Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 492, № 2, стр. 61-65

30 июня 1908 г. в районе Подкаменной Тунгуски произошел мощный взрыв, наиболее вероятной причиной которого считается падение Тунгусского космического тела (ТКТ). Однако, годы поисков не привели к обнаружению ни места падения (кратера), ни обломков (метеоритных остатков). Достаточно информативные обзоры проведенных исследований позволяют оценить как масштабы работ, так и количество гипотез о причинах происшедшего [1].

В последние десятилетия исследования по поиску вещества ТКТ направлены на поиск и анализ микрочастиц, образовавшихся во время высотного взрыва. Применение современных методов микроанализа позволяет получить новые данные о составе рассеянных по поверхности металлических частиц (шариков) и обломков с высокобарическими минералами импактного происхождения, которые могут рассматриваться как остатки внеземного вещества [2, 3]. Однако выбранные места поиска и процедуры сбора микрочастиц являются определяющими для интерпретации полученных результатов.

В настоящей работе авторы представляют результаты исследования элементного состава слоев, датируемых временным интервалом 1908–10 гг., в донных осадках озера Заповедное, по данным сканирующего рентгенофлуоресцентного анализа на пучках синхротронного излучения (микро РФА-СИ) [4].

Озеро Заповедное находится на территории ГПЗ “Тунгусский” в Эвенкийском автономном округе примерно в 60 км от эпицентра взрыва ТКТ. Это пресноводное озеро округлой формы диаметром около 350 м и максимальной глубине 56 м. Отбор кернов осуществлялся со льда в марте 2015 г. ударной трубкой в центральной части озера вблизи точки с координатами 60°31.699′ с.ш. 101°43.648′ в.д., глубина в точке отбора составила ~47 м. Были получены три керна длиной 380 (Зап1), 540 (Зап3) и 1120 (Зап2) мм. Керны транспортировались на берег в вертикальном положении, в условиях, исключающих перемешивание слабоконсолидированных слоев осадка.

В полевых условиях трубы с кернами разрезали вдоль оси отбора и разделяли пополам на две продольные D-секции. Во всех кернах визуально наблюдается тонкая слоистость, что свидетельствует об отсутствии волнового перемешивания и биотурбации донных осадков. В кернах наблюдалось наличие визуально выделяемого светлого слоя мощностью до 8 мм. В керне Зап-1 маркирующий слой находился на глубине 160–165 мм от неповрежденной границы вода–осадок (рис. 2в). В керне Зап-2 в процессе отбора было потеряно сверху около 150 мм и светлый слой был на глубине 25–30 мм. В керне Зап-3 потери были менее значимы, маркирующий слой находился на глубине 95–100 мм.

Рис. 1.

(а) профили активности изотопов цезий-137 и свинец-210 в керне Зап-1. (б) возрастная модель (глубина керна–возраст слоя осадка) с оценкой возраста маркирующего слоя на глубине 160 мм в 1908–10 гг. (в) фото поверхности влажного керна Зап-1 с выделяющимся светлым слоем, мощностью до 5 мм, на глубине 160 мм от границы вода–осадок (фото сделано в полевых условиях).

Рис. 2.

Отношения площадей аналитических пиков в РФА спектрах образцов керна Зап-1 в интервале 140–180 мм от границы вода–осадок. Слой 1908–10 гг. находится в интервале глубин 160–165 мм и отмечен большей плотностью (отношение упруго-неупруго рассеянного на образце излучения Co/Inc), повышенным содержанием терригенного материала (Rb/Sr-отношение) и пониженным содержанием органического вещества (Br/Rb-отношение).

Из половины каждого керна были взяты пробы длиной 170 мм, используемые для непрерывного сканирования по методике [5], вторая половина нарезана с шагом 10 мм с получением набора дискретных проб. Детально процедуры пробоподготовки, проводимые в полевых условиях, описаны в работе [6].

После доставки в ИГМ СО РАН (Новосибирск) из проб для сканирования были приготовлены твердые препараты путем лиофильной сушки и пропитки эпоксидной смолой [4], а дискретные пробы высушены и использованы для проведения дальнейших исследований, в том числе изучения распределения изотопов ¹³⁷Cs и ²¹⁰Pb, необходимого для датировки верхних слоев. Для дальнейших аналитических исследований были выбраны образцы, приготовленные из кернов Зап-1 и Зап-3. Выбор был обусловлен тем, что в керне Зап-1 наличие неповрежденной границы вода–осадок позволяло датировать верхний слой годом отбора и строить максимально точную возрастную модель глубина керна–возраст слоя осадка. В керне Зап-3 визуально наблюдаемые повреждения верхних слоев были минимальными, потери составляли не более 60–70 мм.

Измерения твердых образцов донных осадков методом сканирующего микро РФА-СИ проводились в синхротронных центрах ИЯФ СО РАН (https://ssrc.biouml.org/#!) и КИСИ-Курчатов (http://kcsni.nrcki.ru/) по аттестованной методи-ке [5].

Для микро-РФА-СИ была использована монохроматическая энергия возбуждения в 23 кэВ с временем измерения в каждой точке 100 с, что позволяло получить статистически достоверную информацию о содержаниях более 20 породообразующих и микроэлементов (K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Th, U) в каждой точке сканирования. Одновременно регистрировалось отношение упруго/неупруго рассеянного на образце возбуждающего излучения (Co/Inc). Шаг сканирования, совпадающий с вертикальным размером пучка возбуждающего излучения, составлял 0.5 мм.

Для оценки скорости осадконакопления в последние десятилетия были проведены измерения распределения активности изотопов ¹³⁷Cs и ²¹⁰Pb_exe по глубине керна Зап-1. Измерения проводились в ИГМ СО РАН методом полупроводниковой гамма-спектрометрии [7]. Полученные профили распределения радиоизотопов приведены на рис. 1а.

Профиль распределения ²¹⁰Pb_exe удовлетворительно аппроксимируется экспоненциальной функцией, а распределение ¹³⁷Cs имеет четко выраженный максимум, маркирующий глобальные выпадения после испытаний ядерного оружия на Новоземельском полигоне в октябре 1961 г. [8], что позволяет строить возрастную модель из оценок средней скорости осадконакопления для исследуемого интервала (табл. 1).

Оценив среднюю линейную скорость осадконакопления в керне Зап-1 величиной 1.6 мм/год, и учитывая, что верх керна датируется годом отбора, можно построить временную модель глубина керна–возраст осадка (рис. 1б) как линейную зависимость. В керне Зап-1 наблюдается четко выраженный светлый слой толщиной 5–8 мм на глубине 160–165 мм от границы вода–осадок (рис. 1в). Полученная возрастная модель датирует этот слой 1908–1910 гг., что позволяет связать его образование со взрывом ТКТ.

Данные сканирующего микроанализа показали, что в слое 1908–1910 гг. наблюдаются как повышенные, так и пониженные содержания ряда породообразующих и микроэлементов (рис. 2).

Сравнение распределения содержаний анализируемых элементов в кернах Зап-1 и Зап-3 показывает наличие общих тенденций и близких численных показателей. Добавка к керну Зап-3 потерянного в процессе пробоотбора верхнего интервала 0–67 мм дает полное совпадение в химическом составе слоя 1908–1910 гг. (рис. 3), что свидетельствует о региональном характере выявленных зависимостей.

Рис. 3.

Сравнение минимакс нормализованных отношений содержаний Rb и Nb в слое 1908–1910 гг. и вышележащих слоях в кернах Зап-1 и Зап-3 на шкале глубин керна Зап-1.

При этом повышенные содержания (табл. 2) наблюдаются для элементов, характеризующих терригенный материал, поступающий в озеро с территории водосбора (K, Ti, Rb, Y, Zr, Nb). Резкое повышение содержаний этих элементов в белом слое свидетельствует об усиленном терригенном сносе. Можно предположить, что это след катастрофического события, связанного со взрывом ТКТ 30 июня 1908 г. Вывал леса на огромной территории и последовавшие за взрывом пожары привели к нарушению задернованности почвы, что явилось причиной увеличения смыва материала с территории водосбора. Повышение содержания терригенного материала в донных осадках привело к относительному уменьшению доли органогенной компоненты, что выразилось в отрицательных аномалиях в содержаниях таких элементов, как Br, Mo, U и ряде других.

Ранее итальянскими авторами в окрестности эпицентра Тунгусской катастрофы 1908 г. (500 м к северо-востоку от оз. Чеко) были проведены исследования вертикальных распределений ряда химических элементов (включая те, которые измерялись нами в настоящей работе: Ti, Fe, K, Ca, Mn, Cu, Zn, Ni, Br) рентгенофлуоресцентным методом в торфяной колонке. Однако в слоях, датируемых авторами 1908–1910 гг., не было обнаружено никаких заметных аномалий элементного состава [9]. Вероятно, закономерности поступления, накопления и миграции элементов в торфянике отличались от таковых в отложениях оз. Заповедное. В первую очередь это связано с тем, что в районе эпицентра взрыва, ударная волна шла вертикально вниз. Поэтому вывал леса в этом районе не наблюдался (были обрублены ветки, стволы деревьев остались) и нарушения задернованности были значительно меньше. По этой же причине в профиле донных отложений оз. Чеко слой 1908–1910 гг., определенный согласно нашей датировке на глубинах 37–47 см [6], не выделяется по литолого-геохимическим характеристикам [10].

Полученные данные позволяют сделать вывод о точной локализации временного интервала, соответствующего взрыву ТКТ 1908 г., в слоях донных осадков озер региона. Таким образом появляется возможность проведения целенаправленного поиска возможных следов вещества внеземного происхождения в виде микрочастиц в датированных слоях донных отложений. Для этого необходимо получить бóльшее количество материала и провести процедуры по выделению и сепарации микрочастиц в разных слоях донного осадка. На имеющемся материале можно провести поиск микрочастиц аномального состава (повышенные отношения Ni/Fe и содержания Ge и МПГ) методом двумерного микро-РФА-сканирования с использованием фокусирующей рентгеновской оптики.