En 2003-2008. Un groupe de scientifiques russes et autrichiens avec la participation de Heinz Kohlmann, paléontologue renommé, conservateur du parc national d'Eisenwurzen, a étudié la catastrophe survenue il y a 65 millions d'années, lorsque plus de 75% de tous les organismes sur Terre, y compris les dinosaures, sont morts. La plupart des chercheurs pensent que l'extinction était associée à un impact d'astéroïde, bien qu'il existe d'autres points de vue
Les traces de cette catastrophe dans les coupes géologiques sont représentées par une fine couche d'argile noire de 1 à 5 cm d'épaisseur. L'une de ces sections est située en Autriche, dans les Alpes orientales, dans le parc national près de la petite ville de Gams, située à 200 km au sud-ouest de Vienne. À la suite de l'étude d'échantillons de cette section à l'aide d'un microscope électronique à balayage, des particules de forme et de composition inhabituelles ont été trouvées, qui ne se forment pas dans les conditions du sol et sont classées comme poussière cosmique.
Stardust sur Terre
Pour la première fois, des traces de matière spatiale sur Terre ont été découvertes dans des argiles rouges des grands fonds par une expédition anglaise qui a exploré le fond de l'océan mondial sur le navire Challenger (1872-1876). Ils ont été décrits par Murray et Renard en 1891. Dans deux stations de l'océan Pacifique Sud, lors d'un dragage à une profondeur de 4300 m, des échantillons de nodules de ferromanganèse et de microsphères magnétiques jusqu'à 100 µm de diamètre ont été récupérés, appelés plus tard "boules spatiales". Cependant, les détails des microsphères de fer soulevées par l'expédition Challenger n'ont été étudiés que ces dernières années. Il s'est avéré que les billes sont à 90% de fer métallique, 10% de nickel et leur surface est recouverte d'une fine croûte d'oxyde de fer.
Figure: 1. Monolithe de la section Gams 1, préparé pour l'échantillonnage. Les couches d'âges différents sont indiquées en lettres latines. La couche d'argile de transition entre les périodes du Crétacé et du Paléogène (âge d'environ 65 millions d'années), dans laquelle une accumulation de microsphères et de plaques métalliques a été trouvée, est marquée de la lettre "J". Photo par A. F. Gracheva
La découverte de boules mystérieuses dans les argiles des grands fonds est en effet associée au début de l'étude de la matière cosmique sur Terre. Cependant, une explosion d'intérêt parmi les chercheurs pour ce problème s'est produite après les premiers lancements d'engins spatiaux, à l'aide desquels il est devenu possible de sélectionner le sol lunaire et des échantillons de particules de poussière provenant de différentes parties du système solaire. Les œuvres de K. P. Florensky (1963), qui a étudié les traces de la catastrophe de Tunguska, et E. L. Krinov (1971), qui a étudié la poussière météorique sur le site de la chute de la météorite Sikhote-Alin.
Vidéo promotionelle:
L'intérêt des chercheurs pour les microsphères métalliques a conduit au fait qu'elles ont commencé à être trouvées dans des roches sédimentaires d'âges et d'origines différents. Des microsphères métalliques se trouvent dans la glace de l'Antarctique et du Groenland, dans les sédiments océaniques profonds et les nodules de manganèse, dans les sables des déserts et des plages côtières. On les trouve souvent dans et autour des cratères de météorites.
Au cours de la dernière décennie, des microsphères métalliques d'origine extraterrestre ont été trouvées dans des roches sédimentaires d'âges différents: du Cambrien inférieur (il y a environ 500 millions d'années) aux formations modernes.
Les données sur les microsphères et autres particules de sédiments anciens permettent de juger des volumes, ainsi que de l'uniformité ou de l'inégalité de l'afflux de matière cosmique vers la Terre, de l'évolution de la composition des particules arrivant sur Terre depuis l'espace, et des sources primaires de cette substance. Ceci est important car ces processus affectent le développement de la vie sur Terre. Beaucoup de ces questions sont encore loin d'être résolues, mais l'accumulation de données et leur étude approfondie permettront sans aucun doute d'y répondre.
On sait maintenant que la masse totale de poussière circulant à l'intérieur de l'orbite terrestre est d'environ 1015 tonnes, de 4 à 10 000 tonnes de matière cosmique tombent à la surface de la Terre chaque année. 95% de la matière tombant à la surface de la Terre est constituée de particules de 50 à 400 microns. La question de savoir comment le taux d'entrée de la matière cosmique sur Terre change au fil du temps reste controversée jusqu'à présent, malgré de nombreuses études menées au cours des 10 dernières années.
Sur la base de la taille des particules de poussière cosmique, à l'heure actuelle, la poussière cosmique interplanétaire réelle est émise avec une taille inférieure à 30 microns et des micrométéorites supérieures à 50 microns. Encore plus tôt, E. L. Krinov a proposé d'appeler les plus petits fragments d'un corps météorique fondus à partir des micrométéorites de surface.
Des critères stricts pour distinguer les particules de poussière cosmique et de météorite n'ont pas encore été développés, et même en utilisant l'exemple de la section Gams que nous avons étudiée, il a été montré que les particules métalliques et les microsphères sont plus diverses en forme et en composition que celles prévues par les classifications existantes. La forme sphérique presque parfaite, le lustre métallique et les propriétés magnétiques des particules ont été considérés comme des preuves de leur origine cosmique. Selon le géochimiste E. V. Sobotovich, «le seul critère morphologique pour apprécier la cosmogénéité du matériau étudié est la présence de billes fusionnées, y compris magnétiques». Cependant, en plus de la forme, qui est extrêmement diversifiée, la composition chimique de la substance est fondamentalement importante. Les chercheurs ont découvertqu'avec les microsphères d'origine cosmique, il existe un grand nombre de boules d'une genèse différente - associées à l'activité volcanique, à l'activité vitale des bactéries ou au métamorphisme. On sait que les microsphères ferrugineuses d'origine volcanique sont beaucoup moins susceptibles d'avoir une forme sphérique idéale et, de plus, ont un mélange accru de titane (Ti) (plus de 10%).
Un groupe de géologues russo-autrichiens et une équipe de tournage de Vienna TV à la section Gams dans les Alpes orientales Au premier plan - A. F. Grachev
L'origine de la poussière cosmique
L'origine de la poussière cosmique est encore un sujet de débat. Professeur E. V. Sobotovich croyait que la poussière cosmique pourrait représenter les restes du nuage protoplanétaire original, contre lequel B. Yu. Levin et A. N. Simonenko, estimant que la matière fine ne pouvait pas persister longtemps (Earth and Universe, 1980, n ° 6).
Il y a une autre explication: la formation de poussière cosmique est associée à la destruction des astéroïdes et des comètes. Comme le note E. V. Sobotovich, si la quantité de poussière cosmique entrant dans la Terre ne change pas avec le temps, alors B. Yu. Levin et A. N. Symonenko.
Malgré le grand nombre d'études, la réponse à cette question fondamentale ne peut être donnée à l'heure actuelle, car il existe très peu d'estimations quantitatives et leur exactitude est controversée. Récemment, des données issues d'études isotopiques menées dans le cadre du programme de la NASA sur des particules de poussière cosmique prélevées dans la stratosphère suggèrent l'existence de particules d'origine pré-solaire. Dans la composition de cette poussière, des minéraux tels que le diamant, la moissanite (carbure de silicium) et le corindon ont été trouvés, qui, à partir des isotopes du carbone et de l'azote, permettent d'attribuer leur formation au temps précédant la formation du système solaire.
L'importance d'étudier la poussière cosmique dans une section géologique est évidente. Cet article présente les premiers résultats de l'étude de la matière spatiale dans la couche d'argile de transition à la limite Crétacé-Paléogène (il y a 65 millions d'années) de la section Gams, dans les Alpes orientales (Autriche).
Caractéristiques générales de la section Gams
Des particules d'origine cosmique ont été obtenues à partir de plusieurs sections des couches de transition entre le Crétacé et le Paléogène (dans la littérature germanique - la limite K / T), situées près du village alpin de Gams, où la rivière du même nom ouvre à plusieurs endroits cette frontière.
Dans la section Gams 1, un monolithe a été découpé dans l'affleurement, dans lequel la limite K / T est très bien exprimée. Sa hauteur est de 46 cm, largeur - 30 cm dans la partie inférieure et 22 cm - dans la partie supérieure, épaisseur - 4 cm. Pour une étude générale de la section, le monolithe a été divisé après 2 cm (de bas en haut) en couches désignées par des lettres de l'alphabet latin (A, B, C … W), et à l'intérieur de chaque couche, également après 2 cm, un marquage avec des chiffres (1, 2, 3, etc.) est effectué. La couche de transition J à l'interface K / T a été étudiée plus en détail, où six sous-couches d'une épaisseur d'environ 3 mm ont été identifiées.
Les résultats de recherche obtenus dans la section Gams 1 ont été largement répétés lors de l'étude d'une autre section - Gams 2. Le complexe d'études comprenait l'étude des coupes minces et des fractions monominérales, leur analyse chimique, ainsi que des analyses de fluorescence X, d'activation neutronique et de structure aux rayons X, isotopiques analyse de l'hélium, du carbone et de l'oxygène, détermination de la composition des minéraux sur une microsonde, analyse magnétominéralogique.
Variété de microparticules
Microsphères de fer et de nickel de la couche de transition entre le Crétacé et le Paléogène dans la section Gams: 1 - Microsphère de Fe à surface réticulaire-tubéreuse grossière (partie supérieure de la couche de transition J); 2 - Microsphère de Fe à surface rugueuse longitudinalement parallèle (la partie inférieure de la couche de transition J); 3 - Microsphère de Fe avec des éléments de facettes cristallographiques et une texture de surface en gros maillage (couche M); 4 - Microsphère de Fe à mailles fines (partie supérieure de la couche de transition J); 5 - Microsphère de Ni avec des cristallites en surface (partie supérieure de la couche de transition J); 6 - agrégat de microsphères de Ni frittées avec des cristallites en surface (partie supérieure de la couche de transition J); 7 - agrégat de microsphères de Ni avec des microdiamants (C; partie supérieure de la couche de transition J); 8,9 - Formes caractéristiques des particules métalliques de la couche de transition entre le Crétacé et le Paléogène dans la section Gams des Alpes orientales.
Dans la couche d'argile de transition entre les deux limites géologiques - Crétacé et Paléogène, ainsi qu'à deux niveaux dans les sédiments sus-jacents du Paléocène dans la section Gams, de nombreuses particules métalliques et microsphères d'origine cosmique ont été trouvées. Leur forme, leur texture de surface et leur composition chimique sont beaucoup plus diverses que celles connues jusqu'à présent dans les couches d'argile de transition de cet âge dans d'autres régions du monde.
Dans la section Gams, la matière spatiale est représentée par des particules finement dispersées de différentes formes, parmi lesquelles les plus courantes sont des microsphères magnétiques d'une taille de 0,7 à 100 μm, constituées de fer pur à 98%. De telles particules sous forme de billes ou de microsphères se retrouvent en grand nombre non seulement dans la couche J, mais aussi au-dessus, dans les argiles du Paléocène (couches K et M).
Les microsphères sont composées de fer pur ou de magnétite, dont certaines contiennent du chrome (Cr), un alliage de fer et de nickel (avaruite) et du nickel pur (Ni). Certaines particules de Fe-Ni contiennent des impuretés de molybdène (Mo). Dans la couche d'argile de transition entre le Crétacé et le Paléogène, ils ont tous été découverts pour la première fois.
Jamais auparavant nous n'avions rencontré des particules à haute teneur en nickel et un mélange important de molybdène, des microsphères avec présence de chrome et des morceaux de fer en spirale. En plus des microsphères et particules métalliques, du Ni-spinelle, des microdiamants avec des microsphères de Ni pur, ainsi que des plaques déchirées Au, Cu, qui ne se trouvent pas dans les dépôts sous-jacents et sus-jacents, ont été trouvés dans la couche d'argile de transition à Gams.
Caractéristiques des microparticules
Les microsphères métalliques de la section Gams sont présentes à trois niveaux stratigraphiques: les particules ferrugineuses de formes diverses sont concentrées dans la couche d'argile de transition, dans les grès à grains fins sus-jacents de la couche K, et le troisième niveau est formé par les siltstones de la couche M.
Certaines sphères ont une surface lisse, d'autres ont une surface nouée en treillis, tandis que d'autres sont recouvertes d'un maillage de petits polygones ou d'un système de fissures parallèles s'étendant à partir d'une fissure principale. Ils sont creux, en forme de coquille, remplis de minéraux argileux et peuvent également avoir une structure concentrique interne. Les particules et les microsphères métalliques de Fe se trouvent dans toute la couche d'argile de transition, mais sont principalement concentrées dans les horizons inférieurs et moyens.
Les micrométéorites sont des particules fusionnées de fer pur ou d'alliage fer-nickel Fe-Ni (avaruite); leurs tailles sont de 5 à 20 microns. De nombreuses particules d'avaruite sont confinées au niveau supérieur de la couche de transition J, tandis que des particules ferrugineuses pures sont présentes dans les parties inférieure et supérieure de la couche de transition.
Les particules sous forme de plaques à surface tubéreuse croisée sont constituées uniquement de fer, leur largeur est de 10 à 20 µm et leur longueur peut atteindre 150 µm. Elles sont légèrement arquées et se rejoignent à la base de la couche de transition J. Des plaques Fe-Ni avec des impuretés Mo se retrouvent également dans sa partie inférieure.
Les plaques d'un alliage de fer et de nickel ont une forme allongée, légèrement incurvée, avec des rainures longitudinales sur la surface, les dimensions varient en longueur de 70 à 150 µm avec une largeur d'environ 20 µm. Ils sont plus courants dans les parties inférieure et médiane de la couche de transition.
Les plaques ferrugineuses avec rainures longitudinales sont de forme et de taille identiques aux plaques en alliage Ni-Fe. Ils sont confinés aux parties inférieure et médiane de la couche de transition.
Les particules de fer pur, qui ont la forme d'une spirale régulière et sont pliées en forme de crochet, sont d'un intérêt particulier. Ils sont principalement composés de Fe pur, rarement d'alliage Fe-Ni-Mo. Des particules de fer en spirale se trouvent dans la partie supérieure de la couche J et dans l'intercalaire de grès sus-jacent (couche K). Une particule hélicoïdale de Fe-Ni-Mo a été trouvée à la base de la couche de transition J.
Dans la partie supérieure de la couche de transition J, il y avait plusieurs grains de microdiamants frittés avec des microsphères de Ni. Des études par microsonde de billes de nickel, réalisées sur deux instruments (avec spectromètres à ondes et à dispersion d'énergie), ont montré que ces billes sont constituées de nickel presque pur sous une couche mince d'oxyde de nickel. La surface de toutes les boules de nickel est parsemée de cristallites claires avec des jumeaux prononcés de 1 à 2 µm. Un tel nickel pur sous forme de sphères à surface bien cristallisée ne se retrouve ni dans les roches ignées ni dans les météorites, où le nickel contient nécessairement une quantité importante d'impuretés.
Lors de l'étude du monolithe de la section Gams 1, des billes de Ni pur n'ont été trouvées que dans la partie la plus élevée de la couche de transition J (dans sa partie la plus haute - une couche sédimentaire très mince J6, dont l'épaisseur ne dépasse pas 200 μm), et selon les données de l'analyse magnétothermique, le nickel métallique est présent dans couche de transition, en commençant par la sous-couche J4. Ici, avec des boules de Ni, des diamants ont également été trouvés. Dans une couche retirée d'un cube d'une superficie de 1 cm2, le nombre de grains de diamant trouvés se situe dans les dizaines (avec une taille allant de fractions de microns à des dizaines de microns) et de billes de nickel de la même taille - en centaines.
Dans des échantillons de la partie supérieure de la couche de transition prélevés directement sur l'affleurement, des diamants avec de fines particules de nickel à la surface des grains ont été trouvés. Il est significatif que lors de l'étude d'échantillons de cette partie de la couche J, la présence de la moissanite minérale a également été révélée. Auparavant, des microdiamants ont été trouvés dans la couche de transition à la limite Crétacé-Paléogène au Mexique.
Trouve dans d'autres domaines
Les microsphères de Gams avec une structure interne concentrique sont similaires à celles qui ont été extraites par l'expédition Challenger dans les argiles des grands fonds de l'océan Pacifique.
Les particules de fer de forme irrégulière avec des bords fondus, ainsi que sous la forme de spirales et de crochets et plaques courbes sont très similaires aux produits de destruction des météorites tombant sur la Terre, elles peuvent être considérées comme du fer météorique. Les particules d'avaruite et de nickel pur peuvent être classées dans la même catégorie.
Les particules de fer incurvées sont proches de diverses formes de larmes de Pelé - des gouttes de lave (lapilli), que les volcans éjectent de l'évent lors d'éruptions à l'état liquide.
Ainsi, la couche d'argile de transition à Gams a une structure hétérogène et est clairement subdivisée en deux parties. Dans les parties inférieure et médiane, les particules de fer et les microsphères prédominent, tandis que la partie supérieure de la couche est enrichie en nickel: particules d'avaruite et microsphères de nickel avec des diamants. Ceci est confirmé non seulement par la distribution des particules de fer et de nickel dans l'argile, mais aussi par les données d'analyses chimiques et thermomagnétiques.
La comparaison des données de l'analyse thermomagnétique et de l'analyse par microsonde indique une extrême hétérogénéité dans la distribution du nickel, du fer et de leur alliage au sein de la couche J; cependant, selon les résultats de l'analyse thermomagnétique, le nickel pur n'est enregistré qu'à partir de la couche J4. Il convient de noter que le fer hélicoïdal se produit principalement dans la partie supérieure de la couche J et continue de se produire dans la couche K sus-jacente, où, cependant, il y a peu de particules isométriques ou lamellaires Fe, Fe-Ni.
Nous soulignons qu'une telle différenciation claire du fer, du nickel et de l'iridium, qui se manifeste dans la couche d'argile de transition des Gams, est également présente dans d'autres régions. Par exemple, dans l'État américain du New Jersey, dans la couche sphérulique de transition (6 cm), l'anomalie de l'iridium s'est fortement manifestée à sa base, et les minéraux d'impact sont concentrés uniquement dans la partie supérieure (1 cm) de cette couche. En Haïti, à la limite Crétacé-Paléogène et dans la partie la plus haute de la couche sphérique, il y a un fort enrichissement en Ni et quartz de choc.
Phénomène de fond pour la Terre
De nombreuses caractéristiques des sphérules de Fe et Fe-Ni trouvées sont similaires aux boules découvertes par l'expédition Challenger dans les argiles des eaux profondes de l'océan Pacifique, dans la zone de la catastrophe de Tunguska et des sites de chute de la météorite Sikhote-Alin et de la météorite Nio au Japon, ainsi que dans les roches sédimentaires d'âges divers provenant de nombreux régions du monde. Outre les régions de la catastrophe de Tunguska et de la chute de la météorite Sikhote-Alin, dans tous les autres cas, la formation non seulement de sphérules, mais également de particules de morphologies diverses, constituées de fer pur (parfois avec une teneur en chrome) et d'un alliage de nickel avec du fer, n'a aucun lien avec l'événement d'impact. Nous considérons l'apparition de telles particules comme le résultat de la poussière cosmique interplanétaire tombant à la surface de la Terre - un processus qui est continuellement en cours depuis la formation de la Terre et est une sorte de phénomène de fond.
De nombreuses particules étudiées dans la section Gams ont une composition proche de la composition chimique en vrac de la matière de météorite sur le site de la chute de la météorite Sikhote-Alin (selon E. L. Krinov, il s'agit de 93,29% de fer, 5,94% de nickel, 0,38% de cobalt).
La présence de molybdène dans certaines particules n'est pas inattendue car elle comprend de nombreux types de météorites. La teneur en molybdène des météorites (fer, pierre et chondrites carbonées) varie de 6 à 7 g / t. Le plus important a été la découverte de molybdénite dans la météorite Allende sous la forme d'une inclusion dans l'alliage d'un métal de la composition suivante (% en poids): Fe - 31,1, Ni - 64,5, Co - 2,0, Cr - 0,3, V - 0,5, P - 0,1. Il convient de noter que du molybdène et de la molybdénite natifs ont également été trouvés dans la poussière lunaire échantillonnée par les stations automatiques Luna-16, Luna-20 et Luna-24.
Les premières sphères découvertes de nickel pur avec une surface bien cristallisée ne sont connues ni dans les roches ignées ni dans les météorites, où le nickel contient nécessairement une quantité importante d'impuretés. Une telle structure de surface de billes de nickel pourrait se présenter dans le cas de la chute d'un astéroïde (météorite), ce qui conduisait au dégagement d'énergie, ce qui permettait non seulement de faire fondre la matière du corps en chute, mais aussi de l'évaporer. Les vapeurs métalliques auraient pu être soulevées par l'explosion à une grande hauteur (probablement des dizaines de kilomètres), là où la cristallisation a eu lieu.
Des particules composées d'avaruite (Ni3Fe) se retrouvent avec des billes métalliques de nickel. Ils appartiennent à la poussière météorique et les particules de fer fondues (micrométéorites) doivent être considérées comme de la «poussière de météorite» (dans la terminologie de EL Krinov). Les cristaux de diamant rencontrés avec les billes de nickel sont probablement issus de l'ablation (fusion et évaporation) d'une météorite du même nuage de vapeur lors de son refroidissement ultérieur. On sait que les diamants synthétiques sont obtenus par cristallisation spontanée à partir d'une solution de carbone dans un métal fondu (Ni, Fe) au-dessus de la ligne d'équilibre de phase graphite-diamant sous forme de monocristaux, leurs intercroissances, jumeaux, agrégats polycristallins, cristaux de trame, cristaux en forme d'aiguilles, grains irréguliers. Presque toutes les caractéristiques typomorphiques répertoriées des cristaux de diamant ont été trouvées dans l'échantillon à l'étude.
Cela nous permet de conclure que les processus de cristallisation du diamant dans un nuage de vapeur de nickel-carbone lors de son refroidissement et de cristallisation spontanée à partir d'une solution de carbone dans un bain de nickel dans les expériences sont similaires. Cependant, la conclusion finale sur la nature du diamant peut être faite après des études isotopiques détaillées, pour lesquelles il est nécessaire d'obtenir une quantité de substance suffisamment importante.
Ainsi, l'étude de la matière cosmique dans la couche argileuse de transition à la limite Crétacé-Paléogène a montré sa présence dans toutes les parties (de la couche J1 à la couche J6), mais les signes d'un événement d'impact ne sont enregistrés qu'à partir de la couche J4, vieille de 65 millions d'années. Cette couche de poussière cosmique peut être comparée à la mort des dinosaures.
