Со школьной скамьи известно, что основным компонентом земного ядра является железо. Исходя из обычной бытовой логики, можно, конечно, ожидать, что, находясь под давлением свыше 1 миллиона атмосфер, его состояние отличается от состояния железа при обычном давлении. Однако только в февральском номере журнала Science российский исследователь из Института экспериментальной минералогии РАН (Черноголовка) Вениамин Поляков дал решение проблемы изотопного фракционирования железа на Земле и некоторых планетах земной группы [1]. Суть проблемы заключается в следующем. Железо состоит из четырех изотопов с массовыми числами 54, 56, 57 и 58. При этом породы Земли и Луны примерно на 0.15-0.2 промилле обогащены тяжелыми изотопами в сравнении с породами Марса и астероида Веста, а точнее с метеоритами, чье происхождение связывается с этими планетами. Эти метеориты в свою очередь также несколько обогащены тяжелыми изотопами относительно примитивных хон-дритовых метеоритов. Причина такого обогащения связывалась с крупной импактной катастрофой, произошедшей в самом раннем периоде истории Земли и приведшей к формированию Луны. В результате этой катастрофы расплавленное вещество протоЗемли было выброшено в космос, которое потом и сформировало Луну. Обычно предполагается, что температура при этом могла быть достаточно высока для предпочтительной потери легких изотопов железа при их испарении. Другой вариант, фракционирование изотопов железа при выделении ядра Земли, серьезно не рассматривался по простой причине: железная составляющая в палласитах (железокаменных меторитах) обеднена тяжелыми изотопами в сравнении с силикатными минералами, т.е. эффект, обратный требуемому.
Фракционирование изотопов железа приоткрывает тайну происхождения Земли и Луны
В своей статье Вениамин Поляков применил разработанное ранее им с коллегами уравнение для равновесного фракционирования стабильных изотопов к новым экспериментальным данным. Он показал, что при давлении, соответствующем границе ядро-мантия, силикатные минералы пост-перовскит (см. ТрВ №4) и ферропериклаз обогащаются тяжелыми изотопами железа, причем величина обогащения идеально подходит для объяснения наблюдаемых эффектов в породах Земли и Луны. Интересно, что при низких давлениях фракционирование изотопов производит обратный эффект, давая объяснение данным по палласитам. Статья [1] не только оставляет в стороне ставшую уже привычной модель потери легких изотопов железа при катастрофическом импактном событии, но и требует, чтобы выделение железного ядра происходило при высоких давлениях, а не в близпо-верхностных условиях на стадии магматического океана, как считалось ранее.
Новое знание всегда с трудом пробивает себе дорогу. Не стал исключением и этот случай. В редакционной заметке Франк Пойтрассон (Franck Poitrasson), уходит от обычных в таком случае дифирамбов, напирая в основном на оставшиеся нерешенные вопросы и проблемы [2]. В частности, остается дискуссионным, соответствуют ли друг другу Земля и Луна по изотопному составу железа. Если нет, как утверждают некоторые авторы, то это ставит проблему для новой модели, поскольку Луна слишком мала, чтобы в ней могло быть достигнуто необходимое давление для фракционирования изотопов железа. Надо отметить, что Франк Пойтрассон использует и весьма не убедительные аргументы. Так, он отмечает, что некоторые вулканические породы океанов, например на Гавайях, должны бы характеризоваться фракционированными значениями изотопов железа, поскольку их источник связан с плюмами, зарождающимися на границе ядро-мантия. При этом он забывает, что сама плюмовая гипотеза пока не доказана, а вовлечение вещества ядра в Гавайский вулканизм так и просто опровергнуто недавними исследованиями изотопных вариаций вольфрама[3] .
Алексей Иванов