Метеориты
Метеори́ты (от греч. μετέωρος – небесный), тела космического происхождения, достигшие земной поверхности.
Исторический очерк
Метеориты издавна приковывали внимание людей. Согласно Паросской хронике, примерно в 15 в. до н. э. на о. Крит «было найдено железо», что считается первой известной записью об обнаружении метеорита. События падений описаны в Библии, китайских и японских летописях, работах Ливия и Плутарха. В русских летописях падение метеорита впервые упомянуто в 1091 г. в Лаврентьевской летописи. Крупное метеоритное событие 1290 г., произошедшее в районе Великого Устюга, описано в Житии праведного Прокопия Устюжского (16 в.). Наиболее древним метеоритом, наблюдавшимся при падении и сохранившимся до наших дней, стал метеорит Энсисхайм (Ensisheim), упавший 7(16) ноября 1492 г. близ одноимённой деревни (ныне Франция). В древности метеоритам приписывалось божественное происхождение и они служили предметом почитания. Известны находки метеоритов в различных захоронениях на территории России, Мексики, США и Канады. Кроме того, железные метеориты использовались для изготовления различных орудий труда.
Первые попытки объяснить природу метеоритов были сделаны древнегреческими философами Анаксагором и Диогеном, в Средние века швейцарский медик и алхимик Парацельс считал метеориты объектами неземной природы. Однако в период активного развития науки на протяжении 18 в. учёные пришли к заключению о невозможности падения метеоритов на Землю. Перелом в отношении учёных к метеоритам наступил на рубеже 18–19 вв. благодаря работам Э. Хладни, который в 1794 г. впервые предложил теорию космического происхождения метеоритов, положив начало науке метеоритике.
До середины 20 в. было известно всего несколько сотен метеоритов. В 1970-х гг. произошли качественные изменения в методике сбора метеоритов: было показано, что их можно эффективно собирать в Антарктиде и в аридных пустынях Африки, Австралии, Аравийского п-ова и др., где они достаточно хорошо сохраняются. Для сбора метеоритов организуются профессиональные экспедиции. В коллекции поступает огромное число метеоритов, выпавших на Землю за несколько тысяч лет. На 2022 г. известно более 63 тыс. метеоритов.
Метеоритная коллекция Российской академии наук (РАН), являющаяся одной из старейших и богатейших собраний метеоритов в мире, послужила основой для развития отечественных исследований космического вещества и сыграла существенную роль в формировании научной метеоритики. Начало коллекции положено в 1749 г. находкой недалеко от Красноярска метеорита Палласово железо. Ныне коллекция насчитывает более 1600 метеоритов. С 1939 г. при РАН работает Комитет по метеоритам. Изучением метеоритов в России занимались В. И. Вернадский, А. Е. Ферсман, Л. А. Кулик и др.
Падение метеорита
Космическое тело (метеороид) входит в атмосферу Земли с высокой скоростью. На высоте 80–120 км начинается его разогрев и свечение, в результате чего на небе наблюдается яркий светящийся след – метеор. За счёт абляции (обгорания и сдувания вещества) масса метеорного тела значительно уменьшается. Небольшое метеорное тело, входящее в атмосферу со скоростью более 25 км/с, сгорает почти целиком. Лишь некоторые метеороиды достигают поверхности Земли. Из десятков и сотен тонн начальной массы всех метеороидов, входящих в атмосферу Земли, до земной поверхности долетает всего несколько килограммов или даже граммов вещества. Расчёты показывают, что масса выпавшего тела составляет от 50 до 99 % от начальной. Исключение составляют особо крупные тела массой сотни – тысячи тонн и более. Их падение сопровождается мощным взрывом и образованием ударных кратеров.
Рис. 1. Каменный метеорит Каракол. Имеет коническую форму, покрыт корой плавления, на поверхности присутствуют регмаглипты (внизу для масштаба дан кубик со стороной 1 см). Лаборатория метеоритики ГЕОХИ РАН.Траектория метеорного тела, не сгоревшего полностью в атмосфере, изменяется в процессе торможения; с высоты 5–20 км остаток метеорного тела падает вниз почти вертикально. По мере торможения свечение метеорного тела снижается и оно остывает. Очевидцы свидетельствуют, что только что упавший метеорит тёплый, а не горячий. При прохождении атмосферы метеорное тело часто дробится на фрагменты; в этом случае на Землю выпадает т. н. метеоритный дождь. Обычно метеориты имеют неправильную обломочную форму, реже встречаются конически заострённые образцы. Метеориты часто покрыты чёрной блестящей корой плавления, образовавшейся при прохождении тела через атмосферу. Толщина коры менее миллиметра; на поверхности иногда присутствуют своеобразные углубления, т. н. регмаглипты (рис. 1). На поверхность Земли (510 млн км2) за год выпадает около 50 т метеоритов, т. е. примерно один железнодорожный вагон.
Классификация метеоритов
По характеру обнаружения все метеориты разделяют на т. н. падения и находки. Падениями считаются метеориты, собранные практически сразу после наблюдавшегося торможения метеорного тела в земной атмосфере. Находками считаются те метеориты, падение которых не наблюдалось. Их принадлежность к метеоритам устанавливается на основании особенностей вещественного состава. Метеориты получают имя по названию ближайшего населённого пункта или местности, где они были обнаружены. Если на небольшом участке поверхности находят несколько разных метеоритов, в названии метеорита присутствует номер находки. Большинство метеоритов, хранящихся в музеях и частных коллекциях, представлены находками.
Рис. 2. Хондрит Ефремовка: мелкие округлые образования – хондры; крупное белое образование – тугоплавкое включение (внизу для масштаба дан кубик со стороной 1 см). Лаборатория метеоритики ГЕОХИ РАН.По вещественному составу метеориты подразделяются на 3 класса: каменные метеориты, железные метеориты и железокаменные метеориты. Каменные состоят в основном из природных железо-магнезиальных силикатов (оливина и пироксена) и подразделяются на 2 подкласса: хондриты и ахондриты. Хондриты получили название из-за присутствия в них хондр (от греч. χόνδρος – зерно, крупица) – сфероидальных образований (диаметром 2 мм и меньше, вплоть до десятков микрометров) преимущественно силикатного состава, которые находятся в мелкокристаллической матрице (рис. 2). В некоторых типах хондритов присутствуют т. н. тугоплавкие включения (Calcium-Aluminum-rich Inclusions, CAI), состоящие главным образом из минералов Ca, Al и Ti. Ахондриты характеризуются отсутствием хондр и представляют собой полнокристаллические магматические породы либо брекчии (обломочные породы), образовавшиеся по магматическим породам. 
Рис. 3. Палласит Брагин: светлые участки – никелистое железо, тёмные – силикаты (внизу для масштаба дан кубик со стороной 1 см). Лаборатория метеоритики ГЕОХИ РАН.В железных метеоритах преобладающая фаза – никелистое железо (состав Fe–Ni–Co), представленное двумя структурными модификациями: камаситом и тэнитом. Некоторые железные метеориты содержат силикатные включения. Железокаменные метеориты состоят из силикатов и никелистого железа примерно в одинаковых пропорциях. По составу силикатов они подразделяются на палласиты (рис. 3) и мезосидериты.
Однако такое вещественное деление метеоритов на каменные, железные и железокаменные не отражает генетических особенностей метеоритов различных групп. Более детальная классификация метеоритов на группы, основанная на изотопном составе кислорода, химическом, минеральном и петрографическом составах, объединяет метеориты, образовавшиеся в одних и тех же космических телах, и обозначает возможные генетические связи (рис. 4).
Рис. 4. Классификация метеоритов.Хондриты по структурным характеристикам и особенностям минерального, химического и изотопного составов подразделяют на углистые (C), обыкновенные (O) и энстатитовые (E). Углистые хондриты (С) отличаются преобладанием матрицы над хондрами, а также повышенным содержанием летучих элементов, в том числе углерода. В структуре обыкновенных хондритов (О) преобладают хондры. Это наиболее распространённая группа хондритов. Энстатитовые хондриты (Е) отличаются резким преобладанием магнезиального силиката энстатита в минеральном составе, а также необычной сульфидной минерализацией. Помимо основных групп хондритов (С, О, Е) выявлены редкие типы хондритов: какангариты и румурутиты.
Для хондритов разработана петрологическая классификация: по степени перекристаллизации минералов, количеству водосодержащих слоистых силикатов, ударных преобразований и степени земного выветривания хондриты делятся на 7 петрологических типов, 6 ударных стадий и 6 стадий выветривания. Петрологический тип 3 соответствует самым неизменённым метеоритам (неравновесные хондриты), типы 1–2 свидетельствуют о водных изменениях, типы 4–7 характеризуют различную степень термальных изменений.
В результате плавления хондритового материала в планетарных масштабах и последующего фракционирования расплавов составы ахондритов в различной степени отличаются от состава хондритового материала. Поэтому по степени дифференцированности вещества материнского космического тела различают примитивные и дифференцированные ахондриты, однако ясной границы между двумя этими группами нет.
Примитивные ахондриты имеют приблизительно хондритовый состав, но структурно отличаются отсутствием хондр. Считается, что они образовались в результате либо неизохимического высокотемпературного метаморфизма, либо низкой степени частичного плавления хондритового вещества.
Дифференцированные метеориты возникли в космических телах, которые испытали значительную степень частичного плавления, изотопную гомогенизацию (исключение составляют уреилиты) и последующую дифференциацию. К дифференцированным ахондритам относятся железные и железокаменные метеориты, а также лунные и марсианские (SNC) метеориты.
Статистика падений даёт количественную оценку потока поступающего на Землю космического вещества. Каменные метеориты составляют большинство (92,8 %) падений, в основном это хондриты (85,7 %). Ахондриты, железные и железокаменные метеориты составляют соответственно 7,1, 5,7 и 1,5 % от общего числа падений.
Происхождение метеоритов
Хондриты являются наиболее примитивными из всех известных метеоритов. Их элементный состав близок к элементному составу Солнца (за исключением лёгких газов, таких как водород, гелий, азот и т. д). Особенности состава и структуры хондритов определяются процессами конденсации, испарения и аккреции минерального вещества в первичном газопылевом облаке, из которого, по современным представлениям, образовалась Солнечная система. Возраст хондритов соответствует возрасту самых ранних этапов образования Солнечной системы. Древнейший компонент хондритов – тугоплавкие включения – сформировался в солнечном газопылевом облаке по меньшей мере 4,567 млрд лет назад; он несёт информацию о ранних высокотемпературных процессах, происходивших в самых внутренних участках протопланетного облака. В примитивных хондритах также присутствуют редчайшие частицы межзвёздной пыли – микроскопические минеральные зёрна с аномальным для Солнечной системы изотопным составом.
Соотношения различных элементов и их изотопов указывают на то, что протоземля сформировалась из хондритового вещества, однако детальные исследования не позволяют соотнести её валовый состав с известными типами хондритов.
Дифференцированные метеориты (большинство ахондритов, железные и железокаменные метеориты) образовались в недрах протопланетных и планетных тел, в которых произошла магматическая дифференциация, т. е. полное плавление вещества, разделение металлического и силикатного расплавов, а также последовательная кристаллизация силикатного расплава. Они несут информацию о процессах, происходивших на астероидах. Подавляющее большинство метеоритов попали на Землю из пояса астероидов, но существуют также и планетарные метеориты – породы, выбитые падением космических тел на поверхность Луны и Марса.
Научная ценность метеоритов огромна: в них запечатлены самые ранние этапы истории образования вещества Солнечной системы. Кроме того, метеориты позволяют получить информацию о процессах, происходивших в далёких, давно исчезнувших звёздах и в глубинах Земли, а также сведения об условиях возникновения и эволюции планетных тел.