Na Wydziale Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii od kilku lat trwają badania meteorytów pod kątem występujących w nich surowców. Prace te zaczął prof. PWr Tadeusz A. Przylibski, a w jego ślady idą także młodsi naukowcy. Jedna z badaczek właśnie obroniła doktorat o pozaziemskich surowcach na podstawie badań meteorytów. Powstają także związane z tym tematem prace inżynierskie, magisterskie i skrypt dla studentów

Dr hab. Tadeusz Przylibski, prof. PWr, wiele lat temu w Muzeum Regionalnym w Jaworze natknął się na eksponat opisany jako meteoryt. – I to była jedyna informacja o nim. Leżał na ekspozycji z karteczką ze słowem „meteoryt” i to wszystko. Bardzo męczyło mnie to, że nic więcej o nim nie wiadomo – opowiada naukowiec. – Za zgodą dyrekcji przeprowadziłem szereg badań i okazało się, że… to wcale nie jest meteoryt, a fragment nie do końca przetopionej rudy miedzi z huty w Leszczynie. Razem z dr Pawłem Zagożdżonem określimy nawet wiek tej bryły na lata 1861-1882, bo tylko wtedy mogła powstać jako uboczny produkt wytopu miedzi. Ktoś ją pewnie wyrzucił, sporo czasu gdzieś przeleżała, aż w końcu w w 1928 roku trafiła na wystawę Heimat Museum w Jaworze. Wtedy bowiem powstawało jaworskie muzeum i okoliczni mieszkańcy w ramach pospolitego ruszenia znosili różne eksponaty. Siostra z przytułku dla nieuleczalnie chorych przyszła z taką niezwykłą bryłą, a miejscowy nauczyciel stwierdził, że to musi być meteoryt i tak już zostało.

Choć „meteoryt” okazał się całkiem przyziemny, profesor Przylibski zainteresował się skałami, które faktycznie pochodzą z kosmosu, a z czasem zaczął je badać. Dziś ma na koncie wiele publikacji, które są efektem tych badań, jest redaktorem naczelnym czasopisma naukowego „Meteorities” i prezesem Polskiego Towarzystwa Meteorytowego, zrzeszającego zarówno naukowców, jak i kolekcjonerów meteorytów.

Jak rozpoznać meteoryt?

- W Polsce meteoryt spada raz na trzydzieści lat – opowiada naukowiec. – Ale takich potencjalnych polskich „meteorytów” dostajemy dziesiątki. Stale trafiają do nas osoby, które natknęły się na jakiś nietypowy kamień i podejrzewają, że musi pochodzić z kosmosu. Niestety zwykle są w błędzie, więc często rozczarowujemy znalazców, tłumacząc, że przynieśli zwykły żużel pohutniczy albo skałę przetransportowaną przez lądolód ze Skandynawii.

Jak tłumaczy profesor, rozpoznanie meteorytu nie jest trudne. Zwykle ma on dość duży ciężar właściwy, czyli jest cięższy od innych kamieni o podobnej wielkości, oraz przyciąga magnes (ze względu na zawartość stopu żelazowo-niklowego).

 – Najłatwiej jednak rozpoznać meteoryt po ciemnobrązowej lub czarnej skorupie obtopieniowej, która powstaje w momencie, gdy przechodzi on przez ziemską atmosferę. To po prostu zewnętrzna część stopionej skały (meteorytu), która uległa ablacji w wyniku tarcia w atmosferze ziemskiej – tłumaczy dr inż. Katarzyna Łuszczek, która przed kilkoma tygodniami obroniła pracę doktorską właśnie na temat badań meteorytów pod kątem geologii i zasobów pozaziemskich złóż metali (promotorem był dr hab. Przylibski, prof. PWr). – Nie wszystkie części meteorytu jednak mają taką barwę – zastrzega. – Wnętrza tych „świeżych”, które niedawno spadły na Ziemię, przypominają beton i z opiłkami stali. Zawierają od pięciu do kilkunastu procent stopu żelazowo-niklowego i nie zaczęły jeszcze wietrzeć, tzn. ulegać reakcjom chemicznym przeobrażeniom fizycznym na skutek oddziaływania na nie ziemskiej atmosfery.

Nazwy meteorytów pochodzą od miejsc, w których je znaleziono. Stąd, kiedy w 2011 r. w niewielkiej wsi w powiecie giżyckim spadł kamienny meteoryt sprzed ponad 4 miliardów lat, od razu otrzymał nazwę Sołtmany – od wsi, w którą trafił. Z kolei nazwy grup meteorytów wywodzą się od okazu charakterystycznego. Istnieje szansa, że już niedługo jedna z grup będzie nosiła nazwę „zakłodzieity” od meteorytu znalezionego w 1998 r. we wsi Zakłodzie w województwie lubelskim. Zmierzające do tego badania prowadził właśnie profesor Przylibski. Grupa ta – pierwotne achondryty enstatytowe – obejmowałaby Zakłodzie i kilka innych meteorytów, które do tej pory były klasyfikowane w innej grupie lub były klasyfikowane jako atypowe, niezgrupowane. Naukowiec z PWr wspólnie z innymi badaczami zrealizował badania petrologiczne, mineralogiczne, chemiczne i izotopowe, które potwierdziły przypuszczenia, że skały te mają podobne pochodzenie i właściwości.

Zwyczajne – niezwyczajne chondryty

Naukowcy z Wydziału Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii specjalizują się w badaniach chondrytów zwyczajnych. – To meteoryty, które są najczęściej znajdywane i najczęściej występują w pasie planetoid – wyjaśnia dr hab. Tadeusz Przylibski, prof. PWr. – Są tak powszechne, że wiele ośrodków nie zajmuje się ich badaniem, woląc rzadsze okazy. My natomiast jesteśmy przekonani, że warto wciąż je badać.

- Bo to bardzo ciekawe skały – dodaje dr Katarzyna Łuszczek. – Pochodzą z ciał niezdyferencjonowanych. Oznacza to, że planetoidy, z których się odłamały, w przeciwieństwie do Ziemi, nie mają metalicznego jądra. Żelazo jest w ich strukturze rozłożone równomiernie, co wynika z tego, że gdy około 4-4,5 miliarda lat temu powstawały w Układzie Słonecznym, na pewnym etapie zatrzymały się w nich procesy geologiczne. Badania chondrytów idą w dwóch kierunkach. Pierwszy jest związany z badaniem powstawania Układu Słonecznego, procesów w nim zachodzących i panujących w nim warunków. Drugi natomiast wiąże się z surowcami. Chondryty mogą być interesujące z punktu widzenia przemysłu górniczego, właśnie ze względu na koncentrację i równomierne rozłożenie żelaza oraz innych towarzyszących metali większą niż w skałach ziemskich.

- To w praktyce orbitujące w kosmosie złoża – tłumaczy profesor Przylibski. – Nie dość, że zawierają bardzo wiele surowców, to jeszcze ich zewnętrzna część, nazywana regolitem, jest pokruszona, a to sprawia, że eksploatacja planetoidy nie będzie początkowo wymagała użycia ciężkiego sprzętu. Oczywiście eksploracja kosmosu to nadal olbrzymie koszty, więc być może sprowadzanie na Ziemię fragmentów asteroidy nie będzie opłacalne, ale kto wie, może w przyszłości będziemy eksploatować i przerabiać surowce w przestrzeni kosmicznej, korzystając z nich na innych planetach, ich księżycach, czy stacjach kosmicznych?

Cenne złoża surowców

Doktor Łuszczek przyznaje, że w Polsce ciągle jeszcze badania meteorytów pod kątem zawartości surowców mineralnych nie są popularne. – Przynależą niemal do sfery science fiction – śmieje się. – Często spotykam się z opiniami, że takie badania to prowadzą ośrodki w USA, Japonii, NASA czy Europejska Agencja Kosmiczna, więc my nie mamy, czego szukać… Oczywiście, że brakuje nam wielu urządzeń, które są w laboratoriach na Zachodzie, ale to nie oznacza, że powinniśmy zapomnieć o meteorytyce. Mamy spory potencjał i wiele wyników, którymi już możemy się pochwalić. Współpracując z innymi badaczami, jesteśmy w stanie sporo osiągnąć. Poza tym wcale nie jest tak, że w Polsce zaczynamy później niż inni. Pierwszy polski doktorat, który podejmował tematykę meteorytów, został obroniony na AGH już w 1820 roku.

Część swoich badań dr Katarzyna Łuszczek prowadziła w Politechnice Łódzkiej, na Wydziale Chemicznym w Międzyresortowym Instytucie Techniki Radiacyjnej, gdzie pojechała na dwumiesięczny staż w ramach programu „Młoda Kadra”. Dużo czasu spędziła też w Szwajcarii, w Bern Universität, na Wydziale Fizyki, w zespole Space Research & Planetary Sciences, gdzie badała zawartość gazów szlachetnych w próbkach meteorytów.

- A konkretniej: zawartość kosmogenicznych izotopów neonu, czyli gazu, który powstaje w przestrzeni kosmicznej w wyniku oddziaływania wiatru słonecznego – wyjaśnia. – Analizując wyniki, mogłam stwierdzić m.in. ile milionów lat temu meteoryt oderwał się od swojego ciała macierzystego, jaki miał rozmiar przed wejściem w ziemską atmosferę i na jakiej głębokości znajdował się w planetoidzie.

Pracując nad swoją rozprawą doktorską, badaczka poddała analizom 44 meteoryty, głównie znalezione na pustyniach w Omanie i Maroku (tam najłatwiej jest je znaleźć ze względu na brak szaty roślinnej, a także dlatego, że odróżniają się od skał podłoża, jak również bardzo wolno ulegają procesom wietrzenia ze względu na panujący tam skrajnie suchy klimat) i dzięki temu ich ceny są stosunkowo niewysokie), ale także te z Polski. Przeprowadzała nie tylko badania gazów, ale też użyła spektrometru masowego (ICP MS) do przeanalizowania zawartości 59 pierwiastków.

- Moje badania potwierdziły, że takie planetoidy to bardzo cenne złoża polimetaliczne, czyli zawierające nie tylko żelazo i nikiel, ale także kobalt, platynowce czy metale ziem rzadkich, które są cenne i mają perspektywiczne zastosowania – opowiada. – Dowiodły też, że w przypadku ewentualnych planów eksploatacji dowolnej planetoidy, takie wydobycie można by rozpocząć w jakimkolwiek jej miejscu, bo wszędzie występuje taka sama zawartość pierwiastków.

Analizy doktor Łuszczek pokazały bowiem, że niezależnie od tego, czy dany meteoryt przed odłączeniem się od ciała macierzystego znajdował się na jego powierzchni, czy np. pół kilometra pod powierzchnią albo jeszcze głębiej, rozkład pierwiastków w nim nadal będzie taki sam.

- Badania termofizyczne w Łodzi pozwoliły mi natomiast odpowiedzieć na pytanie, na ile zmienia się meteoryt, docierając na Ziemię – dodaje. – Od momentu oderwania się od swojego ciała macierzystego meteoroid krąży w przestrzeni kosmicznej miliony lat. Spadając w atmosferze ziemskiej, tworzy zjawisko świetlne zwane meteorem. Wówczas w jego przypowierzchniowej warstwie zachodzą zmiany wywołane wzrostem temperatury, a wiele meteoroidów nigdy nawet nie dociera do powierzchni Ziemi, bo zwyczajnie spalają się całkowicie w atmosferze. Te, które spadły na powierzchnię naszej planety, nazywamy meteorytami. We wnętrzu zawierają taką samą materię, jak przed wejściem w ziemską atmosferę. Reprezentują więc skały tworzące planetoidy, z których zostały wyrzucone do przestrzeni kosmicznej.

Publikacja po polsku o meteorytach

Część teoretyczną swojego doktoratu badaczka chciałaby opublikować. – Brakuje nam w polskiej literaturze pozycji na temat meteorytów – tłumaczy. – Naukowcy, którzy chcą wejść w tą tematykę, muszą przyswoić sobie bardzo wiele informacji, jak choćby różne klasyfikacje meteorytów. Mam nadzieję, że publikacja w języku polskim, tłumacząca takie kwestie, będzie przydatna dla kolejnych osób, które zechcą się zainteresować badaniem meteorytów.

Naukowcy z W6 są także bardzo zaangażowani w rozwój Polskiego Towarzystwa Meteorytowego. Profesor Przylibski jest jego prezesem, a dr Łuszczek sekretarzem i wiceprezesem. W towarzystwie działają naukowcy i kolekcjonerzy z całej Polski. – Jako badacze staramy się tłumaczyć w przystępny sposób, czym się zajmujemy. Kolekcjonerzy natomiast często udostępniają albo sprzedają nam rzadkie okazy do badań, ale my dzięki nim wiemy, gdzie takich okazów szukać i jak do nich dotrzeć – opowiada dr Łuszczek.

PTMet organizuje konferencje i seminaria, bezpłatnie weryfikuje potencjalne meteoryty i popularyzuje wiedzę o pozaziemskich skałach. Więcej informacji o jego działalności (a także bardzo wiele informacji o samych meteorytach) można znaleźć na stronie towarzystwa.

- Cieszy nas to, że stopniowo nasze środowisko coraz bardziej się integruje, a kolejni badacze zaczynają się interesować tematyką meteorytów. Nie ma nas wielu, ale myślę, że ta liczba będzie rosła – mówi dr Łuszczek. – Mamy już na naszym wydziale kilku studentów, którzy swoje prace inżynierskie czy magisterskie poświęcili meteorytom, wyciągając wnioski o budowie złóż surowców metalicznych na pozaziemskich ciałach Układu Słonecznego. Powstaje też skrypt dla nich na temat surowców pozaziemskich. Mam więc nadzieję, że za kilka lat nie będzie już dla nikogo zdziwieniem, że badamy meteoryty, które stanowią dla nas źródło informacji o genezie i strukturze materii tworzącej pierwsze poza Słońcem obiekty w Układzie Słonecznym, a współcześnie będące składnikami planetoid, komet i planet. Są one dla nas także źródłem informacji o złożach surowców na pozaziemskich ciałach Układu Słonecznego.

Lucyna Róg