Кіріспе

Хондриттік метеориттер класы. Көміртекті хондриттер немесе С хондриттері – кем дегенде 8 белгілі топқа және көптеген жіктемеден өтпеген метеориттерге бөлінетін хондриттік метеориттер класы. Олар белгілі ең алғашқы метеориттердің қатарына жатады. С хондриттері метеориттердің құлауының жалпы санының шамалы бөлігін (4,6%) құрайды. Көміртекті хондриттердің танымал мысалдары: Альенде, Мурчисон, Оргейль, Ивуна, Мюррей, Тагиш көлі, Саттерс-Милл және Винчкомб.

Жалпы сипаттама

C хондриттерінің құрамында көміртектің жоғары мөлшері бар (3%-ға дейін), ол графит, карбонаттар және аминқышқылындарды қоса алғанда, органикалық қосылыстар түрінде кездеседі. Сонымен қатар, олар су және судың әсерінен өзгерген минералдарды қамтиды. Көміртекті хондриттер жоғары температураға ұшырамаған, сондықтан олар жылу процестерінен көп өзгермейді. Кейбір көміртекті хондриттер, мысалы, Альенде метеориті, кальций-алюминийге бай инклюзияларды (CAI) қамтиды. Бұл алғашқы күн тұмандығынан пайда болған, конденсатталған және Күн жүйесіндегі ең көне минералдарды құрайтын қосылыстар. Кейбір бастапқы көміртекті хондриттер, мысалы CM хондриті Мерчисон, пресолярлық минералдарды қамтиды, олардың ішінде моисанит (табиғи кремний карбиді) және нанометрлік өлшемдегі ұсақ алмастар бар, олар Күн жүйесінде пайда болмаған. Бұл пресолярлық минералдар, Күн жүйесі пайда болған материя бұлтына енбес бұрын, жақын маңдағы жолдыздың (супернова) жарылысы немесе пульсирлейтін қызыл алып жұлдыздың (дәлірек айтқанда, AGB жұлдызы) маңында пайда болған болуы мүмкін. Мұндай жұлдыз жарылыстары айналасындағы материя бұлттарын конденсаттап, жаңа жұлдыздар мен планеталық жүйелердің пайда болуына әкелетін қысым толқындарын тудырады. Тағы бір көміртекті хондрит, Фленсбург метеориті (2019), жас Күн жүйесінде сұйық судың ең ерте кезде табылуын көрсетеді.

Құралуы мен жіктелуі

Көміртекті хондриттер олардың пайда болған аналық дененің типін көрсететін ерекше құралымдарға сәйкес топтастырылады. Бұл C хондрит топтарының әрқайсысы стандартты екі әріпті CX белгісімен аталады, мұнда C – "көміртекті" дегенді білдіреді (хондриттердің басқа түрлері осы әріппен басталмайды), ал X орнындағы үлкен әріп көбінесе топтағы белгілі метеориттің – көбінесе бірінші рет табылган метеориттің – атының бас әрпі болады. Мұндай метеориттер көбінесе олар құлаған жердің атына байланысты аталады, сондықтан топтың физикалық сипаттамаларына ешқандай сілтеме жасалмайды. CH тобы, мұндағы H – "жоғары металл" дегенді білдіреді, қазірге дейін жалғыз ерекшелік болып табылады. Әр топтың атының шығу тегі төменде келтірілген. Көміртекті хондриттердің бірнеше тобында, әсіресе CM және CI топтарында, судың жоғары проценттік мөлшері (3%-дан 22%-ға дейін) және органикалық қосылыстар кездеседі. Олар негізінен силикаттардан, оксидтер мен сульфидтерден тұрады, ал оливин мен серпентин минералдары тән қасиеттері болып табылады. Ұшқыш органикалық химиялық заттар мен судың болуы олардың пайда болғаннан бері маңызды жылуға (>200 °C) ұшырамағанын көрсетеді, ал олардың құрамы Күн жүйесінің пайда болған кездегі Күн тұмандығына жақын деп есептеледі. C хондриттерінің басқа топтары, мысалы CO, CV және CK хондриттері, ұшқыш қосылыстарға қатысты салыстырмалы түрде кедей, ал олардың кейбіреулері аналық астероидтерінде маңызды жылуға ұшыраған.

КИ тобы

Ивуна метеоритінің (Танзания) атымен аталатын бұл топтың химиялық құрамы, күн фотосферасында өлшенген құрамға жақын (газ тәрізді элементтерден және Күн фотосферасында CI хондриттерімен салыстырғанда аз мөлшерде кездесетін литий сияқты элементтерден басқа). Осы тұрғыдан алғанда, олар химиялық жағынан белгілі ең алғашқы метеориттер болып табылады. CI хондриттері әдетте судың жоғары мөлшерін (22%-ға дейін) және полициклді ароматты көмірсутектерді (ПАҚ) қамтиды. Сулы өзгерістер нәтижесінде қара матрицада кездесетін сулы филосиликаттар, магнетит және оливин кристалдарының құрамы қалыптасады, сондай-ақ хондрулдардың болмауы мүмкін. Олардың қыздырылмағаны, яғни күн тұмандығының салқын сыртқы бөлігінде конденсатталғанын көрсетеді. CI хондриттерінің бес түсуі тіркелді: Ивуна, Оргуил, Алайс, Тонк және Ревелстоук. Жапондық экспедициялар Антарктидадан тағы төртін тауып алды. Жалпы, CI хондриттерінің өте нәзік болуы оларды жер бетіндегі ауа-райы әсеріне өте сезімтал етеді және олар құлағаннан кейін Жер бетінде ұзақ сақталмайды.

CR тобы

Топ Ренаццодан (Италия) атын алған. Басты денеге ең лайықты кандидат – 2 Паллас. Бұл оларды кез келген хондрит тобының арасындағы ең металға бай топтардың біріне айналдырады, CB хондриттерінен және NWA 12273 сияқты кейбір жіктелмеген хондриттерден кейін екінші орында тұрады. Алғашқы ашылған метеорит – ALH 85085. Химиялық құрамы бойынша бұл хондриттер CR және CB топтарымен тығыз байланысты. Осы топқа жататын барлық үлгілер 2 немесе 3 петрологиялық типтерге ғана жатады.

КБ тобы

Топ өзінің атын ең өкілді мүшесінен – Бенкуббиннен (Австралия) алады. Бұл хондриттерде 50%-дан астам никель-темір металлы болғанымен, олар минералогиялық және химиялық қасиеттері CR хондриттерімен күшті байланысты болғандықтан мезосидериттер ретінде жіктелмейді. Олар туралы ең аз мөлшердегі (бес) үлгілер сипатталғаннан кейін осылай аталды. CL хондриттері, типтік үлгісі Лоонгана аталған, хондритке, металға бай, ал ұшқыш элементтерге кедей.

Органикалық заттар

CI және CM көміртекті хондриттердегі органикалық көміртектің көп бөлігі ерімейтін күрделі материал болып табылады. Бұл кероген сипаттамасына ұқсас. Керогенге ұқсас материал ALH84001 марстық метеоритында (ахондрит) да кездеседі. CM метеориты Мурчисон 96-дан астам ғарыштық аминқышқылы және карбоксил қышқылдары, гидроксикарбоксил қышқылдары, сульфон және фосфон қышқылдары, алифалық, ароматикалық және полярлы көмірсутектер, фуллерендер, гетероциклдер, карбонил қосылыстары, спирттер, аминдер және амидтер сияқты басқа да қосылыстарды қамтиды.

Жерден тыс амин қышқылдары

Көміртекті хондриттердегі аминқышқылдары органикалық қосылыстардың ертедегі Жерге жеткізілуі және одан кейінгі өмірдің дамуын сипаттайтын теориялар үшін маңызды. 1969 жылы Австралияда құлап, табылып алынғаннан кейін Мурчисон метеоритінде бес протеин аминқышқылы (глицин, аланин, валин, пролин және глутамин қышқылы) және 12 протеиноген емес аминқышқылы, соның ішінде жерде сирек кездесетін α-аминоизобутир қышқылы мен изовалин табылды. Содан бері Мурчисон метеоритінде сипатталған аминқышқылдарының саны 96-ға жетті, оның ішінде 20 жалпы биологиялық аминқышқылының 12-сі және тағы жүздеген анықталған, бірақ сипатталмаған аминқышқылдары бар. Жердегі топырақтағы аминқышқылдарының көп болуы ластанудың мүмкін көзі болып табылады, бірақ Мурчисонда сипатталған аминқышқылдарының көпшілігі жерде сирек кездеседі немесе жоқ. Аминқышқылдары хиральды болуы мүмкін, яғни олардың екі мүмкін, бірін-бірі толық жабатын емес, айналатын бейнелері бар, олар энантиомерлер деп аталады. Дәстүрлі түрде, олар глицеральдегидке ұқсас, сол (L) және оң (D) деп аталады. Тірі организмдер L аминқышқылдарын пайдаланады, бірақ биологиялық жүйелерде бірдей әрекет ететіндіктен, бір энантиомердің екіншісінен артықшылығына түсінікті себеп жоқ. Жердегі биологиядан айырмашылығы, алғашқы зертханалық зерттеулер, соның ішінде әйгілі Миллер-Юри эксперименті, аминқышқылдарының D және L энантиомерлерінің тең (рацемиялық) қоспаларымен әртүрлі абиотикалық жағдайларда пайда болатынын көрсетті. Сондықтан, берілген аминқышқылының энантиомерлері арасындағы арақатынас биотикалық және абиотикалық түзілу механизмдерін ажыратуға мүмкіндік береді. Мурчисон метеоритіндегі аминқышқылдарының алғашқы сипаттамасында барлық хиральды мысалдар рацемиялық қоспаларда болды, бұл абиотикалық шығу тегін көрсетеді. Эренфреунд және авторлар (2001). Олардың ғарыштық шығу тегі биологиялық жүйелерде жоқтығымен және жердегі мәндермен салыстырғанда 13C және дейтерийдегі айқын ауыр изотоптық байытумен расталады. Басқа көміртекті хондриттерде L-изовалиннің 20,5%-ға дейін артықшылығының анықталуы, метеориттің гидротермальдық өзгеруінің күшеюі L-энантиомерлік артықшылығының күшеюімен байланысты деген гипотезаны қолдайды. α-H аминқышқылдарының L-тегінің үлкен артықшылығы да хабарланды, бірақ олар жердегі ластану мүмкіндігіне байланысты күмәнді. Топталмаған C2 хондрит Тагиш көлінде L-аспартик қышқылының шамамен 60%-ға дейін артықшылығы бар, көміртегі изотоптарының өлшеулері 13C-нің айқын байытуына байланысты ғарыштық шығу тегін көрсетеді. Тагиш көлінде протеиногендік аминқышқылдары L-нің айтарлықтай артықшылығын және рацемиялық қоспаларды көрсетеді: глутамин қышқылы, серин және треониннің L-нің ~50–99% артықшылығы бар екені анықталды, ал аланин рацемиялық болды. Айналмалы поляризацияланған ультракүлгін сәуле аминқышқылдарының кристалдануында L артықшылығын тудырады, бұл астероидтердегі өзгерістерді еліктейтін эксперименталды жағдайларда байқалады, және бұл хиральдық симметрияның бұзылуының басым ғарыштық көзі деп саналады (яғни, бір энантиомердің екіншісіне артықшылығы). Жерден тыс аминқышқылдарында L энантиомерінің ғана артықшылығы байқалғаны қызығушылық тудырады, бұл абиотикалық процесс энантиомерлік байытуға жауапты болуы мүмкін және қазіргі жердегі өмірде байқалатын L аминқышқылдарының таңдамалылығының бастапқы көзі болуы мүмкін.

Жерден тыс биосигнатураларға әсері

NASA тіршілік белгілерін анықтау үшін аминқышқылдарындағы 20%-дан жоғары энантиомерлік артықшылық шегін ұсынды. Бірақ, бұрын айтылғандай, көміртекті хондриттерге жасалған соңғы зерттеулер және толықтыру тәжірибелік зерттеулер абиотикалық жолдармен тіпті үлкен энантиомерлік артықшылықтардың да пайда болуы мүмкін екенін көрсетті. Хиральдық асимметрияның (энантиомерлік артықшылықтың) биологиялық тегін анықтау үшін Glavin et al. (2020) үш критерийді атап көрсетеді: хиральдық асимметрия, жеңіл 13C изотоптық құрамы және құрылымдық изомерлердің қарапайым таралуы. Егер ғарыштан алынған үлгідегі аминқышқылдарының таралуы хиральдық асимметриялы болып табылса, құрылымдық изомерлік басымдық көрсетіп, 13C, 15N және D изотоптарының байланысты органикалық емес материалға қарағанда азайғанын көрсетсе, онда оның биологиялық тегіне қатысты нақты дәлелдер келтіруге болады. Қазір NASA және басқа ғарыш агенттіктері көміртекті астероидтерден (мысалы, OSIRIS REx) және Марстан үлгілерді қайтару миссиясына үлкен қызығушылық танытып отыр. Қайтарылған үлгілерді, Жердегі ластанудан таза күйде, кейіннен талдау біздің Күн жүйесіндегі мүмкін биосигнатураларды анықтауға ең қолайлы мүмкіндік береді.