stringtranslate.com

Углеродистый хондрит

Углеродистые хондриты или хондриты C — это класс хондритовых метеоритов, включающий по крайней мере 8 известных групп и множество несгруппированных метеоритов . Они включают некоторые из самых примитивных известных метеоритов. Хондриты C составляют лишь небольшую часть (4,6%) [1] падений метеоритов .

Некоторые известные углистые хондриты: Альенде , Мурчисон , Оргейль , Ивуна , Мюррей, Тагиш-Лейк , Саттерс-Милл и Винчкомб .

Общее описание

Хондриты С содержат относительно высокую долю углерода (до 3%), который находится в форме графита , карбонатов и органических соединений, включая аминокислоты . Кроме того, они содержат воду и минералы, которые были изменены под воздействием воды. [2]

Углистые хондриты не подвергались воздействию более высоких температур, поэтому они почти не изменяются термическими процессами. Некоторые углистые хондриты, такие как метеорит Альенде , содержат богатые кальцием и алюминием включения (CAI). Это соединения, которые рано появились из первичной солнечной туманности , сконденсировались и представляют собой древнейшие минералы, образовавшиеся в Солнечной системе . [3] [4]

Некоторые примитивные углеродистые хондриты, такие как хондрит CM Murchison , содержат досолнечные минералы, включая муассанит (природный карбид кремния ) и крошечные алмазы нанометрового размера, которые, по-видимому, не были образованы в нашей солнечной системе. Эти досолнечные минералы, вероятно, были образованы во время взрыва близлежащей сверхновой или в непосредственной близости от пульсирующего красного гиганта (точнее: так называемой звезды AGB ) до того, как они попали в облако материи, из которого образовалась Солнечная система. Такие взрывы звезд высвобождают волны давления, которые могут конденсировать облака материи в их окрестностях, что приводит к образованию новых, звезд и планетных систем . [5]

Другой углеродистый хондрит, метеорит Фленсбург (2019), свидетельствует о самом раннем известном на сегодняшний день появлении жидкой воды в молодой Солнечной системе. [6] [7]

Состав и классификация

Некоторые углистые хондриты. Слева направо: Альенде, Юкон и Мурчисон.

Углеродистые хондриты группируются в соответствии с отличительными составами, которые, как считается, отражают тип родительского тела, из которого они произошли. Эти группы хондритов C теперь каждая названа стандартным двухбуквенным обозначением CX , где C означает «углеродистый» (другие типы хондритов не начинаются с этой буквы) плюс заглавная буква в месте X , которое очень часто является первой буквой названия известного метеорита — часто первого обнаруженного — в группе. Такие метеориты часто называют по месту, где они упали, таким образом, не давая никакого представления о физической природе группы. Группа CH , где H означает «высокий металл», является пока единственным исключением. Ниже см. происхождение названий каждой группы.

Несколько групп углеродистых хондритов, в частности группы CM и CI, содержат высокий процент (от 3% до 22%) воды , [8] а также органических соединений . Они состоят в основном из силикатов , оксидов и сульфидов , причем характерными являются минералы оливин и серпентин . Присутствие летучих органических химикатов и воды указывает на то, что они не подвергались значительному нагреву (>200 °C) с момента своего образования, и их состав считается близким к составу солнечной туманности , из которой конденсировалась Солнечная система . Другие группы хондритов C, например, хондриты CO, CV и CK, относительно бедны летучими соединениями, и некоторые из них испытали значительный нагрев на своих родительских астероидах.

Группа КИ

Эта группа, названная в честь метеорита Ивуна (Танзания), имеет химический состав, близкий к измеренному в солнечной фотосфере (за исключением газообразных элементов и таких элементов, как литий, которые недостаточно представлены в фотосфере Солнца по сравнению с их распространенностью в хондритах CI). В этом смысле они являются химически наиболее примитивными известными метеоритами. [ необходима цитата ]

Хондриты CI обычно содержат высокую долю воды (до 22%), [8] и органического вещества в форме аминокислот [9] и ПАУ . [10] Водные изменения способствуют образованию состава из водных филлосиликатов , магнетита и кристаллов оливина , находящихся в черной матрице, и возможному отсутствию хондр . Считается, что они не нагревались выше 50 °C (122 °F), что указывает на то, что они конденсировались в более холодной внешней части солнечной туманности.

Было замечено падение пяти хондритов CI: Ivuna , Orgueil , Alais , Tonk и Revelstoke. Четыре других были обнаружены японскими полевыми экспедициями в Антарктиде. В целом, чрезвычайная хрупкость хондритов CI делает их крайне восприимчивыми к земному выветриванию, и они не выживают на поверхности Земли долго после падения.

Группа резюме

NWA 3118, CV3

Эта группа получила свое название от Вигарано (Италия). Большинство этих хондритов относятся к петрологическому типу 3.

Наблюдаемые падения хондритов CV:

Группа CM

Группа получила свое название от Мигея (Украина), но самым известным членом является тщательно изученный метеорит Мурчисон . Было замечено много падений этого типа, и известно, что хондриты CM содержат богатую смесь сложных органических соединений, таких как аминокислоты и пуриновые/пиримидиновые нуклеобазы. [11] [12] [13] Знаменитые падения хондрита CM:

Группа CR

Группа получила свое название от Ренаццо (Италия). Лучшим кандидатом на роль родительского тела является 2 Паллас . [11]

Наблюдаемые падения хондритов CR:

Другие известные хондриты CR:

Группа CH

«H» означает «высокий металл», поскольку хондриты CH могут содержать до 40% металла. [16] Это делает их одними из самых богатых металлами из всех групп хондритов, уступая только хондритам CB и некоторым несгруппированным хондритам, таким как NWA 12273. Первым обнаруженным метеоритом был ALH 85085. Химически эти хондриты тесно связаны с группами CR и CB. Все образцы этой группы принадлежат только к петрологическим типам 2 или 3. [11]

Группа КБ

Метеорит Гуджба, бенкуббинит, найденный в Нигерии. Полированный срез, 4,6 × 3,8 см. Обратите внимание на хондры из никеля и железа, возраст которых определен в 4,5627 млрд лет.

Группа получила свое название от наиболее представительного члена: Бенкуббин (Австралия). Хотя эти хондриты содержат более 50% никелево-железного металла, они не классифицируются как мезосидериты, поскольку их минералогические и химические свойства тесно связаны с CR-хондритами. [11]

Группа CK

Эта группа получила свое название от Карунды (Австралия). Эти хондриты тесно связаны с группами CO и CV. [11]

Группа КО

Группа получила свое название от Орнана (Франция). Размер хондры в среднем составляет всего около 0,15 мм. Все они относятся к петрологическому типу 3.

Знаменитые падения хондрита CO:

Знаменитые находки:

Группа CL

Официально признаны в 2022 году [17] после описания минимального количества образцов (пяти). [18] Хондриты CL, названные в честь типового образца(ов) Лунгана, богаты хондритом, богаты металлами и бедны летучими веществами.

C разгруппировано

Наиболее известные участники:

Органическое вещество

метеорит Мерчисон

Большая часть органического углерода в углеродистых хондритах CI и CM представляет собой нерастворимый сложный материал. Это похоже на описание керогена . Керогеноподобный материал также присутствует в марсианском метеорите ALH84001 ( ахондрите ).

В составе метеорита CM Murchison содержится более 96 внеземных аминокислот и других соединений, включая карбоновые кислоты , гидроксикарбоновые кислоты, сульфоновые и фосфоновые кислоты, алифатические, ароматические и полярные углеводороды , фуллерены , гетероциклы , карбонильные соединения, спирты , амины и амиды .

Внеземные аминокислоты

Аминокислоты в углеродистых хондритах имеют важные последствия для теорий, описывающих доставку органических соединений на раннюю Землю и последующее развитие жизни . Вскоре после его падения и восстановления в Австралии в 1969 году было обнаружено, что метеорит Мурчисон содержит пять белковых аминокислот ( глицин , аланин , валин , пролин и глутаминовую кислоту ) в дополнение к 12 непротеиногенным аминокислотам , включая α-аминоизомасляную кислоту и изовалин , которые редко встречаются на Земле. [19] С тех пор количество охарактеризованных аминокислот в метеорите Мурчисон возросло до 96, включая 12 из 20 распространенных биологических аминокислот, а также сотни других, которые были обнаружены, но остаются неохарактеризованными. [20] В то время как обилие аминокислот, присутствующих в земных почвах, представляет собой потенциальный источник загрязнения, большинство аминокислот, охарактеризованных в Мурчисоне, являются на Земле редкими или отсутствуют. [21]

Аминокислоты могут быть структурно хиральными , что означает, что они имеют две возможные ненакладываемые зеркальные структуры, называемые энантиомерами . Традиционно их называют левосторонними (L) и правосторонними (D) по аналогии с глицеральдегидом . Живые существа используют L-аминокислоты, хотя нет никакой очевидной причины, по которой один энантиомер предпочтительнее другого, поскольку они ведут себя эквивалентно в биологических системах. [22] В отличие от земной биологии, ранние лабораторные исследования, включая знаменитый эксперимент Миллера-Юри , показали, что аминокислоты могут образовываться в диапазоне возможных абиотических условий с равными (рацемическими) смесями D- и L-энантиомеров. [23] Таким образом, соотношения между энантиомерами для данной аминокислоты могут различать биотические и абиотические механизмы образования. В первой характеристике аминокислот в Мерчисоне все хиральные примеры присутствовали в рацемических смесях, что указывает на абиотическое происхождение. [19] Это согласуется с предложенными синтетическими путями, поскольку образование изовалина и других α-диалкиламинокислот в хондритах CM приписывается синтезу Штрекера , который производит рацемические смеси энантиомеров. [24]

Синтез альфа-аминокислот по Штреккеру из карбонильных соединений в присутствии аммиака и цианида.

Эренфройнд и др. (2001) [9] обнаружили, что аминокислоты в хондритах CI Ivuna и Orgueil присутствовали в гораздо более низких концентрациях, чем в хондритах CM (~30%), и что они имели особый состав с высоким содержанием β- аланина , глицина , γ - ABA и β-ABA , но низким содержанием α-аминоизомасляной кислоты (AIB) и изовалина . Это подразумевает, что они образовались другим синтетическим путем и на другом родительском теле, чем хондриты CM.

Энантиомерные избытки, обнаруженные во внеземных аминокислотах

Совсем недавно аминокислоты из нескольких углеродистых хондритов были идентифицированы со значительными избытками L-энантиомеров. Избытки L от 3 до 15% в нескольких небелковых α-диалкиламинокислотах были обнаружены в метеоритах Мерчисон и Мюррей. [25] Их внеземное происхождение указывается на их отсутствие в биологических системах и значительное обогащение тяжелыми изотопами 13 C и дейтерием по сравнению с земными значениями. [26] Дальнейшая характеристика избытков L-изовалина до 20,5% в ряде групп углеродистых хондритов подтвердила гипотезу о том, что увеличение гидротермального изменения метеорита-хозяина коррелирует с увеличением наблюдаемого избытка L-энантиомеров. [27] Также сообщалось о больших избытках L для α-H аминокислот, но они более проблематичны из-за потенциального земного загрязнения. [28] Несгруппированный хондрит C2 озера Тагиш имеет избыток L- аспарагиновой кислоты до ~60%, при этом измерения изотопов углерода указывают на внеземное происхождение из-за значительного обогащения 13 C. [29] В озере Тагиш протеиногенные аминокислоты показывают как значительный избыток L, так и рацемические смеси: было обнаружено, что глутаминовая кислота, серин и треонин имеют ~50–99% избытка L, в то время как аланин был рацемическим. [29]

Было высказано предположение, что избытки L-аминокислот внеземного происхождения, наблюдаемые в углеродистых хондритах, являются результатом различий в поведении энантиомеров при кристаллизации. [30] Было показано, что циркулярно поляризованный ультрафиолетовый свет генерирует избытки L в кристаллизующихся аминокислотах для экспериментальных условий, имитирующих изменения на астероидах, и это считается доминирующим внеземным источником нарушения хиральной симметрии (т. е. предпочтение одного энантиомера другому). [31] Примечательно, что избытки L-энантиомера наблюдались только во внеземных аминокислотах, что позволяет предположить, что абиотический процесс, ответственный за энантиомерное обогащение, может быть исходным источником селективности L-аминокислот, которая в настоящее время наблюдается в земной жизни.

Последствия для внеземных биосигнатур

NASA предложило порог «Лестницы обнаружения жизни» >20% энантиомерного избытка в аминокислотах для различения внеземных биосигнатур. Но, как упоминалось ранее, недавние исследования углеродистых хондритов и дополнительные экспериментальные исследования продемонстрировали, что даже большие энантиомерные избытки могут быть получены абиотическими путями. Чтобы определить хиральную асимметрию (энантиомерный избыток) биологического происхождения, Главин и др. (2020) [30] подчеркивают три критерия, которые должны быть соблюдены: хиральная асимметрия, легкий изотопный состав 13 C и упрощенное распределение структурных изомеров . Если распределение аминокислот во внеземном образце оказывается хирально асимметричным, демонстрирует структурное изомерное предпочтение и несет истощение 13 C, 15 N и D относительно связанного неорганического материала, можно привести убедительные доводы в пользу его биологического происхождения. Учитывая нынешний интерес к миссиям по возвращению образцов с углеродистых астероидов (например, OSIRIS-REx ) и Марса, возглавляемым NASA и другими космическими агентствами, последующий анализ возвращенных образцов, свободных от земных загрязнений, предоставит наилучшую возможность для обнаружения потенциальных биосигнатур в нашей Солнечной системе.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Бишофф, А.; Гейгер, Т. (1995). «Метеориты для Сахары: найдите местоположения, классификацию ударов, степень выветривания и спаривание». Метеоритика . 30 (1): 113–122. Bibcode :1995Metic..30..113B. doi : 10.1111/j.1945-5100.1995.tb01219.x . ISSN  0026-1114.
  2. ^ БЮЛЕР: . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-0348-6667-5 , стр. 130 (ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг). 
  3. ^ Хорст Раухфус:. Springer-Verlag, 2006, ISBN 978-3-540-27666-1 , стр. 83 (ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг). 
  4. ↑ Грегор Маркл: Springer-Verlag, 2014, ISBN 978-3-662-44628-7 , стр. 420 (ограниченный предварительный просмотр в Поиске книг Google). 
  5. ^ Мартин Вивег: Древние карбонаты являются доказательством наличия воды, на: Wissenschaft.de от 22 января 2021 г. Древнейшие карбонаты в Солнечной системе, на: EurekAlert! от 20 января 2021 г.
  6. ^ Адди Бишоф и др.: Старый уникальный хондрит C1 Фленсбург - понимание первых процессов водных изменений, брекчии и разнообразия водоносных материнских тел и литологии . В: Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol. 293, 15 января 2021 г., стр. 142–186.
  7. ↑ Роберт Хатчисон: Cambridge University Press, 2006, ISBN 978-0-521-03539-2 , стр. 42 (ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Books). 
  8. ^ ab Norton, O. Richard (2002). Кембриджская энциклопедия метеоритов . Кембридж: Cambridge University Press. стр. 121–124. ISBN 978-0-521-62143-4.
  9. ^ ab Ehrenfreund, Pascale; Daniel P. Glavin; Oliver Botta; George Cooper; Jeffrey L. Bada (2001). «Внеземные аминокислоты в Оргейле и Ивуне: отслеживание родительского тела углистых хондритов типа CI». Труды Национальной академии наук . 98 (5): 2138–2141. Bibcode : 2001PNAS...98.2138E. doi : 10.1073/pnas.051502898 . PMC 30105. PMID  11226205 . 
  10. ^ Wing, Michael R.; Jeffrey L. Bada (1992). «Происхождение полициклических ароматических углеводородов в метеоритах». Origins of Life and Evolution of the Biosphere . 21 (5–6): 375–383. Bibcode : 1991OLEB...21..375W. doi : 10.1007/BF01808308. S2CID  11504324.
  11. ^ abcde "Углеродистый хондрит" Meteorite.fr: Все о метеоритах: Классификация Архивировано 12 октября 2009 г. на Wayback Machine
  12. ^ Nemiroff, R.; Bonnell, J., ред. (28 апреля 2012 г.). "Метеорит Sutter's Mill". Астрономическая картинка дня . NASA . Получено 06.05.2012 .
  13. ^ Пирс, Бен КД; Пудриц, Ральф Э. (2015). «Засевание прегенетической Земли: метеоритное изобилие азотистых оснований и потенциальные пути реакции». Astrophysical Journal . 807 (1): 85. arXiv : 1505.01465 . Bibcode :2015ApJ...807...85P. doi :10.1088/0004-637X/807/1/85. S2CID  93561811.
  14. ^ "Метеоритный бюллетень: запись для Агуас-Заркас". www.lpi.usra.edu . Получено 21-08-2020 .
  15. ^ https://www.science.org/content/article/unusual-meteorite-more-valuable-gold-may-hold-building-blocks-life
  16. ^ Нортон, О. Ричард (2002). Кембриджская энциклопедия метеоритов . Кембридж: Cambridge University Press. стр. 139. ISBN 978-0-521-62143-4.
  17. ^ Gattacceca, Jérôme; McCubbin FM; Grossman J.; Bouvier A.; Chabot NL; D'Orazio M.; Goodrich C.; Greshake A.; Gross J.; Komatsu M.; Miao B.; Schrader D. (2022). "The Meteoritical Bulletin, No. 110" (PDF) . Метеоритика и планетарная наука . 57 (11): 21022105. Bibcode : 2022M&PS...57.2102G. doi : 10.1111/maps.13918. hdl : 11568/1160522. S2CID  253089085.
  18. ^ Мецлер, К.; Хезель, округ Колумбия; Барош, Дж.; Вёльфер, Э.; Шнайдер, Дж. М.; Хеллманн, Дж.Л.; Берндт, Дж.; и др. (2021). «Группа углистых хондритов Лунгана (CL)» (PDF) . Geochimica et Cosmochimica Acta . 304 : 1–31. Бибкод : 2021GeCoA.304....1M. дои : 10.1016/j.gca.2021.04.007. S2CID  234847404.
  19. ^ ab Квенволден, Кейт; Лоулесс, Джеймс; Перинг, Кэтрин; Петерсон, Этта; Флорес, Хосе; Поннамперума, Сирил; Каплан, ИР; Мур, Карлтон (1970). «Доказательства наличия внеземных аминокислот и углеводородов в метеорите Мурчисон». Nature . 228 (5275): 923–926. Bibcode :1970Natur.228..923K. doi :10.1038/228923a0. ISSN  1476-4687. PMID  5482102. S2CID  4147981.
  20. ^ Glavin, Daniel P.; Alexander, Conel M. O'D.; Aponte, José C.; Dworkin, Jason P.; Elsila, Jamie E.; Yabuta, Hikaru (2018-01-01), Abreu, Neyda (ред.), "Глава 3 - Происхождение и эволюция органического вещества в углеродистых хондритах и ​​связи с их родительскими телами", Primitive Meteorites and Asteroids , Elsevier, стр. 205–271, doi : 10.1016/b978-0-12-813325-5.00003-3, hdl : 2060/20180004493 , ISBN 978-0-12-813325-5, получено 2023-05-01
  21. ^ Кронин, Джон Р.; Чанг, Шервуд (1993), Гринберг, Дж. М.; Мендоса-Гомес, CX; Пирронелло, В. (ред.), «Органическое вещество в метеоритах: молекулярный и изотопный анализ метеорита Мерчисон», Химия происхождения жизни , 416 , Дордрехт: Springer Netherlands: 209–258, Bibcode : 1993ASIC..416..209C, doi : 10.1007/978-94-011-1936-8_9, ISBN 978-94-011-1936-8, получено 2023-05-01
  22. ^ Milton, RC deL.; Milton, SCF; Kent, SBH (1992-06-05). "Полный химический синтез D-фермента: энантиомеры протеазы ВИЧ-1 демонстрируют взаимную хиральную субстратную специфичность". Science . 256 (5062): 1445–1448. doi :10.1126/science.1604320. ISSN  0036-8075. PMID  1604320.
  23. ^ Миллер, Стэнли Л. (1953-05-15). «Производство аминокислот в возможных примитивных условиях Земли». Science . 117 (3046): 528–529. Bibcode :1953Sci...117..528M. doi :10.1126/science.117.3046.528. ISSN  0036-8075. PMID  13056598.
  24. ^ Вольман, Йеческель; Хаверленд, Уильям Дж.; Миллер, Стэнли Л. (1972). «Небелковые аминокислоты из искровых разрядов и их сравнение с аминокислотами метеорита Мурчисон». Труды Национальной академии наук . 69 (4): 809–811. Bibcode : 1972PNAS...69..809W. doi : 10.1073/pnas.69.4.809 . ISSN  0027-8424. PMC 426569. PMID 16591973  . 
  25. ^ Кронин, Джон Р.; Пиццарелло, Сандра (1997-02-14). «Энантиомерные избытки в метеоритных аминокислотах». Science . 275 (5302): 951–955. Bibcode :1997Sci...275..951C. doi :10.1126/science.275.5302.951. ISSN  0036-8075. PMID  9020072. S2CID  10979716.
  26. ^ Elsila, Jamie E.; Callahan, Michael P.; Glavin, Daniel P.; Dworkin, Jason P.; Brückner, Hans (2011). «Распределение и стабильный изотопный состав аминокислот из грибковых пептидибиотиков: оценка потенциала метеоритного загрязнения». Astrobiology . 11 (2): 123–133. Bibcode :2011AsBio..11..123E. doi :10.1089/ast.2010.0505. ISSN  1531-1074. PMID  21417942.
  27. ^ Glavin, Daniel P.; Callahan, Michael P.; Dworkin, Jason P.; Elsila, Jamie E. (2010). «Влияние процессов родительского тела на аминокислоты в углистых хондритах: Аминокислоты в углистых хондритах». Meteoritics & Planetary Science . 45 (12): 1948–1972. doi :10.1111/j.1945-5100.2010.01132.x. hdl : 2060/20100032396 . S2CID  62883414.
  28. ^ Glavin, Daniel P.; Elsila, Jamie E.; McLain, Hannah L.; Aponte, José C.; Parker, Eric T.; Dworkin, Jason P.; Hill, Dolores H.; Connolly, Harold C.; Lauretta, Dante S. (2021). «Внеземные аминокислоты и L-энантиомерные избытки в углеродистых хондритах CM 2 Агуас-Заркас и Мурчисон». Метеоритика и планетарная наука . 56 (1): 148–173. Bibcode : 2021M&PS...56..148G. doi : 10.1111/maps.13451. hdl : 10150/638053 . ISSN  1086-9379. S2CID  212671033.
  29. ^ ab Glavin, Daniel P.; Elsila, Jamie E.; Burton, Aaron S.; Callahan, Michael P.; Dworkin, Jason P.; Hilts, Robert W.; Herd, Christopher DK (2012). «Необычные неземные избытки l-протеиногенных аминокислот в метеорите озера Тагиш: избытки l-аминокислот в метеорите озера Тагиш». Meteoritics & Planetary Science . 47 (8): 1347–1364. doi :10.1111/j.1945-5100.2012.01400.x. S2CID  52227545.
  30. ^ ab Glavin, Daniel P.; Burton, Aaron S.; Elsila, Jamie E.; Aponte, José C.; Dworkin, Jason P. (2020-06-10). «Поиск хиральной асимметрии как потенциальной биосигнатуры в нашей Солнечной системе». Chemical Reviews . 120 (11): 4660–4689. doi : 10.1021/acs.chemrev.9b00474 . ISSN  0009-2665. PMID  31743015. S2CID  208185504.
  31. ^ Гарсия, Адриан Д.; Мейнерт, Корнелия; Сугахара, Харуна; Джонс, Никола С.; Хоффманн, Сорен В.; Мейеренрих, Уве Дж. (16 марта 2019 г.). «Астрофизическое образование асимметричных молекул и возникновение кирального смещения». Жизнь . 9 (1): 29. Бибкод : 2019Жизнь....9...29Г. дои : 10.3390/life9010029 . ISSN  2075-1729. ПМК 6463258 . ПМИД  30884807. 

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Углеродистые хондриты .