W kręgu zainteresowań naukowych dr. Krzysztofa Szopy pozostaje masyw tatrzański – petrogeneza granitoidów oraz ewolucja skał metamorficznych. Obecnie obiektem jego naukowych dociekań jest niezwykłe znalezisko – meteoryt sprzed 65 milionów lat znaleziony w Polsce.

Dr Krzysztof Szopa podczas prac w Gozdnicy (2014 r.)

Historia pierwszego polskiego meteorytu żelaznego, którego wiek określono na ok. 65 milionów lat, jest niezwykle interesująca. Zapewne trzy lata temu, kiedy w ramach przygotowania do obrony pracy magisterskiej ówczesny student, a obecnie doktorant, Tomasz Brachaniec zbierał materiały do pracy dyplomowej, nikt nie spodziewał się sensacji w gromadzonych próbkach.

Obiektem poszukiwań przyszłego naukowca były sferule, czyli formy kuliste szkliwa, najczęściej zwietrzałego, które są zapisem interakcji dużego ciała, np. meteorytu, ze skałami naszej planety. Próbki do analiz pochodziły z odsłonięcia geologicznego, które znajduje się około 20 km na wschód od Lublina. Jest to miejsce, gdzie można obserwować granicę geologiczną pomiędzy kredą (od 145 do 66 mln lat temu) a paleogenem (od 66 mln do 23 mln lat temu). To właśnie tam zespół pod kierownictwem prof. dr. hab. Grzegorza Rackiego z Wydziału Nauk o Ziemi UŚ po raz pierwszy opisał tzw. anomalię irydową, która jest zapisem spadku meteorytu do Zatoki Meksykańskiej. Skutkiem tego upadku (impaktu) były m.in. niekorzystne zmiany klimatyczne, które przyczyniły się do wyginięcia dinozaurów (tzw. wielkie wymieranie). Wspomniane sferule są właśnie jednym z produktów tego procesu.

Magistrant zadanie wykonał, a odnalezione przez niego sferule potwierdziły ślady późnokredowego impaktu na terenie Polski. I na tym właściwie historia mogłaby się skończyć, ale Tomasz Brachaniec kontynuował swoje badania, tym razem chcąc dokładniej opisać osad, w którym zostały znalezione wspomniane sferule.

– Tomasz Brachaniec poprosił mnie o współpracę – wspomina dr Krzysztof Szopa – i wykonanie między innymi badań pobranych próbek metodą SEM, czyli przy pomocy skanningowego mikroskopu elektronowego oraz analizy w mikroobszarze (EMP). Jednocześnie część materiału (osadu, w którym zostały stwierdzone sferule) została przekazana do badań rentgenowskich (XRD). Analiza ta była niemal przypadkowa, ponieważ służyła wyłącznie do potwierdzenia składu mineralnego osadu, w którym tkwiły znaleziska.

Drobinki odnalezionego meteorytu, którego wiek określono na ok. 65 milionów lat

Kierownik Pracowni Badań Rentgenostrukturalnych na Wydziale Nauk o Ziemi, dr Tomasz Krzykawski, który przeprowadzał badania, dostrzegł w dostarczonej próbce nietypowy minerał. Okazało się, że jest to magnetyt, minerał z gromady tlenków, zaliczany do grupy spineli (żelaznych), który nie występuje w osadach, ponieważ jest nietrwały. Wywołało to ogromne zainteresowanie i wokół próbki rozgorzała burzliwa dyskusja, której kres położył prof. dr hab. Łukasz Karwowski – niekwestionowany znawca, jeden z czołowych w świecie badaczy meteorów. Do sprawdzenia osadu, w którym zostały znalezione sferule i rozpoznano magnetyt, profesor zaproponował najprostszą z możliwych metod – wykorzystanie zwykłego magnesu, który – jak wiadomo – przyciąga żelazo. Efekt tej prostej próby zaskoczył wszystkich. Dr Szopa przyznaje, że nie zapomni widoku, kiedy na oczach badaczy magnes zaczął przyciągać drobiny z badanej skały osadowej. Nie było już wątpliwości – to był meteoryt.

– Po około 65 milionach lat – mówi z uśmiechem dr Szopa – światło dzienne ujrzał meteoryt kopalny. Jego rozmiary były niewielkie. Całkowita masa wysortowanych drobinek wynosi zaledwie około jednego grama, a ich wielkość waha się od kilku dziesiętnych części milimetra do 5–6 mm, nie zmienia to jednak faktu, że przed nami znajdował się niespotykany okaz.

Z posiadanego materiału wyodrębniono trzy największe fragmenty, które zostały zatopione w żywicy, a następnie bardzo dokładnie wypolerowane. Tak przygotowany materiał został przebadany chemicznie.

– Znaleziono w nim trzy pierwotne minerały – wyjaśnia dr Szopa – będące dowodem, że studiowane fragmenty są odłamkami meteorytu żelaznego. Są nimi: kamacyt (stop żelazo-nikiel, w którym dominuje zawartość żelaza), taenit (stop nikiel-żelazo, w którym dominuje zawartość niklu) oraz schreibersyt (fosforek żelaza i niklu). Minerały pierwotne są otoczone przez produkty związane z wietrzeniem, którymi są głównie magnetyt z podwyższoną zawartością niklu oraz tlenki i tlenowodorotlenki żelaza również zawierające nikiel.

Co wiedzą już naukowcy o odnalezionych drobinach? W jednej warstwie, w przedziale kilku centymetrów znajduje się zapis impaktu, który został wywołany przed 65 milionami lat w Zatoce Meksykańskiej, oraz innych lokalnych, które pojawiły się znacznie później. Odnalezione drobiny są wprawdzie reliktem meteorytu, ponieważ uległ on wietrzeniu w warunkach morskich, pozwalają jednak na potwierdzenie, że był to meteoryt żelazny.

Jak dotąd jest to drugi kopalny meteoryt żelazny stwierdzony w skałach ziemskich. Pierwszy został znaleziony w osadach karbońskich w okolicach jeziora Murray w Południowej Karolinie w Stanach Zjednoczonych.

Generalnie odnajdywanie meteorytów nie należy do rzadkości. W kosmosie krąży wiele ciał, są to meteroidy, które podczas zderzenia się ze sobą wypadają ze swoich orbit i niekiedy wpadają na kurs kolizyjny z Ziemią. Te, które znajdą się w atmosferze ziemskiej, rozgrzewają się, pozostawiając świetlne ślady zwane meteorami. W trakcie hamowania na skutek wzrostu temperatury jedne ulegają całkowitemu unicestwieniu, inne, większe okazy docierają do powierzchni Ziemi i są to właśnie meteoryty.

Naukowcy z Wydziału Nauk o Ziemi UŚ podczas poszukiwań mołdawitów w żwirowni na Dolnym Śląsku (2014 r.). Na zdjęciu od lewej: prof. Łukasz Karwowski, mgr Tomasz Brachaniec i dr Krzysztof Szopa

Największym z nich jest meteoryt Hoba odnaleziony w Namibii, jego masę szacuje się na około 60 ton. W Polsce także odnotowano liczne znaleziska, do najpopularniejszych należy grupa Morasko (koło Poznania), skąd pochodzą dwa najcięższe polskie meteoryty (ich masa po oczyszczeniu to odpowiednio 261 kg i 164 kg). Pierwszego odkrycia na tym terenie dokonano w 1914 roku. W 1976 roku na stoku Góry Moraskiej utworzono rezerwat przyrody. Znajduje się w nim 7 kraterów powstałych w wyniku upadku meteorytów pomiędzy 4000 a 3000 roku p.n.e.

W ubiegłym roku do polskiej kolekcji dołączył meteoryt Tartak. Wszystkie nazwy meteorytów pochodzą od miejscowości, w których zostały odnalezione. Czasem bywa, że nie udaje się określić wieku odnalezionych okazów, zanim bowiem dotarły do specjalistycznych laboratoriów, odbyły długą drogę, wędrując między kolekcjonerami, którzy nieświadomie zacierali ich najcenniejsze warstwy. Dlatego tak cenne dla naukowców są znaleziska w osadach, można bowiem poprzez sukcesję skał analogicznie ustalić przybliżoną datę ich powstania lub datować je za pomocą różnych metod badawczych.

Zbieracze meteorytów stanowią potężną grupę. Nie chodzi tylko o zaspokojenie kolekcjonerskich pasji. Cena rynkowa (oczywiście zależna od składu i wieku znaleziska) wynosi obecnie około od kilku do kilkuset dolarów za gram. Nic więc dziwnego, że do laboratorium profesora Łukasza Karwowskiego tygodniowo trafia kilka przesyłek z prośbą o analizę, a grono poszukiwaczy stale rośnie. Jak przyznaje dr Szopa, w badaniach naukowych podstawą jest wiedza, niezbędny jest jednak łut szczęścia, w tym wypadku były to powtórne badania próbek pobranych pod Lublinem, mogły one przecież spokojnie trafić do archiwum.

Najusilniej poszukiwanymi i najcenniejszymi dla naukowców są meteoryty węgliste, ponieważ poprzez swój skład organiczny mogą stanowić poświadczenie istnienia planet o podobnej do Ziemi budowie i istnieniu tam życia. Najbardziej znany jest meksykański meteoryt Allende.

– Meteoryty kopalne (paleometeoryty) są znajdywane bardzo rzadko – tłumaczy dr K. Szopa. Najlepiej znaną i opisaną grupą są szwedzkie chondryty, które zostały znalezione w osadach datowanych na ordowik (ok. 450 milionów lat temu). Jest to jednak inny typ meteorytu, w którym fazą mineralną, która przetrwała do naszych czasów, jest chromit.

Przetrwanie znalezionego meteorytu przez 65 milionów lat jest swoistym ewenementem. Na podstawie geologii możemy powiedzieć, że wpadł on do zbiornika morskiego i za sprawą późniejszych procesów (ewolucji tego zbiornika) został zakonserwowany. Warto wspomnieć, że jest to jedyne miejsce na świecie, gdzie w jednej warstwie zostały zarejestrowane dwa różne impakty. Potwierdza to fakt, że tak samo jak to ma miejsce dzisiaj, tak i w przeszłości spadały meteoryty o różnej wielkości i częstotliwości. Ziemia nie jest jedyną planetą „atakowaną” przez ciała kosmiczne, ślady ich uderzeń widoczne są również na Księżycu, Wenus, Marsie…

Wyniki badań naukowców z Wydziału Nauk o Ziemi zostaną wkrótce opublikowane w „Meteoritics and Planetary Science”.