Ανάλυση γεγονότων επιπτώσεων σε χονδρίτες και διαχωρισμός μετάλλου-πυριτικού σε αναπτυσσόμενους πλανήτες

Οι συνηθισμένοι χονδρίτες είναι πετρώματα που προέρχονται από αστεροειδείς. Ονομάζονται «συνηθισμένοι» καθώς αποτελούν περίπου το 85% όλων των μετεωριτών που βρέθηκαν στη Γη. Ωστόσο, αυτοί οι βράχοι δεν είναι τόσο συνηθισμένοι όσον αφορά τις πληροφορίες που μεταφέρουν. Οι χονδρίτες αποτελούνται από φυσικό μέταλλο σιδήρου-νικελίου, σουλφίδια και πυριτικά χόνδρια που όλα συσσωματώθηκαν στα πρώτα στάδια του σχηματισμού του Ηλιακού Συστήματος, αποτελούν «δομικά στοιχεία» πλανητών. Πλανήτες όπως η Γη αποτελούνται ουσιαστικά από το ίδιο υλικό, αλλά ήταν αρκετά μεγάλοι για να οδηγήσουν σε σημαντική γεωλογική δραστηριότητα από την αρχή. Η πιο πρώιμη σημαντική συνέπεια αυτής της δραστηριότητας ήταν ο διαχωρισμός του μετάλλου σιδήρου-νικελίου από τα πυριτικά και ο σχηματισμός του πυρήνα, του μανδύα και του φλοιού.

Δεν γνωρίζουμε πλήρως πώς σχηματίστηκε ο μεταλλικός πυρήνας της Γης. Τα επί του παρόντος προτιμώμενα μοντέλα διαχωρισμού μετάλλων από πυριτικά υποθέτουν ότι κατά τον σχηματισμό πλανητικοειδών (δηλαδή εμβρύων πλανητών) παρήχθη τεράστια θερμότητα μέσω της διάσπασης βραχύβιων ραδιονουκλεϊδίων (π.χ. Al). Η θερμότητα από τη ραδιογενή διάσπαση ήταν αρκετά μεγάλη ώστε να λιώσει πλήρως τα συσσωματωμένα ορυκτά και στη συνέχεια δύο τήγματα που χωρίστηκαν από τη βαρύτητα και την πυκνότητα.

Ωστόσο, υπάρχουν πολλές αβεβαιότητες σχετικά με αυτόν τον μηχανισμό και είναι δύσκολο να αντιμετωπιστούν πολλά ζητήματα, καθώς ο πυρήνας της Γης είναι, και θα είναι πάντα, πέρα ​​από την άμεση πρόσβασή μας. Από αυτή την άποψη, οι απλοί χονδρίτες είναι δώρα που μας προίκισε η φύση. Σε αντίθεση με τους πλανήτες, οι μικροί αστεροειδείς δεν θεωρούνται τοποθεσίες κάποιας σημαντικής γεωλογικής δραστηριότητας. Αυτά τα σώματα δεν μεγάλωσαν ποτέ αρκετά ώστε να παράγουν αρκετή θερμότητα για τήξη. Επομένως, οι συνηθισμένοι χονδρίτες είναι επιζώντες και μάρτυρες των πολύ πρώιμων εποχών της εξέλιξης του Ηλιακού Συστήματος.

Πρώιμη εξέλιξη του χονδρίτη Pułtusk

Ένας από αυτούς τους μάρτυρες είναι ο χονδρίτης Pułtusk. Ο μετεωρίτης Pułtusk έπεσε στις 30 Ιανουαρίου 1868 στην Πολωνία. Ήταν μια από τις μεγαλύτερες παρατηρηθείσες πτώσεις πέτρινων μετεωριτών με δεκάδες χιλιάδες θραύσματα που συλλέχθηκαν και έχουν συνολική μάζα σχεδόν 300 κιλά. Όταν σαρώνονται με αξονική τομογραφία ακτίνων Χ, ορισμένα θραύσματα του χονδρίτη αποκαλύπτουν την παρουσία ογκωδών, μεγέθους cm συσσωρεύσεων μετάλλου σιδήρου-νικελίου σε «κανονικό» χονδριτικό βράχο. Αν και ο Pułtusk λαμβάνει καθαρά δείγματα από έναν αστεροειδή - ένα σώμα που σίγουρα ξέφυγε από την παγκόσμια, εκτεταμένη τήξη - οι συσσωρεύσεις μετάλλων πρέπει να έχουν σχηματιστεί μέσω του διαχωρισμού του τηγμένου μετάλλου από τα πυριτικά άλατα. Πώς θα μπορούσε να συμβεί αυτό και πώς βοηθά στην κατανόηση του σχηματισμού του πυρήνα της Γης;

Οι συσσωρεύσεις μετάλλων στο Pułtusk σχηματίζουν σύνολα φλεβών που ακολουθούν τον προσανατολισμό των θραυσμάτων στο χονδριτικό βράχο. Αν και οι επιμέρους μεταλλικοί κόκκοι έχουν αρκετά ακανόνιστο σχήμα, συνδέονται μεταξύ τους και σχηματίζουν περίπλοκες τρισδιάστατες δομές. Τέτοιες φλέβες πρέπει να έχουν σχηματιστεί από τη μετανάστευση του μετάλλου σε ανοιχτά κατάγματα. Σε ένα χονδριτικό μητρικό σώμα, ο μόνος μηχανισμός που μπορεί να δημιουργήσει κατάγματα είναι μια σύγκρουση με υπερταχύτητα. Μπορεί μια τέτοια σύγκρουση να οφείλεται επίσης στον διαχωρισμό του μετάλλου από τα πυριτικά;

Κατά τη διάρκεια της πρόσκρουσης – όταν ένα βραχώδες σώμα χτυπηθεί από ένα άλλο – ο βράχος επηρεάζεται από ένα ωστικό κύμα. Ως αποτέλεσμα του σοκ, απελευθερώνονται τεράστιες πιέσεις και θερμοκρασίες και επηρεάζουν το βράχο. Οι θερμοκρασίες προκαλούν τοπική τήξη ορυκτών, ενώ η πίεση κραδασμού προκαλεί εξαιρετικά υψηλές καταπονήσεις και προκαλεί στιγμιαία κίνηση των σωματιδίων.

Όταν το χονδριτικό πέτρωμα – ένα μείγμα πυριτικών αλάτων και μετάλλου σιδήρου-νικελίου επηρεάζεται από μια τέτοια διαδικασία κρούσης, μερικά πυριτικά και κάποιο μέταλλο τήκονται και το τήγμα επιταχύνεται αμέσως – ρέει. Αλλά το λιωμένο μέταλλο και τα πυριτικά δεν αναμιγνύονται καλά μεταξύ τους και, το πιο σημαντικό, τα δύο τήγματα επιταχύνονται διαφορετικά. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι διαφέρουν σημαντικά στις μηχανικές ιδιότητες. Ιδιαίτερα, το τήγμα σιδήρου-νικελίου είναι πολύ λιγότερο ιξώδες από το τήγμα πυριτικού. Επομένως, όταν σχηματίζεται και επιταχύνεται σε συνθήκες κρούσης, το μεταλλικό τήγμα ρέει και μεταναστεύει πολύ πιο εύκολα από τα πυριτικά. Κατά συνέπεια, το τήγμα μετάλλων μπορεί να φτάσει σε πολύ μεγάλες αποστάσεις σε σύντομο χρονικό διάστημα και να αφήσει πίσω του πυριτικά.

Αυτός είναι ίσως ένας μηχανισμός που εξηγεί πώς το μεταλλικό τήγμα σιδήρου-νικελίου διαχωρίστηκε από τα πυριτικά για να σχηματίσει φλέβες όπως παρατηρήθηκε στο Pułtusk. Μετά τον διαχωρισμό, το μέταλλο εισχώρησε σε ασυνέχειες σε θραυσμένο βράχο (π.χ. στο υπόγειο του κρατήρα) και ψύχθηκε.

Έχουν αυτές οι δομές κάτι κοινό με το εσωτερικό του κόσμου μας; Είναι πιθανό ότι οι συσσωρεύσεις που παρατηρούνται στον χονδρίτη Pułtusk είναι ένα στιγμιότυπο των αρχικών σταδίων του διαχωρισμού μετάλλου-πυριτικού. Δείχνουν ξεκάθαρα ότι η παραμόρφωση που προκαλείται από κρούση ήταν ένα αποτελεσματικό μέσο για την προώθηση του τοπικού διαχωρισμού του μετάλλου από τα πυριτικά άλατα. Αν και οι συσσωρεύσεις μετάλλων παρατηρούνται σπάνια στους χονδρίτες, δεν είναι μοναδικές στον Pułtusk. Και ίσως ο διαχωρισμός λόγω κρούσης συνέβη στα περισσότερα πλανητάρια. Λαμβάνοντας υπόψη ότι τα γεγονότα πρόσκρουσης ήταν πολύ συχνά στην εποχή του σχηματισμού των πλανητών, τέτοιες συσσωρεύσεις μπορεί να δημιουργήθηκαν πολύ συχνά.

Σίγουρα, η κρούση μόνο δεν ήταν επαρκής για να διαχωριστεί όλος ο όγκος του μετάλλου και να μεταφερθεί βαθιά στον πυρήνα. Όμως, οι επιπτώσεις μπορεί στην πραγματικότητα να ήταν ένα έναυσμα διαχωρισμού. Μετά την αρχική μετανάστευση μετάλλου σε διευρυμένες συσσωρεύσεις λόγω της κρούσης, τέτοια μεταλλικά σώματα επηρεάστηκαν από τη βαρύτητα και μεταφέρθηκαν, λόγω της πυκνότητάς τους, βαθύτερα στους πυρήνες των αναπτυσσόμενων πλανητών.

Η μελέτη, Συμβολή γεγονότων πρώιμης πρόσκρουσης στον διαχωρισμό μετάλλου-πυριτικού, τη θερμική ανόπτηση και την πτητική ανακατανομή:Τα στοιχεία στον χονδρίτη Pułtusk H δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Meteoritics &Planetary Science .