Skla z Libyjské pouště: složení a možný původ

Skla z Libyjské pouště (Libyan Desert Glass – LDG) jsou přírodní skla s vysokým obsahem SiO₂ (až 99 hm.%). Vyskytují se v jihozápadní části Egypta na hranici s Libyí v tzv. Velkém písečném moři, mezi písečnými dunami na ploše 2000 až 6500 km². Jsou impaktového původu a za jejich vznik tedy může dopad meteoritu (podobně jako za vznik našich vltavínů).

Nacházejí se ve velikosti od drobných gramových kousků až po bloky okolo 25 kg. Jsou většinou téměř čirá a bezbarvá, některá mléčně zabarvená, popř. s odstínem do zelena či žluta. V některých vzorcích o větší velikosti se vyskytují hnědé inkluze, které odpovídají svým chemickým složením, izotopovým složením a obsahem např. hliníku, osmia a rhenia kamenným meteoritům (chondritům). Pravděpodobně tedy jde o kontaminaci extraterestrickou hmotou impaktoru.

Historie

LDG byly poprvé popsány ve 30. letech minulého století. V průběhu dalších let různí autoři jejich původ připisovali řadě procesů – od vzniku při výboji blesku (fulgurit) přes biogenní původ až po impaktový proces. V dnešní době většina badatelů usuzuje na impaktový původ, což jednoznačně dokazuje řada faktorů, např. přítomnost lechatelieritu, tj. přetaveného křemene, jehož vznik vyžaduje teplotu vyšší než 1 713 °C, nebo badeleitu – ZrO₂, vysokoteplotního produktu zirkonu vznikajícího při teplotě nad 1 676 °C. Tak vysoké teploty lze dosáhnout pouze při dopadu kosmického tělesa. Pro impaktový původ hovoří i obsah platinových kovů, které se vyskytují v meteoritech v mnohonásobně vyšší koncentraci než v horninách zemské kůry, i zvýšený podíl Fe a Ni. Stáří skel bylo stanoveno pomocí stop štěpných trosek (fission-track datování) na cca 29 milionů let.

Analýza jadernými metodami

V naší práci jsme dostupnými variantami instrumentální neutronové aktivační analýzy (INAA) a fotonové aktivační analýzy (IPAA) analyzovali devět vzorků větších kusů skel o rozměrech 2 až 5 cm. Bylo stanoveno celkem 44 stopových i makro-prvků. K ozařování vzorků pro INAA jsme použili reaktor LVR-15 Centra jaderného výzkumu Řež, pro IPAA mikrotron MT-25 Ústavu jaderné fyziky AVČR, v.v.i. Gama záření ozářených vzorků se měřilo polovodičovými detektory. Pro kontrolu správnosti analýzy se současně se vzorky analyzoval referenční materiál Sklářský písek Střeleč SPS1, který je svým složením LDG velice blízký.

Výsledky

Výsledky analýz naznačují, že zdrojovým materiálem byl zřejmě velmi čistý křemenný pískovec. Minoritní složkou zdrojového materiálu byly jíly působící jako tmel pískovců. Obsahy indikačních prvků extraterestrického materiálu (Cr, Co, Ni) jsou v námi studovaných vzorcích velice nízké (<<1 hm. %). Obsahy prvků vzácných zemin ukazují, že zdrojový materiál musí mít pozemský původ a musí pocházet ze svrchní kůry Země. Zvýšený obsah těžších prvků vzácných zemin Yb, Lu lze vysvětlit poměrně vysokým obsahem Zr ve sklech LDG, jehož zdrojem byl zřejmě minerál zirkon; ten je hostitelem těchto prvků i Th a U. Vzhledem k tomu, že podobně jako křemen je zirkon i další minerály, jako rutil, ilmenit (Ti-minerály) aj., rezistentní vůči zvětrávání, lze předpokládat, že tyto složky zdrojový materiál obsahoval. Za povšimnutí stojí i výrazné ochuzení těkavých prvků (alkalické kovy, Zn, As, Br, Sb) nasvědčující jejich ztrátám odpařením.

Kde a jak skla vznikla

Jak vyplývá z našich i publikovaných dat, nelze pochybovat o tom, že LDG jsou křemenná skla (lechatelierit) vzniklá za vysokých teplot přesahujících 1 700 °C. Takové podmínky poskytují právě impaktové procesy. Většina LDG jsou větší kusy až bloky vrstevnatého charakteru. Vzhledem k tomu, že se nacházejí na poměrně malé a ohraničené ploše několika tisíc kilometrů čtverečních, dlouhou dobu bylo záhadou umístění jejich mateřského kráteru. Teprve nedávno byl popsán kráter Kebira ležící na hranici Egypta a Libye, o průměru zhruba 31 km starý 28,5 milionů let, který odpovídá stáří LDG. Tato oblast byla ve svrchní Křídě (Cenoman/Turon, 90 milionů let) zalita oceánem Tethys. Vznik zdrojových materiálů LDG sedimentací v mořském prostředí nedávno indikovala i analýza izotopového složení lithia přítomného v LDG.

Otázkou je, jaký impaktový proces dal libyjským sklům vzniknout. Na základě našich zkušeností získaných při studiu vzniku jiných tektitů a impaktových skel, jako vltavínů, australoasijských tektitů (AAT) a irgizitů z kráteru Žamanšin, můžeme usuzovat na následující procesy vedoucí k jejich vzniku.

Vltavíny, AAT i irgizity vznikly z nezpevněných sedimentů jako půd, spraší, písku, v případě vltavínů i za účasti živé i odumřelé biomasy. Většinou mají kapkovitý nebo knoflíkový tvar dokazující tvarování sklovité taveniny při průletu atmosférou. Tyto tektity zřejmě vznikaly při šikmém dopadu (pod úhlem cca 20 až 40°) meteoritu o průměru stovek a více metrů, a to vlivem čelní rozžhavené plasmy, která taveninu vymetla, aniž by ji kontaminovala materiálem impaktoru.

Irgizity, vzhledem k jejich malé velikosti, rozmanitosti a složitosti tvarů, vznikly zřejmě turbulentními proudy žhavé plasmy, která unikala pod vysokým tlakem kolem impaktoru při jeho boření z povrchu do hloubky, při téměř kolmém dopadu tělesa. V počáteční fázi boření impaktoru vznikaly taveniny z povrchových vrstev, které byly kontaminovány materiálem meteoritu (v irgizitech až 20 %). Protože takové tvary ani tak vysoký podíl meteoritické hmoty se v LDG nenašly, lze podobný proces při jejich tvorbě vyloučit.

LDG jsou obvykle větší kusy skla, u nichž chybí kapkovité a knoflíkovité tvary se znaky delšího průletu popř. i zpětného návratu atmosférou vysokou (sub-kosmickou) rychlostí s opětovným tavením, jako je tomu u AAT (australitů) i některých vltavínů. Můžeme usuzovat, že LDG vznikla při dopadu velkého kosmického tělesa o průměru 1 až1,5 km (pokud je mateřským kráterem Kebira) pod standardním úhlem okolo 30°. Vzhledem k odlišnému charakteru dopadového místa však nevznikly klasické tektity, které by byly vyvrženy do velkých vzdáleností stovek až tisíců kilometrů. Zřejmě tento faktor, kdy je hornina v místě dopadu kompaktní (jako např. u pískovce, bazaltatu, granitu aj.), hraje důležitou roli. Potom by tavenina vzniklá na povrchových vrstvách epicentra – hlavně vlivem radiace z čela impaktoru a následně i vlivem vysokoteplotní plasmy (~10⁵ K) o tlaku řádu 10⁹ Pa – byla ve větších kusech vyvržena do relativně blízkého okolí řádu desítek až stovek kilometrů.

Neutronová a fotonová (gama) aktivační analýza

Aktivační analýza je jadernou analytickou metodou umožňující simultánní stanovení koncentrace řady prvků v různých typech vzorků. Zakládá se na ozařování (aktivaci) vzorku vhodným typem záření, které indukuje v jádrech atomů vzorku jaderné reakce vedoucí k přeměně většinou původně neradioaktivních jader v jádra radioaktivní. Měřením jejich charakteristického, převážně gama, záření lze stanovit typ a celkové množství prvku přítomného ve vzorku, a to bez nutnosti chemické úpravy a destrukce vzorku (v tzv. instrumentální, neboli nedestruktivní variantě metody). Největší analytický potenciál nabízejí aktivace neutrony a fotony – instrumentální neutronová a fotonová (gama) aktivační analýza (INAA a IPAA) –, ale využívá se i aktivace nabitými částicemi.

Nejvýhodnějším zdrojem neutronů pro INAA je jaderný reaktor, nejlépe s výrazně termalizovaným spektrem neutronů. Zdrojem vysokoenergetických fotonů pro IPAA je většinou brzdné záření produkované konverzí elektronového svazku urychleného lineárním nebo cyklickým elektronovým urychlovačem (linac, mikrotron).