Метеориты

Метеориты

Ясенская средняя общеобразовательная школа

РЕФЕРАТ

Тема: «Метеориты»

Выполнил:

Кириченко Александр

Учитель: Пугатов Виталий

Геннадьевич

ст. Ясенская

2002 г.

ПЛАН:

1. Введение.

2. Метеоритное вещество и метеориты.

3. Начало метеоритных исследований.

4. Физические явления, вызванные полетом метеороида в атмосфере.

5. Некоторые виды метеоритов.

6. Тунгусский метеорит:

I. Немного истории.

II. Что сегодня известно.

III. Гипотезы, версии, предположения.

7. Заключение.

1. Введение.

Известно, что тайны нужны, более того, необходимы науки, потому что

именно нерешённые загадки заставляют людей искать, познавать непознанное,

открывать то, что не удалось открыть предыдущим поколениям учёных.

Путь к научной истине начинается со сбора фактов, их систематизации,

обобщения, осмысления. Факты и только факты являются фундаментом любой

рабочей гипотезы, рождающейся в результате кропотливого труда исследования.

Ежегодно на Землю выпадает не менее 1000 метеоритов. Однако многие из

них, падая в моря и океаны, в малонаселённые места, остаются

необнаруженными. Только 12-15 метеоритов в год на всём земном шаре

поступают в музеи и научные учреждения.

Происхождение метеоритов, наиболее распространена точка зрения, согласно

которой метеориты представляют собой обломки малых планет. Огромное

количество мелких малых планет, диаметром много меньше километра,

составляют группу, переходную от малых планет к метеоритным телам.

Вследствие соударений, происходящим между мелкими малыми планетами при их

движении, идёт непрерывный процесс их дробления на всё более мелкие

частицы, пополняющие состав метеоритных тел в межпланетном пространстве.

Метеориты получают названия по наименованиям населённых пунктов или

географическими объектами, ближайших к месту их падения. Многие метеориты

обнаруживаются случайно и обозначаются термином «находка», в отличие от

метеоритов, наблюдавшихся при падении и называемых «падениями». Одним из

которых является Тунгусский метеорит, взорвавшийся в районе реки

Подкаменная Тунгуска.

2. Метеоритное вещество и метеориты.

Каменные и железные тела, упавшие на Землю из межпланетного пространства,

называются метеоритами, а наука, их изучающая-метеоритикой. В околоземном

космическом пространстве движутся самые различные метеороиды (космические

осколки больших астероидов и комет). Их скорости лежат в диапазоне от 11 до

72 км/с. Часто бывает так, что пути их движения пересекаются с орбитой

Земли и они залетают в её атмосферу.

Явления вторжения космических тел в атмосферу имеют три основные стадии:

1. Полёт в разреженной атмосфере (до высот около 80 км), где взаимодействие

молекул воздуха носит корпускулярный характер. Частицы воздуха соударяются

с телом, прилипают к нему или отражаются и передают ему часть своей

энергии. Тело нагревается от непрерывной бомбардировки молекулами воздуха,

но не испытывает заметного сопротивления, и его скорость остаётся почти

неизменной. На этой стадии, однако, внешняя часть космического тела

нагревается до тысячи градусов и выше. Здесь характерным параметром задачи

является отношение длины свободного пробега к размеру тела L, которое

называется числом Кнудсена Kn. В аэродинамике принято учитывать

молекулярный подход к сопротивлению воздуха при Kn>0.1.

2. Полёт в атмосфере в режиме непрерывного обтекания тела потоком воздуха,

то есть когда воздух считается сплошной средой и атомно-молекулярный

характер его состава явно не учитывается. На этой стадии перед телом

возникает головная ударная волна, за которой резко повышается давление и

температура. Само тело нагревается за счет конвективной теплопередачи, а

так же за счет радиационного нагрева. Температура может достигать несколько

десятков тысяч градусов, а давление до сотен атмосфер. При резком

торможении появляются значительные перегрузки. Возникают деформации тел,

оплавление и испарение их поверхностей, унос массы набегающим воздушным

потоком (абляция).

3. При приближении к поверхности Земли плотность воздуха растёт,

сопротивление тела увеличивается, и оно либо практически останавливается на

какой-либо высоте, либо продолжает путь до прямого столкновения с Землёй.

При этом часто крупные тела разделяются на несколько частей, каждая из

которых падает отдельно на Землю. При сильном торможении космической массы

над Землёй сопровождающие его ударные волны продолжают своё движение к

поверхности Земли, отражаются от неё и производят возмущения нижних слоёв

атмосферы, а так же земной поверхности.

Процесс падения каждого метеороида индивидуален. Нет возможности в кратком

рассказе описать все возможные особенности этого процесса.

3. Начало метеоритных исследований.

Как справедливо писал в 1819 г. известный химик Петербургской Академии наук

Иван Мухин, "начало преданий о ниспадающих из воздуха камнях и железных

глыбах теряется в глубочайшем мраке веков протекших".

Метеориты известны человеку уже многие тысячи лет. Обнаружены орудия

первобытных людей, сделанные из метеоритного железа. Случайно находя

метеориты, люди едва ли догадывались об их особом происхождении. Исключение

составляли находки "небесных камней" сразу после грандиозного зрелища их

падения. Тогда метеориты становились предметами религиозного поклонения. О

них слагали легенды, их описывали в летописях, боялись и даже приковывали

цепями, чтобы они снова не улетели на небо.

Сохранились сведения, что Анаксагор (см., например, книгу И.Д. Рожанского

"Анаксагор", с. 93-94) считал метеориты обломками Земли или твердых

небесных тел, а другие древнегреческие мыслители - обломками небесной

тверди. Эти, в принципе, правильные представления продержались до тех пор,

пока люди еще верили в существование небесной тверди или твердых небесных

тел. Затем на длинное время их сменили совершенно другие идеи, объяснявшие

происхождение метеоритов любыми причинами, но только не небесными.

Основы научной метеоритики заложил Эрнст Хладни (1756-1827), уже достаточно

известный к тому времени немецкий физик-акустик. По совету своего друга,

физика Г.Х. Лихтенберга, он занялся сбором и изучением описаний болидов и

сравнением этой информации с той, что была известна о найденных камнях. В

результате этой работы Хладни в 1794 г. издал книгу "О происхождении

найденной Палласом и других подобных ей железных масс и о некоторых

связанных с этим явлениях природы". В ней, в частности, обсуждался

загадочный образчик "самородного железа", обнаруженный в 1772 г.

экспедицией академика Петра Палласа и впоследствии доставленный в Петербург

из Сибири. Как оказалось, эта масса была найдена еще в 1749 г. местным

кузнецом Яковом Медведевым и первоначально весила около 42 пудов (около 700

кг). Анализ показал, что она состоит из смеси железа с каменистыми

включениями и представляет собой редкий тип метеорита. В честь Палласа

метеориты этого типа были названы палласитами. В книге Хладни убедительно

доказано, что Палласово железо и многие другие "упавшие с неба" камни имеют

космическое происхождение.

Метеориты делят на "упавшие" и "найденные". Если кто-то видел, как метеорит

падал сквозь атмосферу и затем его действительно обнаружили на земле

(событие редкое), то такой метеорит называют "упавшим". Если же он был

найден случайно и опознан как "космический пришелец" (что типично для

железных метеоритов), то его называют "найденным". Метеоритам дают имена по

названиям мест, где их нашли.

3. Случаи падения метеоритов на территории России

Старейшая запись о падении метеорита на территории России обнаружена в

Лаврентьевской летописи 1091 г., но она не очень подробна. Зато в XX веке в

России произошел ряд крупных метеоритных событий. В первую очередь (не

только хронологически, но и по масштабу явления) это падение Тунгусского

метеорита, случившееся 30 июня 1908 г. (по новому стилю) в районе реки

Подкаменная Тунгусска. Столкновение этого тела с Землей привело к

сильнейшему взрыву в атмосфере на высоте около 8 км. Его энергия (~1016 Дж)

была эквивалентна взрыву 1000 атомных бомб, подобным сброшенной на Хиросиму

в 1945 г. Возникшая при этом ударная волна несколько раз обошла земной шар,

а в районе взрыва повалила деревья в радиусе до 40 км от эпицентра и

привела к гибели большого количества оленей. К счастью, это грандиозное

явление произошло в безлюдном районе Сибири и почти никто из людей не

пострадал.

К сожалению, из-за войн и революций исследование района Тунгусского взрыва

началось только через 20 лет. К удивлению ученых, они не обнаружили в

эпицентре никаких, даже самых незначительных обломков упавшего тела. После

многократных и тщательных исследований Тунгусского события большинство

специалистов считает, что оно было связано с падением на Землю ядра

небольшой кометы.

Дождь каменных метеоритов выпал 6 декабря 1922 г. близ села Царев (ныне

Волгоградской области). Но его следы были обнаружены только летом 1979 г.

Собрано 80 осколков общим весом 1,6 тонны на площади около 15 кв. км. Вес

крупнейшего фрагмента составил 284 кг. Это наибольший по массе каменный

метеорит, найденный в России, и третий в мире.

К числу самых крупных, наблюдавшихся при падении метеоритов, относится

Сихоте-Алиньский. Он упал 12 февраля 1947 г. на Дальнем Востоке в

окрестностях хребта Сихоте-Алинь. Вызванный им ослепительный болид

наблюдали в дневное время (около 11 ч утра) в Хабаровске и других местах в

радиусе 400 км. После исчезновения болида раздавались грохот и гул,

происходили сотрясения воздуха, а оставшийся пылевой след медленно

рассеивался около двух часов. Место падения метеорита быстро обнаружили по

сведениям о наблюдении болида из разных пунктов. Туда немедленно

отправилась экспедиция Академии наук СССР под руководством акад. В.Г.

Фесенкова и Е.Л. Кринова - известных исследователей метеоритов и малых тел

Солнечной системы. Следы падения были хорошо видны на фоне снежного

покрова: 24 кратера диаметром от 9 до 27 м и множество мелких воронок.

Оказалось, что метеорит еще в воздухе распался и выпал в виде "железного

дождя" на площади около 3 кв. км. Все найденные 3500 обломков состояли из

железа с небольшими включениями силикатов. Крупнейший фрагмент метеорита

имеет массу 1745 кг, а общая масса всего найденного вещества составила 27

т. По расчетам начальная масса метеороида была близка к 70 тоннам, а размер

- около 2,5 м. По счастливой случайности этот метеорит также упал в

ненаселенном районе, и никто не пострадал.

И наконец, о последних событиях. Одно из них также произошло на территории

России, в Башкирии, близ г. Стерлитамак. Очень яркий болид наблюдали 17 мая

1990 г. в 23 ч 20 мин. Очевидцы сообщили, что на несколько секунд стало

светло, как днем, раздались гром, треск и шум, от которых зазвенели оконные

стекла. Сразу после этого на загородном поле обнаружили кратер диаметром 10

м и глубиной 5 м, но нашли только два относительно небольших фрагмента

железного метеорита (весом 6 и 3 кг) и много мелких. К сожалению, при

разработке этого кратера с помощью экскаватора был пропущен более крупный

фрагмент этого метеорита. И только год спустя дети обнаружили в отвалах

грунта, извлеченного экскаватором из кратера, основную часть метеорита

весом 315 кг.

20 июня 1998 г., около 17 часов в Туркмении, близ города Куня-Ургенч днем

при ясной погоде упал хондритовый метеорит. Перед этим наблюдался очень

яркий болид, причем на высоте 10-15 км произошла вспышка, сравнимая по

яркости с Солнцем, раздался звук взрыва, грохот и треск, которые были

слышны на расстояние до 100 км. Основная часть метеорита весом 820 кг упала

на хлопковое поле всего в нескольких десятках метров от работавших на нем

людей, образовав воронку диаметром 5 м и глубиной 3,5 м.

4. Физические явления, вызванные полетом метеороида в атмосфере

Скорость тела, падающего на Землю издалека, вблизи ее поверхности всегда

превышает вторую космическую скорость (11,2 км/с). Но она может быть и

значительно больше. Скорость движения Земли по орбите составляет 30 км/с.

Пересекая орбиту Земли, объекты Солнечной системы могут иметь скорость до

42 км/с (= 21/2 х 30 км/с).

Поэтому на встречных траекториях метеороид может столкнуться с Землей со

скоростью до 72 км/с.

При входе метеороида в земную атмосферу происходит много интересных

явлений, о которых мы только упомянем. Вначале тело вступает во

взаимодействие с очень разреженной верхней атмосферой, где расстояния между

молекулами газа больше размера метеороида. Если тело массивное, то это

никак не влияет на его состояние и движение. Но если масса тела ненамного

превышает массу молекулы, то оно может полностью затормозиться уже в

верхних слоях атмосферы и будет медленно оседать к земной поверхности под

действием силы тяжести. Оказывается, таким путем, то есть в виде пыли, на

Землю попадает основная доля твердого космического вещества. Подсчитано,

что ежедневно на Землю поступает порядка 100 т внеземного вещества, но

только 1% этой массы представлен крупными телами, имеющими возможность

долететь до поверхности.

Заметное торможение крупных объектов начинается в плотных слоях атмосферы,

на высотах менее 100 км. Движение твердого тела в газовой среде

характеризуется числом Маха (М) - отношением скорости тела к скорости звука

в газе. Число М для метеороида меняется с высотой, но обычно не превосходит

М = 50. Перед метеороидом образуется ударная волна в виде сильно сжатого и

разогретого атмосферного газа. Взаимодействуя с ней, поверхность тела

нагревается до плавления и даже испарения. Набегающие газовые струи

разбрызгивают и уносят с поверхности расплавленный, а иногда и твердый

раздробленный материал. Этот процесс называют абляцией.

Раскаленные газы за фронтом ударной волны, а также капельки и частички

вещества, уносимые с поверхности тела, светятся и создают явление метеора

или болида. При большой массе тела явление болида сопровождается не только

ярким свечением, но порой и звуковыми эффектами: громким хлопком, как от

сверхзвукового самолета, раскатами грома, шипением, и т. п. Если масса тела

не слишком велика, а его скорость находится в диапазоне от 11 км/с до 22

км/с (это возможно на "догоняющих" Землю траекториях), то оно успевает

затормозиться в атмосфере. После этого метеороид движется с такой

скоростью, при которой абляция уже не эффективна, и он может в неизменном

виде долететь до земной поверхности. Торможение в атмосфере может полностью

погасить горизонтальную скорость метеороида, и дальнейшее его падение будет

происходить почти вертикально со скоростью 50-150 м/с, при которой сила

тяжести сравнивается с сопротивлением воздуха. С такими скоростями на Землю

упало большинство метеоритов.

При очень большой массе (более 100 т) метеороид не успевает ни сгореть, ни

сильно затормозиться; он ударяется о поверхность с космической скоростью.

Происходит взрыв, вызванный переходом большой кинетической энергии тела в

тепловую, и на земной поверхности образуется взрывной кратер. В результате

значительная часть метеорита и окружающие породы плавятся и испаряются.

Нередко наблюдается выпадение метеоритных дождей. Они образуются из

фрагментов разрушающихся при падении метеороидов. Примером может служить

Сихоте-Алиньский метеоритный дождь. Как показывают расчеты, при снижении

твердого тела в плотных слоях земной атмосферы на него действуют огромные

аэродинамические нагрузки. Например, для тела, движущегося со скоростью 20

км/с разность давлений на его фронтальную и тыльную поверхности меняется от

100 атм. на высоте 30 км до 1000 атм. на высоте 15 км. Такие нагрузки

способны разрушить абсолютное большинство падающих тел. Только наиболее

прочные монолитные металлические или каменные метеориты способны их

выдержать и долететь до земной поверхности.

Уже несколько десятилетий существуют так называемые болидные сети - системы

наблюдательных пунктов, оборудованных специальными фотокамерами для

регистрации метеоров и болидов. По этим снимкам оперативно вычисляются

координаты возможного места падения метеоритов и проводится их поиск. Такие

сети были созданы в США, Канаде, Европе и СССР и охватывают территории

примерно по 106 кв. км.

5. Некоторые виды метеоритов

Железные и железо-каменные метеориты:

Железные метеориты раньше считали частью разрушенного ядра одного большого

родительского тела размером с Луну или больше. Но теперь известно, что они

представляют множество химических групп, которые в большинстве случаев

свидетельствуют в пользу кристаллизации вещества этих метеоритов в ядрах

разных родительских тел астероидных размеров (порядка нескольких сотен

километров). Другие же из этих метеоритов, возможно, представляют собой

образцы отдельных сгустков металла, который был рассеян в родительских

телах. Есть и такие, которые несут доказательства неполного разделения

металла и силикатов, как железо-каменные метеориты.

Железо-каменные метеориты:

Железо-каменные метеориты делят на два типа, различающиеся химическими и

структурными свойствами: паласиты и мезосидериты. Палласитами называют те

метеориты, силикаты которых состоят из кристаллов магнезиального оливина

или их обломков, заключенных в сплошной матрице из никелистого железа.

Мезосидеритами называют железо-каменные метеориты, силикаты которых

представляют собой в основном пере кристаллизованные смеси из разных

силикатов, входящие также в ячейки металла.

Железные метеориты

Железные метеориты почти целиком состоят из никелистого железа и содержат

небольшие количества минералов в виде включений. Никелистое железо (FeNi) -

это твердый раствор никеля в железе. При высоком содержании никеля (30-50%)

никелистое железо находится в основном в форме тэнита (g -фаза) - минерала

с гранецентрированной ячейкой кристаллической решетки, при низком (6-7%)

содержании никеля в метеорите никелистое железо состоит почти из камасита

(a -фаза) - минерала с объемно-центрированной ячейкой решетки.

Большинство железных метеоритов имеет удивительную структуру: они состоят

из четырех систем параллельных камаситовых пластин (по-разному

ориентированных) с прослойками, состоящими из тэнита, на фоне из

тонкозернистой смеси камасита и тэнита. Толщина пластин камасита может быть

разной - от долей миллиметра до сантиметра, но для каждого метеорита

характерна своя толщина пластин.

Если полированную поверхность распила железного метеорита протравить

раствором кислоты, то проявится его характерная внутренняя структура в виде

"видманштеттеновых фигур". Названы они в честь А. де Видманштеттена,

наблюдавшего их первым в 1808 г. Такие фигуры обнаруживаются только в

метеоритах и связаны с необычайно медленным (в течение миллионов лет)

процессом остывания никелистого железа и фазовыми превращениями в его

монокристаллах.

До начала 1950-х гг. железные метеориты классифицировали

исключительно по их структуре. Метеориты, имеющие видманштеттеновы фигуры,

стали называть октаэдритами, поскольку составляющие эти фигуры камаситовые

пластины располагаются в плоскостях, образующих октаэдр.

В зависимости от толщины L камаситовых пластинок (которая связана с общим

содержанием никеля) октаэдриты делят на следующие структурные подгруппы:

весьма грубоструктурные (L > 3,3 мм), грубоструктурные (1,3 < L < 3,3),

среднеструкткрные (0,5 < L < 1,3), тонкоструктурные (0,2 < L < 0,5), весьма

тонкоструктурные (L < 0,2), плесситовые (L < 0,2).

У некоторых железных метеоритов, имеющих низкое содержание никеля (6-8%),

видманштеттеновы фигуры не проявляются. Такие метеориты состоят как бы из

одного монокристалла камасита. Называют их гексаэдритами, так как они

обладают в основном кубической кристаллической решеткой. Иногда встречаются

метеориты со структурой промежуточного типа, которые называются

гексаоктаэдритами. Существуют также железные метеориты, вообще не имеющие

упорядоченной структуры - атакситы (в переводе "лишенные порядка"), в

которых содержание никеля может меняться в широких пределах: от 6 до 60%.

Накопление данных о содержании сидерофильных элементов в железных

метеоритах позволило создать также их химическую классификацию. Если в n-

мерном пространстве, осями которого служат содержания разных сидерофильных

элементов (Ga, Ge, Ir, Os, Pd и др.), точками отметить положения разных

железных метеоритов, то сгущения этих точек (кластеры) будут

соответствовать таким химическим группам. Среди почти 500 известных сейчас

железных метеоритов по содержанию Ni, Ga, Ge и Ir четко выделяются 16

химических групп (IA, IB, IC, IIA, IIB, IIC, IID, IIE, IIIA, IIIB, IIIC,

IIID, IIIE, IIIF, IVA, IVB). Поскольку 73 метеорита в такой классификации

оказались аномальными (их выделяют в подгруппу неклассифицированных), то

существует мнение, что есть и другие химические группы, возможно их - более

50, но они пока недостаточно представлены в коллекциях.

Химические и структурные группы железных метеоритов связаны неоднозначно.

Но метеориты из одной химической группы, как правило, имеют похожую

структуру и некоторую характерную толщину камаситовых пластинок. Вероятно,

метеориты каждой химической группы формировались в близких температурных

Страницы: 1, 2