости — стекла.
Таким образом, если мы обнаруживаем природное стекло, то значит расплав силикатов (веществ, содержащих много двуокиси кремния) быстро остыл, не успев образовать кристаллы. На Земле встречаются стёкла различного состава и происхождения. Это, например, обсидианы — продукты извержения вулканов, и «стриммерглассы» — стёкла, образующиеся при попадании молнии в песок. При падении крупных метеоритов в месте удара происходит взрыв. Часть породы плавится, и образуются стёкла, называемые «импактитами» (от слова «импакт» — «удар»). При ядерных взрывах также образуются стёкла.
Обычно происхождение природных стёкол установить несложно. Но на Земле находят и стёкла, происхождение которых до сих пор не ясно. Это тектиты.
Тектитами называются природные стёкла, найденные в некоторых районах Земли. Название дано в начале века (1900 г.) и может быть переведено как «оплавленные». Это куски стекла массой от нескольких граммов до килограмма, часто имеющие форму «тел полёта» — капли, сферы или близкие к ним. Некоторые — (австралийские) тектиты имеют характерную форму «пуговиц», свидетельствующую о том, что они подвергались аэродинамической «формовке» — вторичному оплавлению уже твёрдых шариков стекла при скорости полёта в атмосфере несколько километров в секунду. Тектиты часто называют по месту находки. Например: «тектиты Берега слоновой кости», «австралиты».
Тектиты обычно носят отчётливые следы химического выветривания. Это не удивительно, так как стекло неустойчиво в присутствии воды. Геологические и радиоизотопные методы позволили определить их возраст. Он оказался от нескольких сот тысяч до нескольких десятков миллионов лет. Очень может быть, что более старое стекло было разрушено и «не дожило» до наших дней.
Тектиты, имеющие сходные свойства, находят на территориях размером в сотни и тысячи километров, которые считаются их «полями рассеяния». Наиболее известные — Молдавиты (Чехословакия), тектиты Берега слоновой кости, Австралиты — (Австралия), «Дарвиново стекло» — Тасмания.
Австралиты, видимо, имеют общее происхождения с тектитами, образующими огромное поле рассеяния от южного Китая до юга Австралии. Это самое крупное поле. Стёкла загадочного (скорее всего — не того же происхождения, что тектиты) найдены в Ливии. Тектитное стекло, было найдено на юго-западе США и при взятии проб со дна океанов.
Как уже говорилось, природные стёкла интересны тем, что их охлаждение, а часто и плавление протекали быстро. Это служит указанием на быстропротекающие процессы катастрофического характера в истории Земли. Удалось отождествить и понять процесс образования стёкол вулканического (обсидиан) и ударно-взрывного (импактитные стёкла, образованные при метеоритных ударах) происхождения. Подробно исследованы стёкла, образующиеся при ядерных взрывах.
Собственно тектиты не входят ни в одну из этих групп ни по химическому составу, ни по форме, ни по своим физическим свойствам, ни по геологическим условиям залегания.
Проблеме тектитов посвящена большая литература. Отличной является подборка статей в книге «Тектиты» под редакцией О"Киффа. (1966 год, Издательство «Мир»). Тем, кто захочет познакомиться с этой проблемой подробнее, следует её прочитать. Новейшие исследования можно найти в Интернете.
Исследование тектитов, начатое ещё в позапрошлом веке, было весьма основательным, так как было высказано предположение о лунном происхождении тектитов. В дальнейшем подтвердить лунное происхождение тектитов не удалось (так же, как и другие гипотезы об их происхождении!). Накопляемые факты лишь запутывают проблему ещё больше. И этот печальный факт звучит во многих публикациях. Перефразируя Б. Мейсона, можно сказать: «Они (тектиты) могут иметь какое угодно происхождение, но достоверные доказательства этого пока отсутствуют!»
Это может служить указанием на то, что механизм образования тектитов резко отличался от уже известных. Все гипотезы на эту тему должны объяснить: характерную форму, небольшие и «почти стандартные» размеры, химический состав, в частности, аномально малое содержание воды. Он должен также объяснить характерное только для тектитов, полное отсутствие остатков кристаллической фазы — тот факт, что тектитное стекло в отличие от всех других природных стёкол проплавлено полностью. Также гипотеза должна объяснить, каким образом лёгкие шарики из стекла (например — Австралиты) смогли застыть в полёте именно в виде шариков, как они смогли пройти от поверхности (если были на ней образованны) Земли сквозь атмосферу и, после остывания войти в неё, подвергшись аэродинамической эрозии. Должна быть объяснена установленная А. Коэном несомненная связь тектитных полей рассеяния с некоторыми метеорными кратерами. Это только часть вопросов, на которые следует найти ответы. Их искали очень и очень многие исследователи. (См. литературу к монографии «Тектиты»). Убедительных ответов они не нашли! «Новые» гипотезы их образования являются лишь модификациями давно оставленных гипотез.
Например, современный исследователь из Москвы Е.Дмитриев, разрабатывает кометную гипотезу доставки тектитов на землю из системы Юпитера, где они, по его мнению, образуются при сверхмощных электрических разрядах. Эта гипотеза, как и другие, имеет свои уязвимые стороны: не ясно где, в каком конденсаторе накапливается гигантская энергия для такого разряда. Кроме того, при вхождении в атмосферу Земли льда с вкраплённым стеклом в любом поле рассеяния должны обязательно присутствовать «фланцевые», обдутые сверхзвуковым потоком формы, однако этого нет! Но сама идея, выброс стекла из канала разряда представляется очень перспективной. Исследования Дмитриева есть в Интернете.
Автор, в своих разработках этой темы, начатой в восьмидесятых годах, исходил из того, что «тигель» в котором плавилось это стекло, был образован при движении в толще Земли (Луны?) некоего очень небольшого, размерами около сантиметра, сверхплотного объекта, предположительно из нейтронного вещества. Другие виды сверхплотной материи не подходят вот по каким соображениям: вещество типа материала «белых карликов», если бы оно попадало на Землю, застревало бы в верхних слоях земной коры, но находки его неизвестны. «Чёрные минидыры» (если они вообще есть) должны иметь небольшие скорости, и хотя могут произвести нужный эффект, но встречаться с планетами должны крайне редко из-за малого количества и малых скоростей (~300 км/сек). Остаётся сверхплотное вещество типа нейтронного. Если оно попадает в пространство, например, при разрушении нейтронных звёзд в виде частиц размером порядка сантиметров, то эти частицы могут иметь скорость порядка убегания от нейтронной звезды — до ~100000 км/сек.
Прикидочный расчёт показал принципиальную возможность встречи такого образования с Землёй много раз за её историю. Вопрос о том, устойчиво ли такое вещество длительное время, автор сознательно обходит, считая, что он должен быть решён опытным путём.
Может быть, читателю будет интересна эволюция этой гипотезы. Вначале предполагаемая картина процесса образования тектитов по этому сценарию была такова: капля нейтронного вещества (предполагалось, что это жидкость), попав в планету, дробится на более мелкие капли и в виде веера пробивает её насквозь. При своём движении в твёрдой породе, каждая капля образует мощную ударную волну в виде цилиндра. Эта ударная волна, двигаясь от линии пролёта, вначале испаряет, затем плавит и, наконец, только механически разрушает породу. Образуется канал, (вернее — веер каналов) с оплавленными стенками, заполненный плазмой. Каждая такая «трубка взрыва» похожа на полость подземного ядерного взрыва, но является следствием не точечного, а линейного взрыва. Она имеет цилиндрическую форму и необходимо имеет выход на поверхность.
После пролёта капли нейтронного вещества плазма начинает истекать из «трубки взрыва», увлекая со стенок наиболее проплавленную часть расплава с самой поверхности канала, так как расплав силикатов быстро увеличивает свою вязкость со снижением температуры. Оторванные капли дополнительно проплавляются и вылетают со скоростью истекающей плазмы — порядка десяти километров в секунду. Струя плазмы проносит их через атмосферу без потери формы. После окончания истечения плазмы трубки взрыва заполняются поднятой снизу гидростатическим давлением глубинной расплавленной породой, которая захватывает с собой куски более холодной раздробленной породы со стенок.
Такие трубки известны. Они называются кимберлитовыми трубками и по сравнению с обычными вулканами, имеют резко отличные свойства. В первую очередь состав «лавы» и количество выброшенного вещества. Наличие в кимберлите нестойких при высоких температурах алмазов указывает на то, что трубки также образовались быстро, почти мгновенно.
Таким образом, указанный механизм позволяет понять: почему тектиты часто круглые, почему в них нет остаточных кристаллов и мало воды, зато есть «фигуры течения». Становится ясным и природа огромных, но всё же ограниченных «полей рассеяния» (никакая другая из предложенных гипотез убедительно её не объясняет).
Высокая температура образования объясняет недостаток летучих элементов, большое отношение двухвалентного железа к трёхвалентному в тектитном стекле и не тождественный никакой известной породе химический состав. Становится понятным характерный «гиперболический» профиль вертикального разреза кимберлитовых трубок. (Данный процесс, объясняет их образование и свойства лучше, чем бытующее у геологов достаточно странное предположение о «взрыве газов». Взрыве, который поднял породу с глубины сто-двести километров!)
Однако, гипотеза имеет и нерешённые проблемы. Одна из них — вертикальное положение известных кимберлитовых трубок. Эту трудность можно обойти, не отвергая предположения о роли в происхождении тектитов сверхплотного вещества — оно слишком хорошо всё объясняет, — но предположив, что Земля имеет очень малое (около нескольких метров) ядро из такого вещества, которое время от времени «стреляет» вверх брызгами. (Как оно образовалось — автору совершенно не ясно! Захват планетой сколько-нибудь крупных фрагментов из нейтронного вещества плотностью 10^14 граммов в кубическом сантиметре — практически невозможный процесс при почти всех скоростях встречи).
Затем, по мере осмысление новых фактов, проблема стала вырисовываться несколько иначе. Кимберлитовые трубки как результат пролёта сквозь земную кору сверхплотного вещества остались, но были временно «отставлены в сторону». Скорее всего, к современным тектитам они не имеют отношения, так как возраст кимберлитовых трубок гораздо больше, чем у самых старых тектитов. Внимание было обращено на тот факт, что часть полей рассеяния тектитов явно связаны с известными метеорными кратерами, например, «Молдавиты» явно связанны с кратером Рис в Германии (см. статью Коэна в сборнике «Тектиты»). Центр тяжести исследования был перенесён на сами сверхплотные тела, которые, согласно гипотезе, пробивают в Земле «трубки взрыва».
Как уже говорилось, есть веские основания считать, что вещество белых карликов в гравитационно-несвязанном виде существовать достаточно долго не может. Иначе бы оно неизбежно обнаруживалось бы на Земле. Проводимые сейчас земляные работы и работы по добыче минерального сырья наверняка позволили бы его обнаружить в земной коре. При плотности ~ 10^2 кг/см3 и размере частицы в доли сантиметра такое вещество должно тормозится вблизи земной поверхности.
Более правдоподобно предположение о нейтронном веществе. Из-за своей чрезвычайно высокой плотности оно не сможет удержаться на поверхности любой горной породы. Такая плотность делает невозможным или очень маловероятным его захват планетами.
Такие тела не могут принадлежать Галактике из-за высоких скоростей. Возможными способами их образования является разрушение нейтронных звезд при столкновениях и выброс вещества при взрывах сверхновых, если коллапс ядра звезды осложняется быстрым вращением.
Прямое наблюдение таких тел размерами в сантиметры представляется пока невозможным, однако, по косвенным проявлениям их вполне можно обнаружить. Запасённая кинетическая энергия в таких образованьях — огромна. Она составляет, по примерным оценкам, около одной сотой mc^2. Как мы уже писали, оценка эта взята из предположения скорости объекта, необходимой для ухода от нейтронной звезды. Для тела размером в один-два сантиметра и массы в миллиард тонн это составляет порядка десяти миллионов тонн энергии. Даже если скорости на порядок меньше, то запасённая энергия сто тысяч тонн! Однако, силы тяготения на поверхности такого объекта невелики. Их можно принять порядка десяти G.
Землю от космической катастрофы при столкновении с таким объектом спасает только его чудовищная прочность. Земля для него очень «прозрачная» мишень, потери энергии при столкновении невелики и не приводят к разрушению планеты.
Есть веские основания предполагать, что на поверхности такого объекта при разложении нейтронного вещества возникает корка обычного вещества — «оболочка», с возможной массой от килограммов до тысяч тонн. Нейтронный объект перекатывается по ней, наплавляя всё новые слои (наверное — железа и углерода), и из оболочки она превращается в нечто, похожее на фрагмент снежной бабы. Время от времени при столкновениях с микрометеоритами оболочка (к нашему счастью) разрушается, и в виде фрагментов попадает в космическое пространство, где постепенно распыляется до газа от столкновений с атомами и пылинками межзвёздной среды. Продукты распада таких сверхплотных тел — пары тяжёлых элементов и гелий. В нашей системе отсчёта они будут представлять собой космические лучи не очень больших энергий.
Учёт такого процесса пополнения космических лучей позволил бы объяснить избыточное обогащение космических лучей тяжёлыми элементами. Не исключено, что при распаде нейтронного вещества возникают в небольших количествах сверхтяжёлые элементы с атомными номерами сто четырнадцать и более. Этот вопрос и вопрос обнаружения этих элементов на Земле также проработан автором, но в этой статье не освещается.
Вообще говоря, «химия» нейтронного вещества, а, заодно — и вещества белых карликов не так уж проста и должна представлять собой новую и интересную науку…
Согласно нашей гипотезе, тектиты образуются так (окончательный сценарий).
При попадании в планету, например, в Землю, сверхплотного объекта и связанной с ним оболочки из обычного вещества оболочка взрывается и приводит к образованию псевдометеоритного кратера, а сам сверхплотный объект пронизывает Землю насквозь.
Выброшенное из образованной им «трубки взрыва» стекло мы называем «тектитами». Выброс тектитного стекла струёй плазмы сквозь атмосферу облегчается тем, что ударная волна от взрыва оболочки, распространяясь от места взрыва, оставляет за собой зону разрежения. Таким образом, прохождение капель стекла сквозь атмосферу Земли облегчает два механизма удаления атмосферы в месте удара. Классическим кратером такого рода является кратер Рис в Германии (см. работу Коэна). Он образовался на месте, где было мелкое море, имеет диаметр около двадцати девяти километров, K-Ar возраст в 14,7 млн. лет. Связанное с ним тектитное поле рассеяния имеет такой же возраст и находится на территории Чехии на расстоянии около трёхсот километров. При взрыве, образовавшем этот кратер и имевшем энергию в тысячи мегатонн, образовалось также импактитное стекло, которое, однако, было выброшено на небольшое расстояние — несколько километров от вала кратера. Хотя оно имеет тот же возраст, что и тектиты, связанные с этим кратером, однако химический состав и область распространения у них совершенно различны и не пересекаются, что указывает на разные механизмы образования и разброса.
Следует заметить, что наша гипотеза предполагает существование нейтронизированного вещества в качестве отдельной, метастабильной при обычном давлении фазы. Оно, при обычном давлении и температуре может распадаться лишь с поверхности. Его разрушение идёт по следующему механизму: первый этап распада нейтронного вещества — это бета-распад нейтронов. Образовавшиеся протоны вначале образуют на поверхности нейтронного объекта кластеры, соответствующие ядрам гелия. Над поверхностью нейтронного вещества должна образоваться оболочка из электронов, подобная электронной оболочке обычных атомов, которая электростатическими силами облегчает уход этих кластеров с поверхности объекта (вторичный альфа-распад). Часть гелия уходит, а другая — образует более тяжёлые ядра, в первую очередь — углерод, магний и железо. Сама поверхность нейтронного вещества должна служить катализатором дальнейшего синтеза более тяжёлых ядер из гелия и нейтронов.
Допущение наличия в мировом пространстве малых нейтронных тел и их постепенного разрушения с образованием на их поверхности коры из «обычного» вещества может объяснить: наличие на Земле тектитов именно в таком виде, в котором мы их находим и, возможно, «кимберлитовых трубок», избыточное обогащение космических лучей тяжёлыми элементами, некоторые необычные небесные явления, возможно, «Тунгусский феномен».
Как проверить гипотезу? Надо искать в кимберлитовых трубках или вблизи них стекло или продукты его разложения — «псевдоморфозы». (Интересно отметить, что в книге Н. В. Васильева «Тунгусский метеорит» упоминается о стеклянных образованьях в кимберлите!) Следует прослушать на возможно более коротких сейсмических волнах центр Земли. Если там есть сверхплотное образование и оно как-то активно, то от него могут исходить акустические волны типа «треска жира на сковородке».
Искать «странные» кратеры на Луне — места вылета сверхплотного вещества. (См. «Образование воронок…»)
Поскольку процесс образования северо-американских тектитов (Бедиазитов) теперь также ясен (а он должен быть похож на процесс образования Молдавитов), то есть возможность найти пока неизвестное место удара, образовавшего тектиты Северной Америки. На юго-западе этого поля рассеяния тектиты проплавлены лучше, чем на северо-востоке. Они выброшены из центра трубки, где скорость плазмы была больше. И улетели дальше! С той стороны, где тектиты проплавлены лучше, надо по полю рассеяния идти в сторону тектитов худшего качества и, идя по этой линии, смотреть внимательно под ноги. Так можно найти кратер или, если этот удар был с обратной стороны Земли, то трубку взрыва. Не исключено, что место удара находится в Швеции. Там найдены странные стёкла — «Шониты», которые могут быть связанны с этим событием. Если их возраст сходен с возрастом североамериканских тектитов (29 млн. лет), то гипотеза эта может получить веское подтверждение.
Бондаренко Ю. Н. 27-го сентября 2004 года.
