Углистые хондриты¶

Углистые хондриты — это группа примитивных каменных метеоритов, характеризующихся высоким содержанием углерода (до 5 % и более) и летучих соединений, включая воду, органические вещества и минералы, образовавшиеся в результате низкотемпературных процессов. Они относятся к классу хондритов и считаются одними из наименее изменённых образцов вещества Солнечной системы, сохранивших химический и изотопный состав, близкий к первичному протопланетному диску.

¶Классификация

Углистые хондриты подразделяются на несколько групп, обозначаемых буквами латинского алфавита (CI, CM, CO, CV, CR, CH, CB, CK и другие), которые различаются по минералогическому составу, степени окисления, содержанию воды и органики, а также по условиям формирования на родительских телах (астероидах). Основные группы:

CI (Ivuna-type) — наиболее примитивные, содержат до 5 % углерода и до 20 % воды (в виде гидратированных минералов). Практически лишены хондр (мелких сферических включений) и состоят в основном из тонкозернистой матрицы, богатой филлосиликатами, магнетитом и сульфатами. Пример — метеорит Ивуна (упал в Танзании в 1938 году).
CM (Mighei-type) — содержат до 3 % углерода и до 13 % воды. Характеризуются наличием мелких хондр (менее 1 мм) и обильной матрицей, в которой обнаружены сложные органические соединения, включая аминокислоты. Наиболее известный представитель — метеорит Мурчисон (упал в Австралии в 1969 году).
CO (Ornans-type) — содержат до 1 % углерода и менее 1 % воды. Отличаются мелкими хондрами (0,1–0,3 мм) и высоким содержанием тугоплавких включений (CAI — кальций-алюминиевые включения). Пример — метеорит Орнанс (упал во Франции в 1868 году).
CV (Vigarano-type) — содержат до 1,5 % углерода и до 1 % воды. Имеют крупные хондры (до 1 см) и богаты CAI, а также минералами группы оливина и пироксена. Пример — метеорит Вигарано (упал в Италии в 1910 году).
CR (Renazzo-type) — содержат до 2,5 % углерода и до 5 % воды. Отличаются присутствием металлического железа и никеля, а также хондр с характерной структурой. Пример — метеорит Ренаццо (упал в Италии в 1824 году).
CH (High-iron) — содержат до 2 % углерода, но обогащены железом (до 40 %). Имеют мелкие хондры (менее 0,1 мм) и высокое содержание металла. Предположительно образовались в условиях высоких температур вблизи прото-Солнца.
CB (Bencubbin-type) — содержат до 1,5 % углерода и до 30 % металла. Отличаются крупными хондрами (до 1 см) и наличием ударных структур. Пример — метеорит Бенкуббин (упал в Австралии в 1930 году).
CK (Karoonda-type) — содержат до 1 % углерода и менее 1 % воды. Характеризуются окисленным составом, высоким содержанием магнетита и наличием хондр среднего размера. Пример — метеорит Карунда (упал в Австралии в 1930 году).

¶Состав и свойства

Углистые хондриты состоят из трёх основных компонентов: хондр, тугоплавких включений (CAI) и тонкозернистой матрицы. Хондры — это сферические или эллипсоидальные образования размером от 0,1 до 10 мм, состоящие из силикатов (оливин, пироксен) и стекла. CAI — это включения, богатые кальцием, алюминием и титаном, которые считаются одними из самых древних твёрдых объектов в Солнечной системе (возраст до 4,567 миллиарда лет). Матрица — это мелкозернистая смесь филлосиликатов (например, серпентина и сапонита), оксидов (магнетит), сульфидов (троилит) и органического вещества.

Химический состав углистых хондритов близок к составу фотосферы Солнца (за исключением летучих элементов, таких как водород и гелий). Они содержат воду в связанном виде (в гидратированных минералах) и разнообразные органические соединения: аминокислоты, углеводороды, карбоновые кислоты, спирты, альдегиды и даже нуклеиновые основания (например, аденин и гуанин). Общее содержание углерода варьируется от 0,5 % (в группах CO, CV) до 5 % (в группе CI).

¶Происхождение и история

Углистые хондриты образовались в ранней Солнечной системе (около 4,56 миллиарда лет назад) в результате аккреции пыли и газа в протопланетном диске. Их родительские тела — астероиды типа C (углеродистые) и G, которые, вероятно, находились во внешней части пояса астероидов (за орбитой Марса) или в зоне формирования Юпитера. Низкие температуры (менее 200 °C) и присутствие воды позволили сохранить летучие соединения и органику.

Впоследствии многие углистые хондриты подверглись гидротермальному изменению на родительских телах, что привело к гидратации силикатов и образованию филлосиликатов. Некоторые группы (например, CV) испытали термический метаморфизм при температурах до 600 °C, что привело к частичной дегидратации и перекристаллизации. Ударные события также могли изменять структуру метеоритов.

¶Падения и находки

Углистые хондриты составляют около 4–5 % от всех падений метеоритов, наблюдаемых на Земле. Наиболее известные падения:

Мурчисон (Австралия, 1969) — один из самых изученных углистых хондритов (группа CM). В нём обнаружено более 70 аминокислот, включая небиологические, а также сахара, липиды и нуклеотиды. Масса — около 100 кг.
Алленде (Мексика, 1969) — крупнейший углистый хондрит (группа CV), масса — около 2 тонн. Содержит множество CAI, которые использовались для определения возраста Солнечной системы.
Ивуна (Танзания, 1938) — эталон группы CI, масса — около 700 г. Отличается высоким содержанием воды и органики.
Тагиш-Лейк (Канада, 2000) — углистый хондрит группы CI, упавший на лёд озера. Масса — около 200 г. Изучался для поиска внеземной органики.
Саттерс-Милл (США, 2012) — углистый хондрит группы CM, упавший в Калифорнии. Масса — около 4 кг. Содержит редкие органические соединения, включая урацил и ксантин.

¶Научное значение

Углистые хондриты представляют огромный интерес для астрохимии, космогонии и астробиологии. Они являются ключевыми объектами для изучения процессов, происходивших в ранней Солнечной системе, включая конденсацию, аккрецию, гидротермальные изменения и ударные события. Их органический состав даёт информацию о возможных путях синтеза биомолекул в космосе и о происхождении жизни на Земле.

В частности, в углистых хондритах были обнаружены:

Аминокислоты (глицин, аланин, глутаминовая кислота и другие).
Нуклеиновые основания (аденин, гуанин, урацил, ксантин).
Сахара (рибоза, арабиноза, ксилоза).
Карбоновые кислоты и спирты.
Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).

Изотопный анализ углистых хондритов (в частности, соотношения изотопов водорода, углерода, азота и кислорода) позволяет реконструировать условия их формирования и источники летучих элементов в Солнечной системе. Например, аномально высокое содержание дейтерия в органике указывает на её образование в холодных молекулярных облаках.

¶Исследования в России

В России углистые хондриты изучаются в ряде научных учреждений, включая Институт геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского РАН (ГЕОХИ), Институт космических исследований РАН (ИКИ) и Минералогический музей имени А. Е. Ферсмана. Среди российских коллекций метеоритов углистые хондриты представлены, в частности, образцами метеорита Ефремовка (упал в Казахстане в 1962 году, группа CM) и метеорита Кайдун (упал в Туркмении в 1949 году, группа CV). В 2020-х годах российские учёные проводили исследования органического вещества в метеоритах с использованием методов масс-спектрометрии и инфракрасной спектроскопии.

¶Источники

Norton, O. R. (2002). The Cambridge Encyclopedia of Meteorites. Cambridge University Press.
Grady, M. M. (2000). Catalogue of Meteorites (5th ed.). Cambridge University Press.
McSween, H. Y. (1999). Meteorites and Their Parent Planets (2nd ed.). Cambridge University Press.
Bischoff, A., & Geiger, T. (1995). Meteorites: A Petrologic, Chemical and Isotopic Synthesis. Springer.
Sephton, M. A. (2002). «Organic compounds in carbonaceous chondrites». Natural Product Reports, 19(3), 292–311.
Рубежов, А. В., & Иванов, А. В. (2018). «Углистые хондриты: состав, происхождение и значение». Геохимия, № 4, 3–18.
Данные лаборатории метеоритики ГЕОХИ РАН (2021). Коллекция метеоритов России.