Каждый год в декабре Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» проводит «Рождественские лекции», в рамках которых ведущие ученые России и мира рассказывают о своих исследованиях. В совместном специальном проекте ПостНауки и МИСиС мы покажем и расскажем об этих лекциях и их участниках. В данном материале вы узнаете о новых материалах, обнаруженных в осколках метеоритов.

Я являюсь счастливым очевидцем события, которое произошло 15 февраля 2013 года, — к нам в город Челябинск был доставлен метеорит. Произошла даже некоторая мистическая история: буквально за месяц до этого мы участвовали в конференции, где был один очень интересный доклад, посвященный магнитным свойствам метеоритного сплава, железоникелевого. Он на Земле не синтезируется по ряду причин. Достать этот материал, чтобы посмотреть, — целая проблема, поскольку метеориты каждый день не валятся. Общая масса метеорита составляла 12 000 тонн, выпало менее процента от этого количества, собрано и того меньше — порядка 1,5 тонн. Часть из этого материала пошла на исследования. Исследования очень интересные, они проводились разными группами, опубликовано много результатов, и еще не меньше, я думаю, предстоит опубликовать.

Чем же интересен метеорит, помимо того, что это страшно опасный объект? В истории Земли случалось много катастрофических событий, связанных с метеоритами. Прежде всего 13 тысяч лет назад произошло падение метеорита в районе Канады, провинции Квебек. В результате этого падения наступил так называемый ледниковый период, известный многим по мультфильму. Более катастрофичные события состоялись примерно 65 миллионов лет назад — упал метеорит на северо-востоке полуострова Юкатан, кратер называется Чиксулуб. Кратер очень большой: его диаметр равен 180 километрам, глубина — нескольким километрам. После этого события состоялся огромный природный катаклизм, было цунами высотой порядка 100 метров, что привело к исчезновению целых видов флоры и фауны того времени, периода между мелом и кайнозоем. Помимо этого состоялось еще множество падений достаточно больших объектов, и все они сопровождались серьезными катастрофическими изменениями на планете Земля. Если упомянуть самый большой, то это кратер на Земле Уилкса в Антарктиде с диаметром примерно 500 километров. Правда, сейчас четкого понимания нет, кратер это от метеорита или это нечто иное.

Помимо того, что происходят такие падения, такие явления, имеющие прямое влияние на нас с вами, метеориты очень интересны с точки зрения новых материалов. Что мы знаем о материалах, которые нас окружают? Практически ничего. Если посмотреть на нашу планету, то это некий шар с радиусом 6400 километров. Все, что мы знаем, находится на глубине не ниже 12 километров, это Кольская скважина, которая была просверлена в одной точке Земли. Была получена масса интересной информации. Однако, если посмотреть на радиус и то, куда мы зашли посредством этой скважины, это будет всего десятые доли процента от того, что еще нам предстоит изучить. В этом отношении метеориты представляют собой очень интересные объекты для исследования, потому что некоторые из них прошли дифференциацию вещества в результате плавления в больших астероидах, которые могли составлять десятки, сотни километров. В результате каких-то импактных событий в космосе они самоударялись, происходило разрушение этого материала, объекты превращались в рой различных мелких астероидов, которые в процессе могли попасть в гравитационное поле Земли, либо наши траектории каким-то образом пересекались. Если эти объекты попали в область гравитации Земли, они выпали на Землю.

Рекомендуем по этой теме:
3077
FAQ: Челябинский метеорит

Вообще каждый день на нашу планету выпадает примерно от 100 до 1000 тонн метеоритного вещества различного космического происхождения, но некоторые объекты достаточно большие. Что интересного существует в этих метеоритах? Прежде всего материалы. Те условия синтеза, через которые проходит метеоритное вещество, на Земле практически недостижимы. Прежде всего это давление. В результате ударных событий в космосе мы можем получить давление в сотни тысяч атмосфер, температуру в тысячи градусов, все это сопровождается одновременно облучением вещества различными элементарными частицами, потоками элементарных частиц. А дальше начинаются вообще чудеса. После того как произошло плавление этого вещества, оно может остывать очень медленно, и это оказывает прямое влияние на те фазы, на те материалы, которые синтезируются в процессе такой жизни метеорита.

Мы занимаемся магнитными материалами. В начале лекции я сказал, что железоникелевые сплавы имеют очень интересные характеристики. Почему? Вообще железоникелевые сплавы — это такие классические магнитно-мягкие материалы. Они очень легко перемагничиваются. Однако в метеоритах эта фаза представляет собой аналог постоянного магнита. Это фаза с очень большой магнитной анизотропией. На сегодняшний день они подошли вплотную к современным постоянным магнитам на основе редкоземельных элементов. Например, неодим-железо-бор. Это очень интересно, потому что стоимость железоникеля несопоставима со стоимостью редкоземельных постоянных магнитов. Попытаться синтезировать такой сплав — задача нетривиальная. Попытаюсь объяснить почему.

Железоникель, если мы хотим его приготовить, — это сплав, который кристаллизируется в кубическую фазу, однако эта фаза является химически разупорядоченной — структура А1. Эта структура представлена в виде кубика, в вершинах которого атомы железа и никеля располагаются как бог на душу положил. Однако эта структура неустойчива, она является метастабильной. Стабильной является структура, которую ученые обозначают L10. В ней есть химический порядок, там наблюдается чередование плоскостей: железо — никель, железо — никель, так называемая сверхструктура. Эта структура обладает как раз очень интересными магнитными свойствами, у нее очень высокая магнитная анизотропия и очень большие перспективы применения, если научимся ее синтезировать. На сегодняшний день такая структура найдена только в метеоритах, и это большое счастье — найти ее, изучить характеристики, понять, как она синтезируется.

Рекомендуем по этой теме:
57650
Динозавры и падение астероида

Мы подошли к проблеме синтеза со стороны интенсивных пластических деформаций. Есть публикации, которые говорят о том, что данная фаза может быть синтезирована путем интенсивного облучения, например, потоком элементарных частиц (нейтронами). Тот сплав железоникеля, тетратэнит, который обладает очень хорошими магнитными характеристиками в качестве постоянного магнита в этой структуре L10, очень трудно синтезируется. Почему? Потому что для синтеза этой фазы из химически разупорядоченной, чтобы у нас все атомы легли в свои плоскости — железо было в своей плоскости, никель был в своей, — требуется очень много времени. Один диффузный перескок атома при комнатной температуре в сплаве железоникеля происходит один раз за 10 тысяч лет. Чтобы наше вещество структурировалось нужным образом (напомню, что химически разупорядоченная структура является метастабильной, а структура L10, структура тетратэнита, является стабильной), требуется очень большое время, составляющее миллионы лет. В космосе эти условия достижимы. Во-первых, там нас никто не ограничивает по времени, этот сплав у нас летает, участвует во всех космических перипетиях, времени у него совершенно достаточно, чтобы прошла химическая дифференциация материалов по плоскостям и получился как раз тот материал, который нам нужен, с теми свойствами, которые нам нужны.

Вообще говоря, аналогом является алмаз. Алмаз — это метастабильная форма углерода, однако он существует, и ничего. То же самое с железоникелем: он существует в метастабильной форме (состав 50 на 50) сколь угодно долго. Там происходят определенные диффузные процессы, которые формируют нашу структуру, которую мы ищем. Однако это занимает очень-очень много времени. Наша с вами задача, если мы хотим синтезировать этот материал, — каким-то способом помочь природе структурировать эту систему, чтобы железо занимало одни плоскости, следующие плоскости занимал никель, чтобы у нас с вами получился такой слоеный пирог.

Каким образом? Увеличить подвижность атомов. Мы подошли с точки зрения создания в структуре большой плотности дефектов. Создаем мы их интенсивными пластическими деформациями. Как показывает практика, это помогает. Помогает не очень быстро, не очень хорошо, однако мы наблюдаем формирование этой фазы в материалах после интенсивной пластической деформации. А дальше начинается определенная технология, каким способом наиболее быстро довести материал до нужного состояния, чтобы его можно было использовать где-то в промышленности или научных исследованиях. Это все очень интересно и имеет непосредственно прямой выход на практику.

Рекомендуем по этой теме:
11000
Дизайн сверхтвердых материалов

Те материалы, которые наблюдаются или находятся в метеоритах, по большей части аналогичны материалам земного происхождения. Однако не всегда есть такое большое везение, которое позволяет обнаружить материалы со свойствами, отличными от тех, которые мы имеем на Земле. В частности, это углеродная структура. Недавно в метеорите, найденном в Австралии, были обнаружены две новые фазы алмазов. Это сверхтвердые алмазы, они тверже тех алмазов, которые существуют на Земле, и синтезировались как раз в этих экстремальных условиях, когда было огромное давление в результате какого-то импактного события, огромные температуры и процесс медленного охлаждения.

Кроме этого, очень большой интерес вызывают хондриты, углистые хондриты. Углерод — это элемент жизни. Существуют публикации, в которых обозначено нахождение или какие-то следы, какие-то объекты, схожие с цианобактериями, с простейшими грибами. Конечно, это можно трактовать по-разному, требуется дополнительное подтверждение, однако это имеет место. Также в метеоритах были найдены простейшие аминокислоты, которые являются основой жизни. Все это говорит о том, что материалы, синтезированные в космосе, на самом деле имеют очень серьезное значение в понимании мироздания, появлении жизни, в понимании того, какие могут быть свойства материалов и в каком направлении нам надо двигаться, если говорить о магнитных материалах.