Тагишский метеорит оказался щелочным

Канадские геохимики проанализировали фрагменты Тагишского метеорита методом атомно-зондовой томографии и выяснили, что частицы магнетита в его составе формировались в щелочной среде. Эти результаты хорошо объясняют преобладание L-форм для некоторых аминокислот, ранее обнаруженных в составе метеорита — переход между D- и L-формами в щелочной среде протекает быстрее, чем в кислой или нейтральной. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Утром 18 января 2000 на лед Тагишского озера на севере Британской Колумбии упал метеорит. Падение видело множество местных жителей, поэтому большую часть обломков собрали в течение нескольких дней. Благодаря такой оперативности (а также крайне удачному месту падения) обломки метеорита дошли до ученых, не успев загрязниться земными примесями — на сегодняшний день Тагишский метеорит считается одним из самых чистых метеоритов.

Тагишский метеорит (или метеорит Тагишского озера) представляет собой углистый хондрит — метеорит из силикатной породы с вкраплением небольших частиц угля, графита и различных соединений железа (преимущественно магнетита Fe₃O₄). Кроме того, в нем были обнаружены следы различных аминокислот — составных частей белков, которые могут служить исходным материалом для химической эволюции. Изучение метеорита показало, что формирование этих сложных молекул происходило уже внутри метеорита, в небольших вкраплениях воды внутри силикатной матрицы. Любопытно, что одна из четырех обнаруженных аминокислот — аланин — находились в форме рацемата, эквивалентной смеси двух оптических изомеров — D и L формы. В то же время две другие аминокислоты — глутаминовая и аспаргиновая — были обнаружены преимущественно в виде L-форм. Ученые предложили этому следующее объяснение: в растворе обе формы D и L находятся в равновесии и могут переходить одна в другую. Аспаргиновая и глутаминовая аминоксилоты преимущественно кристаллизуются в виде L-формы, поэтому в растворе L-форма постоянно находится в недостатке, и равновесие смещено в сторону ее образования. В итоге в кристаллах накапливается в основном L-форма, в то время как в жидкой фазе концентрации D- и L-форм примерно равны. В случае аланина такой разницы между образованием кристаллов нет, поэтому количества D- и L-форм остаются равными и в твердой фазе, и в жидкой.

Это объяснение уточнили канадские геохимики под руководством Ричарда Никлина (Richard I. Nicklin) и Ли Уайта (Lee F. White) из Отделения естественной истории Королевского музея Онтарио. Они взяли несколько небольших гранул магнетита размерами от 10 до 50 микрон и проанализировали их методом атомно-зондовой томографии, которая позволяет получать 3D-изображение материала с атомным разрешением. Оказалось, что на поверхности зерен магнетита присутствуют вкрапления щелочных и щелочно-земельных металлов — в основном это натрий, также попадаются кальций и магний. Металлы проникли в частицы магнетита на глубину примерно 30 нанометров, образуя небольшие агломераты размером около 10 нанометров. Такая поверхность могла сформироваться в слабощелочной среде (моделирование, которое провели ученые, указывает на диапазон рН от 7 до 10).

Этот результат хорошо уточняет ранее предложенный механизм перехода аминокислот в L-форму. В этой и других работах, моделируя переход разных аминокислотных энантиомеров друг в друга, авторы считали среду нейтральной или слабокислой. В щелочной среде переход между разными энантиомерами протекает быстрей, то есть раствор может быстрее вернуться от недостатка L-формы к рацемату — эквивалентному соотношению двух форм. Таким образом, новое исследование показывает, что среда внутри метеорита была даже более благоприятной для накапливания L-формы аминокислот, чем предполагалось ранее.

Кроме того, из полученных данных можно сделать вывод о концентрации органических и азотсодержащих веществ в родительском небесном теле, от которого отделился метеорит. Дело в том, что щелочная среда в целом очень благоприятна для синтеза аминокислот. В Тагишском метеорите же содержание аминокислот низкое (менее 1 миллионной доли, в то время, как, например, в похожем по составу Мурчисонском метеорите содержание было около 60 миллионных долей). Если даже в таких благоприятных условиях аминокислот получилось мало, причина, вероятно, была в недостатке других ключевых компонентов — например, альдегидов или аммиака.

Химический состав метеоритов — источник ценной информации не только о космосе, но и об истории Земли. Например, изучив поверхность древних микрометеоритов, ученые выяснили, что в момент их падения (2,7 миллиарда лет назад) атмосфера нашей планеты примерно на 70 процентов состояла из углекислого газа.
А проверить свои знания о метеоритах можно, пройдя наш тест.