Wstęp

W mediach znaleźć można często informacje o meteorach bądź asteroidach stanowiących potencjalne zagrożenie dla życia na Ziemi. Takie przekonanie w opinii publicznej ugruntowały hollywoodzkie filmy katastroficzne. Jednak nie mniej ważne, choć mniej nagłaśniane, są badania meteorytów, czyli okruchów materii międzyplanetarnej, którym udało się dotrzeć do powierzchni Ziemi. To z nich dowiadujemy się o ewolucji naszego układu planetarnego, powstaniu Ziemi jak i nawet o powstaniu życia na naszej planecie. Celem niniejszego artykułu jest przybliżenie czytelnikom wiedzy o meteorytach, informacji jakie można uzyskać w wyniku ich badania oraz specyficznych metod używanych w tym celu.

 

Co to jest meteoryt?

Meteoryt jest naturalny obiekt pochodzący z przestrzeni kosmicznej, który bez zniszczenia przetrwał upadek na powierzchnię Ziemi. Będąc jeszcze w przestrzeni nazywa się  go  meteorem. W atmosferze z powodu tarcia powietrza obiekt rozgrzewa się i emituje światło, stąd tworzy tzw. ognistą kulę (ang. fireball), zwaną także meteorem lub spadającą gwiazdą. Bolidem nazywa się pozaziemski obiekt, który wszedł w kolizję z Ziemią, albo jest to wyjątkowo jasny meteor typu ognistej kuli, który niekoniecznie musi upaść na powierzchnię ziemi (może się spalić w powietrzu).

 

Typy i klasyfikacja meteorytów

Tradycyjnie meteoryty dzieli się na trzy duże kategorie: kamienne meteoryty są skałami zbudowanymi z minerałów krzemianowych; żelazne meteoryty są głównie zbudowane ze stopu żelazo-niklowego; i żelazno-kamienne meteoryty, które zawierają materiał metaliczny i krzemianowy.  Nowoczesne schematy klasyfikacyjne (dość rozbudowane) dzielą meteoryty na grupy  ze względu na strukturę, skład chemiczny i izotopowy oraz skład mineralny.

 

Upadki i znaleziska meteorytów

Upadkami nazywamy meteoryty, które przed wydobyciem były obserwowane przy przejściu przez atmosferę lub w trakcie uderzenia w powierzchnię ziemi (ang. impact).  Inne meteoryty są określane mianem  znalezisk. Dla przykładu, do połowy roku 2006 odnotowano około 1050 zaobserwowanych upadków meteorytów, które dały okazy do światowych kolekcji.  Dla kontrastu  znamy ponad 31 000 dobrze udokumentowanych znalezisk meteorytów, które znajdują się w muzeach na całym świecie.

Około 94% upadków stanowią meteoryty kamienne , 5% stanowią meteoryty żelazne i 1% meteoryty żelazno-kamienne. Oprócz tego pokaźna ilość materiału kosmicznego spada na ziemię w postaci tzw. mikrometeorytów (poniżej 2 mm).

 

Historia badań meteorytów

Najstarsze pisemne wzmianki o upadku kamieni z nieba znajdują się u Plutarcha, który opisuje ok. 470 roku pne. czarny kamień znaleziony we Frygii (Grecja). Meteoryt ten potem znany był jako bogini Kybele i dał w czasach rzymskich kult religijny – znany jako Magna Mater Deum Idea. Inne prehistoryczne kulty religijne związane z meteorytami znane są z meteorytu Winona (znaleziony w 1928 w Pueblo w Arizonie)  oraz przypuszczalnym meteorytem z Kaaba, który wbudowany jest w świętym miejscu islamu jako czarny kamień Hajar el Aswad.

Przez długie wieki średniowiecza i oświecenia zaprzeczano idei upadku materii z przestrzeni pozaziemskiej. Jeszcze w 1777 roku znani badacze Fourgeroux, Chadet i Lovoisier po przeanalizowaniu meteorytu kamiennego, dowodzili jego ziemskiego pochodzenia. Dopiero milowego kroku  do akceptacji meteorytów jako pozaziemskich obiektów, dokonał F. Chladni w roku 1794.  Powiązał on badania niemieckiego przyrodnika P. Pallasa nad meteorytem żelazo-kamiennym (tzw. pallasytem) z dostępnymi mu danymi o kilku upadkach i znaleziskach meteorytów. Chladni wysunął twierdzenie, że ten meteoryt oraz inne upadki reprezentują prawdziwe skały z kosmosu oraz, że są odpowiedzialne za takie zjawiska jak ogniste kule i związane z nimi dźwięki  (np. znane powiedzenie: „ grom z jasnego nieba”).  Twierdzenie, że meteoryty muszą pochodzić z przestrzeni pozaziemskiej, wywołało w środowisku naukowym wielki ferment i nie było powszechnie akceptowane w tym czasie.  Było to sprzeczne z ówczesnym światopoglądem przyrodniczym i religijnym. Jednak natura pomogła przełamać wszelkie opory, bo jednocześnie w omawianym okresie nastąpiły dwa upadki meteorytów, które miały wielu świadków.

Pierwszy spadek miał miejsce 13.12.1795 roku w Wold Cottage, Anglia w bezchmurny dzień.

Ten 25 kg żelazny meteoryt był zbadany przez E.Howarda i rezultaty zostały opublikowane w roku 1802. Badacz ten swymi wynikami potwierdzał ideę o pozaziemskim pochodzeniu meteorytów. Mimo to wielu wpływowych członków Francuskiej Akademii Nauk nadal zaprzeczało tak oczywistym faktom.

Drugi upadek był bardzo spektakularny i miał miejsce 26.04.1803 roku w L`Agile, Francja. Był to tzw. deszcz meteorytów, który nastąpił w biały dzień w obecności wielu świadków. Upadło ok. 3000 kamiennych meteorytów i wywołało to wielkie publiczne zainteresowanie w całej Europie. Młody badacz J.B. Biot, członek Akademii Francuskiej Nauk, wykazał i opublikował pozaziemskie pochodzenie tych meteorytów. Wywołało to naukową rewolucję i  powszechną akceptację idei Chladniego i Howarda.

Te pionierskie badania przyniosły żywy interes dla kolekcjonowania i badania meteorytów. Większość dużych muzeów i instytucji naukowych w Europie  i na świecie rozpoczęła kolekcjonowanie meteorytów, a niektóre stały się światowymi liderami w tej dziedzinie – np. Muzea Historii Naturalnej w Londynie, Wiedniu, Paryżu, Berlinie i Nowym Jorku. Nastąpił czas rozwoju metod badawczych oraz nowa generacja uczonych doprowadziła do rozpoznania wspólnych cech niektórych meteorytów i został utworzony kompleksowy system klasyfikacji.

 

Proste testy i badania optyczne

Zwykle meteoryty rozróżniamy od skał ziemskich po tym, że posiadają następujące cechy: większy ciężar właściwy; cienka (1-3 mm) skorupa obtopieniowa; pod skorupą obtopieniową materiał wewnętrzny jest inny, często z małymi metalowymi wtrąceniami lub większymi metalicznymi inkluzjami; tworzą zbitą masę metaliczną; na powierzchni posiadają wgłębienia podobne do odcisków palców (tzw. regmaglipty); są lekko lub silnie magnetyczne i wpływają na igłę kompasu.

Wstępne badania meteorytu polegają na odcięciu małej płytki (kawałka) i dobrym wygładzeniu na drobnoziarnistym materiale ściernym. Następnie ogląda się fragment pod lupą binokularną lub mikroskopem w świetle odbitym. Dalszym etapem jest wykonanie mikroreakcji chemicznej na obecność niklu (Ni) i przy obecności większych metalicznych ziaren –  trawienie roztworem kwasu azotowego w alkoholu (tzw. nital).

 

Wyrafinowane badania

Dla  meteorytów kamiennych i żelazno-kamiennych niezbędne jest wykonanie tzw. płytki cienkiej (0,03 mm grubości) dla mikroskopowych badań petrologicznych w świetle spolaryzowanym. A dla wszystkich meteorytów konieczne jest przygotowanie wypolerowanego preparatu do badań składu mineralogicznego minerałów na mikrosondzie elektronowej lub skaningowym mikroskopie elektronowym. Badania te pozwolą na identyfikację minerałów oraz na jednoznaczne sklasyfikowanie meteorytu.

Dalsze badania obejmują identyfikację minerałów za pomocą metod dyfrakcji rentgenowskiej, także niekiedy stosowane są kosztowne badania izotopowe i datowania meteteorytów.

 

Korzyści i cele badań meteorytów

Przez ostatnie 200 lat nauka o meteorytach przerodziła się interdyscyplinarne badania. W szczególności druga połowa 20 wieku zrewolucjonizowała tę młodą dyscyplinę nauki, dodając do niej nowe pola badawcze takie jak kosmochemia, planetologia, radioastronomia, nauki nuklearne, a także wzbogaciła ją o dane otrzymane z lotów kosmicznych i próbników planetarnych. Jednak ciągle dopiero zaczynamy eksplorację naszego sytemu słonecznego i meteoryty i meteorytyka mogą nam wielce pomóc w osiągnięciu tego celu, ponieważ one reprezentują próbki innych światów wewnątrz naszego systemu słonecznego. Dzisiaj odkryliśmy tajemnice pochodzenia wielu meteorytów z naszych kolekcji. Mamy nowe dane z meteorytów pochodzących z Księżyca i Marsa, a także z kilku asteriod i to bez organizowania kosztownych lotów do nich. To są ewidentne korzyści dla nauki płynące z badań meteorytów.

 

Rys. 1. Meteoryt kamienny zwany chondrytem zbudowanych z charakterystycznych kulistych krzemianów (pirokseny i oliwiny) zwanych chodrulami (wielkość płytki ok. 3,5 cm).  Przykład meteorytu Axtell, Teksas (USA) znalezionego w 1943 r. Zdjęcie ze strony www.tin.er.usgs.gov/meteor

 

 

Rys. 2. Meteoryt żelazno-kamienny Brahin (Białoruś) znaleziony w 1968 roku. Jasnoszare wypełnienia są metalicznym stopem Fe-Ni, a ziarna brązowe do czarnego są kryształami oliwinów. Jest to przykład niemieszalności stopów krzemianowego i metalicznego zastygłego prawdopodobnie na granicy jądra i płaszcza jakieś planetoidy.

 

 

Rys. 3. Meteoryt żelazny Morasko (Polska) z charakterystycznymi zagłębieniami zwanymi regmagliptami. Powstają one wskutek tarcia i zawirowań oraz obtapiania meteorytu podczas krótkiego przelotu w ziemskiej atmosferze. Duże okazy nie zdążą się nagrzać do środka i reprezentują oryginalny, niezmieniony materiał z kosmosu.

 

 

Rys. 4. Płytka meteorytu Morasko po zeszlifowaniu i wytrawieniu nitalem wykazuje charakterystyczne figury Widmanstättena. Są to przerosty dwóch kryształów (stopy Fe-Ni) o różnej zawartości Ni, co wykazuje się różnym tempem trawienia i daje tzw. belki o różnej wielkości (tutaj szerokości kilkunastu mm). Z brzegu widoczne są resztki skorupki obtopieniowej (strzałka 1). W środku okazu są dwie inkluzje (wrostki) siarczku żelaza (troilitu -2) otoczone cienką warstewką grafitu (3). Inkluzje demonstrują pierwotną niemieszalność dwóch stopów (siarczkowego i żelaznego), egzystujących obok siebie (tak jak woda i olej). Na styku tych dwóch różnych stopów tworzyły się pierwsze krzemiany – daje to obserwacje do dyskusji nad powstawaniem materii krzemianowej planet. Ciekawa jest także rola pierwiastka węgla przy genezie tej materii, bowiem pierwiastki śladowe wyraźnie rozdzielają się na lubiące siarkę (tzw. chalkofilne) i na te lubiące żelazo (tzw. syderofilne) – może jest to katalizator lub filtr?

 

 

Rys. 5. Silnie powiększony obraz meteorytu Morasko z mikrosondy elektronowej uzyskany dzięki elektronom wtórnie rozproszonym (BSE). Widoczne są przerosty taenitu (jasnoszary) z kamacytem (szary). Taenit zawiera ok. 25-30% Ni, a kamacyt ok. 6% Ni. Ciemne plamki na zdjęcia są dziurami i rysami powstałymi podczas polerowania preparatu.

 

 

Rys. 6. Obraz skaningowy (SEM) mikrometeorytu z rejonu rezerwatu „Meteoryt Morasko” pod Poznaniem. Poniżej wykres analizy okazu techniką EDS, przedstawiający piki dla żelaza i niklu, który potwierdza kosmiczne pochodzenie tej sferulki magnetycznej.

 

 

Literatura                                                                                                                                  

R. Hutchison (2004)  – Meteorites, a petrologic, chemical and isotopic synthesis. Cambridge University Press, pp. 506.

http://www.meteorites.wustl.edu – bardzo dobra strona z wieloma linkami

 

*Prof. Andrzej Muszyński – Instytut Geologii, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu