В космосе

Немецкий ученый Р. Бунзен и Г. Кирхгоф методом спектрального анализа с расстояния в несколько километров определили химический состав праздничного фейерверка. Этот метод был использован и для исследования космоса: в 1859-1860 гг. по линиям спектра в атмосфере Солнца обнаружили содержание нескольких элементов - натрия, кальция, магния и др.

Уже в первые годы развития спектроскопии ученые сопоставили теоретические сведения о химическом составе небесных тел с составом метеоритов - этих единственных в те времена образцов космического вещества на Земле. Исследование метеоритов значительно обогатило наши представления о телах космического происхождения.

Однако интерес к метеоритам появился не сразу. В конце XVIII в. венский профессор Штютц писал о таком случае: "Можно себе представить, что в 1751 г. даже самые просвещенные люди в Германии могли поверить в падение куска железа с неба - настолько слабы были тогда их познания в естественных науках... Но в наше время непростительно считать возможными подобные сказки".

Парижская Академия наук на одном из заседаний в 1790 г. приняла решение не рассматривать впредь сообщений о падении камней на Землю как о явлении невозможном. Во многих музеях метеориты изъяли из коллекций, чтобы "не сделать музеи посмешищем".

Петербургский академик Паллас, путешествовавший в 1772 г. по Сибири, увидел в Красноярске удивительную глыбу из железа и камня. Этой находкой заинтересовался немецкий ученый Э. Хладни, член-корреспондент Петербургской Академии наук. В 1794 г. в Риге Э. Хладни издал сочинение "О происхождении куска железа, открытого Палласом, и о некоторых, находящихся в связи с этим явлениях природы". Хладни впервые правильно объяснил образование этой глыбы и развил теорию космического возникновения метеоритов и их возгорания при попадании в земную атмосферу. Фактов о падении метеоритов накапливалось все больше, и с 1803 г. Парижская Академия наук, наконец, признала "небесные камни".

Сейчас во всем мире зарегистрировано около 2000 метеоритов. На территории СССР до лета 1976 г. было собрано 150 метеоритов. Юбилейный, 150-й метеорит массой 351 г был представлен в Комитет по метеоритам АН СССР летом 1976 г. В коллекции Академии наук СССР имеется более 350 отечественных и зарубежных метеоритов.

Все метеориты подразделяются на три основных класса: железные, же-лезо^каменные и каменные. В среднем из шестнадцати упавших метеоритов один железный. Каждый железный метеорит содержит 91% железа, до 8,5% никеля и другие элементы. Метеориты двух следующих классов содержат от 1 до 50% железа. Метеориты весят от долей граммов до десятков тонн.

От железного метеорита трудно отделить хотя бы небольшой кусок для лабораторных исследований.

Однако люди еще в далекой древности пытались использовать метеоритное железо. Есть сведения, что в древности использовали железо с упавших метеоритов для изготовления оружия, орудий труда, а также в ювелирном деле. Нелегкий это был материал. Как-то бухарский эмир приказал своим лучшим оружейникам отковать ему меч из куска "небесного железа". Но сколько они не бились, ничего не вышло. Нагретое железо не поддавалось ковке, что характерно для никелистого метеоритного железа. Оно куется только холодным, а в нагретом состоянии хрупко. Эмир казнил неудачников.

И все-таки рассказывают, что у древнеримского царя Нумы Помпилия (VII в. до н. э.) железный щит был изготовлен из камня, "упавшего с неба". Для властелина одного индийского княжества Джехангира в 1621 г. удалось изготовить две сабли, кинжал и наконечник пики из метеоритного железа. Шпаги Александра I и Боливара, героя Южной Америки, были сделаны из космического железа.

Известны и другие факты. Полярная-экспедиция Росса в 1818 г. обнаружила, что эскимосы Баффиновой Земли делали в то время ножи и наконечники гарцунов из железа, отделяемого ими с большим трудом от крупного метеорита, лежащего на берегу бухты Мельвиль.

Сделано из небесного железа

Один исследователь сообщал, что он видел в Аргентине большой метеорит, первоначальный вес которого составлял 15 т. Не меньше чем в шести местах этот метеорит имел следы отделения от него местными жителями больших кусков железа.

В Мексике найден крупный метеорит со щелью длиной в 9 см, в которой сохранился застрявший сломанный конец медного лезвия. Он попал туда, очевидно, при попытке туземцев добыть кусок столь нужного металла.

Сейчас метеориты - ценнейший объект для научных исследований. Сведения, получаемые при их изучении, оказались необходимыми астрономам, геологам, физикам, конструкторам космических кораблей.

Прежде всего состав метеоритов свидетельствует о единстве материального мира. По присутствующим радиоактивным элементам определяется возраст метеоритов - около 4,5 млрд. лет, что примерно соответствует возрасту Земли и подтверждает предположение о том, что метеориты возникли в солнечной системе.

Как отмечал академик А. Е. Ферсман, "метеориты в своем составе как бы продолжают ряд изменений земных пород с глубиною и являются как бы дальнейшими, более глубинными породами, которые нам пока не известны". На основании подобных заключений ученые считают, что каменные метеориты являются образцом вещества нижних зон каменной оболочки Земли толщиной 1200 км. Предполагают, что оболочка толщиной 1700 км состоит из вещества железо-каменных метеоритов, а центральное ядро - из вещества железных метеоритов. В литературе по геохимии приводится вероятный состав ядра Земли: 90,7% железа и 8,5% никеля, что вполне соответствует составу железных метеоритов.

Сколько же всего падает на Землю железа из космоса? Исследования ученых показали, что на поверхность Земли выпадает куда больше космического вещества, чем считалось раньше, - свыше миллиона тонн в год. За миллиарды лет толщина выпавшего на Землю слоя космического вещества должна составлять минимум несколько километров. Теперь же этот слой уже мало заметен, ибо успел смешаться с веществом планеты. Эти данные приводились на состоявшемся в Киеве (1972 г.) симпозиуме "Космическое вещество в земной коре".

Выпадение космического вещества еще не означает, что масса Земли сейчас увеличивается, хотя это не исключено. Выяснено, что скорость вращения нашей планеты вокруг оси замедляется на 0,001 с за миллиард лет. В то же время Земля постоянно теряет часть своего вещества в космическое пространство в виде газообразных элементов и различных химических соединений.

На основе изучения метеоритов ученые пытаются решить вопросы происхождения и образования химических элементов в космических телах. Современная астрофизика установила относительную однородность химического состава известной части Вселенной. В общей массе вещества около 90% составляет водород. Металлы, стоящие в таблице Д. И. Менделеева вблизи железа, составляют 0,5%. Спектр Солнца, например, изобилует линиями, принадлежащими парообразному железу.

Изучение образования химических элементов имеет большое практическое значение: знание процесса синтеза химических элементов в природе позволит людям добиться их осуществления сначала в лаборатории, потом - и в производственных условиях.

Ученые установили закономерности первоначального образования многих элементов. Наибольшая вероятность и распространенность тех или иных ядерных реакций связана с изменением температуры звезд. На первой стадии наибольшее значение для энергетического баланса звезд имеет превращение водорода в гелий; на более поздних стадиях при других температурных условиях - превращение гелия в углерод и кислород, затем - преобразование этих элементов в наиболее устойчивый - железо. Химический состав Вселенной свидетельствует о том, что она находится в начале своего пути от водорода к железу.

По теории эволюции планет, предложенной Рингвудом, вещество планет земной группы находится на разных стадиях окисления, причем на Марсе практически все железо осталось в окисленном состоянии и поэтому не отделилось от силикатов. Большое содержание окислов железа в мантии Марса, по-видимому, явилось причиной того, что поверхность "красной планеты" имеет ржавый оттенок. Рингвуд считает, что Венера тоже более окислена, чем Земля, но менее, чем Марс.

Исходя из факта различной плотности планет земной группы (более близкие к Солнцу состоят из более плотного вещества), Юри предполагает, что в них содержание железа выше. Вероятное содержание железа (по Юри): на Луне около 10%, на Марсе около 26%, на Земле и Венере около 30%, на Меркурии около 57%^*.

^*(Вуд Дж. Метеориты и происхождение солнечной системы. М., 1971, с. 127.)

Таким образом, железо занимает в природе особое место. Довольно сложное атомное ядро железа имеет большую прочность, чем и объясняется наибольшее количество в природе именно железа. Не только кора Земли, но и атмосфера Солнца и звезд состоят в основном из железа с примесью легких элементов.