В 2019 году Японское агентство аэрокосмических исследований отправило космический корабль «Хаябуса-2» к 162173 Рюгу, астероиду на околоземной орбите, состоящему из скалистых фрагментов, происходящих от более крупного родительского тела. Несколько марсоходов доставили образцы с поверхности астероида обратно на Землю для изучения учеными. Образцы указывают на химически примитивные метеориты, похожие на хондриты типа Ивуна, и содержат определенные химические соединения, которые предполагают присутствие воды. В частности, изменение поверхности астероида водой на родительском теле при расчетных температурах до 150 °C привело к образованию вторичных минералов (включая филлосиликаты, карбонаты, сульфиды и оксиды), и исследователи стремились понять временные рамки и условия, в которых эти изменения происходили. произошли изменения.
Совместные исследования 89 ученых из мировых университетов и исследовательских институтов, опубликованные в журнале Nature Geoscience, посвящены формированию астероида и сосредоточены на двух конкретных соединениях: карбонате кальция (кальцит) и карбонате кальция-магния (доломите). Постулируется, что источником углерода для этих карбонатов является монооксид углерода, диоксид углерода, метан и/или органическое вещество, которое могло образоваться в солнечной туманности, газовом облаке, из которого, как говорят, возникла Солнечная система. Образцы были проверены с использованием специальных микроскопов для петрологии (изучения горных пород), в результате чего были идентифицированы кристаллы как кальцита (размером <10 микрометров), так и доломита (размером в 10 микрометров), причем последний преобладал в сравнении.
Измерения изотопов углерода и кислорода (двух и более форм одного и того же элемента с разной атомной массой) помогают выявить температурный и кислородный режим окружающей среды в момент отложения минерала. Эти значения были непостоянными и намного превышали значения для кальцита на Земле: отношения 18O/16O были на 24–46 % (частей на тысячу) выше, а 13C/12C — на 65–108 % выше. И наоборот, измерения доломита были гораздо более ограниченными: 31–36 % для 18O/16O и 67–75 % для 13C/12C. Следовательно, исследовательская группа пришла к выводу, что кальцит образовался на астероиде сначала в широком диапазоне температур и кислородных условий, прежде чем доломит кристаллизовался в гораздо более ограниченной среде, со стабильными высокими уровнями углекислого газа и температурными оценками 37 ± 10°C. Эти результаты уникальны для астероидов Рюгу и Ивуну, которые до сих пор не были идентифицированы в других водных метеоритах.
Предполагается, что большая вариация в отношениях изотопов кислорода в кристаллах кальцита частично является результатом температур образования в широком диапазоне от 0 до 150 ° C, но не только это, поскольку в противном случае можно было бы ожидать, что изотопы углерода будут демонстрировать положительную корреляцию, которой нет. Вместо этого исследователи указывают, что соотношение 18O/16O воды и 13C/12C ионов карбоната менялось во времени и пространстве. В результате они предполагают, что отношения 18O/16O были выше во время раннего формирования Солнечной системы, до водного изменения астероида, и впоследствии оно уменьшалось с течением времени, поскольку больше кристаллов формировалось в результате взаимодействия вода-порода. Таким образом, изотопная разница между кристаллами кальцита и доломита разрешается тем, что первые кристаллизуются из менее «эволюционировавших» флюидов до последних, где кальций также легче выщелачивался из породы, чем магний.
Для объяснения изменчивости 13C/12C рассматриваются четыре сценария: 1) изотопное фракционирование по типу Рэлея, при котором преимущественно высвобождаются соединения, богатые 12C (такие как метан), 2) фракционная кристаллизация, при которой образование ранних карбонатов изменяет состав оставшихся резервуар, из которого могут кристаллизоваться последующие карбонаты, 3) смешивание нескольких углеродных резервуаров с различными соотношениями 13C/12C и 4) различные кислород и водород вызвали изменения в изотопах, образующих монооксид углерода, диоксид углерода и метан, из которых получают углерод для кристаллы. Из этих сценариев фракционирование изотопов типа Рэлея не принимается во внимание, так как оно может привести к более высоким отношениям 13C/12C в доломите, формирующемся из «более эволюционировавших» флюидов, тогда как в образцах наблюдается противоположное. Точно так же исключена фракционная кристаллизация, как и смешение углеродных резервуаров, поскольку время перемешивания для астероида Рюгу было бы слишком коротким.
Следовательно, именно последний сценарий изменения содержания кислорода предлагается в качестве основного фактора изменения отношений 13С/12С. Это произошло в результате окисления железа в породе водой и измеряется на основе образования водорода, выделяемого из воды. Гипотеза соответствует наблюдениям за увеличением содержания железа в метеорите с прогрессирующим изменением. В целом среда, богатая 13C, в Солнечной системе встречается редко, за исключением карбонатов в метеоритах, и исследовательская группа предполагает, что родительское тело метеорита Рюгу образовалось в холодной окраине солнечной туманности.
