Содержание к диссертации
Введение 4
Часть I. ВЕЩЕСТВО МЕТЕОРИТА KAIDUN 16
А. МАТРИЦА МЕТЕОРИТА 19
Глава 1. Углистый хондрит 2-ГО ТИПА 19
Б. КЛАСТЫ, ОБЛОМКИ, ВКЛЮЧЕНИЯ 35
Глава 2. Углистые хондриты 35
(, Углистый хондрит СІ '. 35
Углистый хондрит СМ1 v 40
Богатые Са и А1 включения 62
Глава 3. Энстатитовые хондриты 66
Фрагмент ЕН хондрита с включениями небулярных
конденсатов 67
%
^ Фрагмент ЕН хондрита со следами водного изменения
на родительском теле 94
Фрагмент ЕН хондрита со следами доакреционного
водного изменения 111
Фрагмент EL3 хондрита 134
Глава 4. Энстатитовые агрегаты 142
Энстатитовый агрегат с сульфидно-оксидными включениями.. 142
Сульфидно-энстатитовые агрегаты 155
Глава 5. Кристаллические образования в пустотах 168
Жеода кристаллов никелистого железа 168
Кристаллы оксидов в пустотах 175
Глава 6. Расплавные образования 191
Набрызги на поверхности частиц '. 191
Фрагмент со следами очень быстрого остывания расплава 195
Глава 7. Редкие фосфиды 201
Глава 8. Фрагмент богатого кальцием ахондрита 208
Глава 9. Фрагменты щелочного фракционированного
вещества 221
Фрагмент щелочной породы 221
Класт субщелочной породы 230
Часть П. ПРОИСХОЖДЕНИЕ МЕТЕОРИТА KAIDUN 244
Глава 10. Процессы формирования вещества метеорита 245
Глава 11. Характеристика родительского тела метеорита 255
Глава 12. История формирования метеорита 259
Модели формирования родительского тела метеорита 259
Фобос, краткая характеристика 264
Образование метеорита Kaidun 267
Заключение 270
Список литературы 272
Приложение. Публикации автора по результатам изучения
метеорита Kaidun 297
Введение к работе
Актуальность темы. Метеориты были и, несмотря на интенсивное развитие космических исследований, остаются ключевым, а часто и единственным источником информации о протопланетной и ранней планетной истории Солнечной системы. И изучение любого метеорита расширяет наши знания в этом направлении.
В последние десятилетия при исследовании метеоритного вещества была получена весьма важная и обширная новая информация. Так, практически во всех известных группах хондритов обнаружены обогащенные Са и А1 включения - вероятные реликты досолнечного вещества. Убедительно доказана изотопная гетерогенность . первичного вещества Солнечной системы и выявлен ряд специфических изотопных аномалий. Найдены метеориты лунного и марсианского происхождения. Показано изменение во времени состава поступающих на Землю метеоритов. Идентифицирован ряд новых типов метеоритов, существенных для понимания систематики метеоритов в целом.
Несомненно, этот перечень может быть продолжен. Несомненно также, что в этот перечень должны быть включены результаты, полученные при изучении метеорита Kaidun.
Метеорит Kaidun (рис. 0.1) упал 3 декабря 1980 года в Народной Демократической Республике Йемен (15 с.ш., 48.3 в.д.) на территории советской военной базы и поступил в коллекцию Комитета по метеоритам АН СССР весной 1981 г (обр. 15415). Исследование этого метеорита показывает, что достаточно необычный, экстравагантный способ появления его на Земле был только последним этапом всей чрезвычайно неординарной его истории.
Общая масса метеорита составляла 850 г. Метеорит раскололся при ударе о землю и затем, будучи весьма непрочным, крошился при
Метеорит Kaidun
главная масса
Масштаб 1 см
Рис. 0.1.
транспортировке. Наибольший из сохранившихся кусков размером 10x7x6 см имеет массу 507 г и почти наполовину покрыт корой плавления. Другие обломки, включая многие мелкие, также содержат участки коры плавления, что позволяет считать данный индивидуальный экземпляр метеорита достаточно полно представленным в собранном материале. Следует особо подчеркнуть, что метеорит был поднят сразу после наблюдавшегося падения. Это в значительной степени исключает возможность образования земных минералов в результате окисления, гидратации, гидролиза и т.д.
По структуре метеорит Kaidun является сложной хондритовой брекчией.
Брекчированность - одна из характерных особенностей многих каменных метеоритов, в том числе хондритов, что связано с многочисленными ударными событиями на их родительских телах. Так, по оценкам работы [Вinns, 1967] среди обыкновенных хондритов Н-, L- и LL-групп доля брекчированных разностей составляет соответственно 25, 10 и 62 %. Брекчии обычны среди углистых хондритов и наблюдаются в энстатитовых хондритах [напр., Keil, 1982; Rubin, 1983].
Обычно хондритовые брекчии мономиктовые, и их компоненты различаются только по структурно-петрологическому типу, т.е. по степени ударной и/или термической переработки вещества. Однако многие хондритовые брекчии содержат включения чужеродного вещества, обычно хондритов иных групп, часто обозначаемые как ксенолиты [Keil, 1982; Olsen et al., 1988].
При этом чаще всего наблюдаются класты вещества углистых хондритов 2-го типа, отмеченные как в углистых 3-го типа, так и в обыкновенных хондритах. В углистых хондритах 2-го типа наблюдаются ксенолиты вещества углистых хондритов 3-го типа. Смеси вещества обыкновенных хондритов различных групп достаточно редки. Случаев смешения вещества энстатитовых хондритов с веществом хондритов иных типов не отмечалось.
'<У Метеорит Kaidun кардинально отличается от всех иных известных
метеоритов. Уже на первом, предварительном этапе изучения была показана экстремально высокая гетерогенность этого метеорита, который содержит смесь "несовместимых" типов метеоритного вещества - углистых и энстатитовых хондритов, т.е. соответственно наиболее окисленных и наиболее восстановленных представителей метеоритного вещества [Иванов и др., 1984; 1985]. В ходе дальнейших исследований разнообразие представленного в метеорите вещества было существенно расширено.. Практически как минимум каждый второй изученный шлиф этой гетерогенной хондритовой брекчии содержит новые литологические разновидности вещества, не наблюдавшиеся ранее в этом метеорите, а зачастую и во всех других (рис. 0.2). И эта особенность является одной из существенных трудностей и, одновременно, привлекательных сторон исследования метеорита Kaidun.
О высокой степени разнообразия вещества метеорита свидетельствует, например, богатство его минерального состава - в нем идентифицировано более 60 минеральных фаз, в том числе ряд редких и новых (табл. 0.1).
При обобщении данных по химическому, минеральному и изотопному
< составу и структуре всех известных метеоритов - а их общее количество в
настоящее время превышает 22 тысячи названий [Grady, 2000] - Мейбом и Кларк [Meibom, Clark, 1999] пришли к выводу, что они представляют по крайней мере 135 различных родительских тел. В это число входит примерно 108 дифференцированных и примерно 27 примитивных хондритовых тел, включая 13 групп хондритов (энстатитовые EL и ЕН, обыкновенные Н, L и LL, R хондриты, углистые СН, CR, СО, CV, СК, СМ и CI) и 14 малых групп и отдельных уникальных хондритов. Несомненно, эти значения не могут рассматриваться как окончательные и в дальнейшем будут уточняться и изменяться. Столь же несомненно, что метеорит Kaidun не связан ни с одним из этих 135 родительских тел и является представителем нового, ранее не
а» опробованного космического тела.
МетеОрИТ Kaiduil, шлиф #d4
Рис. 0.2.
%
Таблица 0.1. Минеральный состав метеорита Kaidun.
Зерна металла в EH фрагментах
Вещество углистых хондритов
Вещество углистых хондритов
Фрагменты энстатитовых хондритов
Жеода
Фрагмент хондрита
Фрагмент хондрита
Зерна металла в ЕН фрагментах
Фрагменты энстатитовых хондритов
Мелкие зерна в филлосиликатном нодуле
Мелкие ламелли в филлосиликатном нодуле
Мелкие ламелли в филлосиликатном нодуле
Обычен
Вещество углистых хондритов
Вещество углистых хондритов
Зерно в углистой матрице
Фрагменты ЕН хондритов
1 2 3 3 4 5 5 1 3 б 6 б
Са,Мп-найнинджерит
Алабандин
Ольдгамит
Сфалерит
Хейдеит
Джерфишерит
Na-сульфид
Шолхорнит
Добреелит
Fe-Сг-сульфид
Фторапатит
Гидроксилапатит
Кальцит
Доломит
Магнетит
Хромит
Шпинель
Гибонит
Перовскит
(Mg,Mn,Fe,Ca)S (Са~5, Мп~18 wt %)
(Mn,Fe,Mg)S
(Fe,Cr)(Ti,Fe)2S4
K5(Cu,Na)(Fe,Ni)i2(S,Cl)14
Na2S2
Nao.3(H20)[CrS2]
FeCr2S4
FeCr2S4.nH20
Ca5(P04)3(F)
Ca5(P04)3(OH)
СаСОз
CaMg(C03)2
Fe304
FeCr204
MgAl204
CaAi20i9
СаТіОз
Нодули в сульфидно-энстатитовых агрегатах 9
Фрагменты EL хондритов 3
Мелкие зерна во фрагменте ЕН хондрита 10
Зерно во фрагменте EH хондрита 10
Нодули в сульфидно-энстатитовых агрегатах 9
Зерно во фрагменте ЕН хондрита 3
Мелкие включения в металлических нодулях ЕН 11
фрагмента
Мелкие включения в металлических нодулях ЕН 11
фрагмента
Зерно во фрагменте ЕН хондрита 20
Фрагменты ЕН хондритов 3
Богатые щелочами фрагменты 12
Фрагмент СМ1 хондрита 7
Преимущественно вещество углистых хондритов 13
Вещество углистых хондритов 13
Вещество углистых хондритов 7
Фрагмент хондрита 16
САІ 14
САІ 14
САІ 14
%
%
*
Таблица 0.1 (продолжение)
М,А1-гидрооксид
Мелинит
Андрадит
Меланит (Ті-андрадит)
Quartz
Кристобалит
Оливин
Форстерит
Энстатит
Диопсид
Эндиопсид
Пижонит
Авгит
Реддерит
Альбит
Анортоклаз Плагиоклаз Энигматит
5(Mg,Fe)O.Al203.nH20
Ca2(Mg,Al)(Si,Al)207
Ca3Fe2(Si04)3
Ca3Fe2(Si04)3 (Ti02 ~3 wt %)
Si02
Si02
(Mg,Fe)2Si04
Mg2Si04
Mg^Oe
CaMgSi206
En68Wo32
En47Fs43WolO
En24Fs32Wo36
(Na,K)2Mg5Sii203o
NaAlSi308
(Na,K)AlSi308
AbnAn(l-n)
Na2Fe2+5TiSi602o
Таблица 0.1 (окончание)
Вилкинсонит Арфведсонит Серпентин Кронштедтит - greenalite
Сапонит
Тальк
Клинохлор
Гершелит
Водный силикат железа
Na2Fe2+4Fe3+2Si602o
(Na,Ca)(Mg,Fe2+)Fe3+Si8022(OH)2
(Mg,Fe)6Si40io(OH)8
Fe2+2Fe3+(SiFe3H)05(OH)4 -
- (Fef+,Fe3+)2.3Si2Fe3+)05(OH)4 (Ca,Na)o.3(Mg,Fe)3(Si,Al)40,o(OH)2.H20
(Mg,Fe)3Si40,o(OH)2 (Mg,Fe2+)5Al(Si3Al)0,o(OH)8 (Na,Ca,K)AlSi206.3H20 FeSi03.nH20
Примечания:
- первое обнаружение в метеоритах; - первое обнаружение в природе.
Источник: 1 - Grokhovsky and Ivanov, 1986; 2 - Fisenko et al., 2000; 3 - Иванов и др.,., 1986; 4 - Иванов, 1989b; 5 - Ivanov et al., 2000b; 6 - Ivanov et al., 2000a; 7 - Zolensky etal., 1996; 8 - Kurat, личное сообщение; 9 - Kurat etal., 1997; 10-Иванов и др., 1997; 11 - Ivanov et al., 1996; 12 - Ivanov et al., 2003; 13 - Weisberg et al., 1994; 14 - MacPherson et al., 1994; 15 -Brandstatter et al., 1998; 16 - Brandstatter et al., 1996; 17 - Ivanov et al., 2001; 18 - Zolensky et al., 1991; 19 - Иванов и др., 1998; 20 - Иванов, неопубликованные данные; 21 - Zolensky, неопубликованные данные.
Цель и задачи работы. Основная проблема в понимании природы метеорита Kaidun состоит в присутствии здесь многочисленных и чрезвычайно разнородных фрагментов. Соответственно, основная цель исследования этого метеорита заключается в выявлении механизма или механизмов вхождения этих фрагментов в родительское тело метеорита и, в оптимальном случае, определении родительского тела. Очевидно, реальными путями решения этой проблемы является изучение отдельных компонентов метеорита, что и было конкретной задачей автора.
Научная новизна работы определяется следующими ее результатами: Детально изучен метеорит нового типа. При этом:
- Идентифицирован ряд новых минеральных фаз, в том числе
первый природный сульфид щелочного металла Na2S2, продукт небулярной конденсации;
водный силикат железа FeSi03.nH20, продукт небулярного газового метасоматоза;
гидрооксид 5(Mg,Fe)O.Al203.nH20, результат отложения из горячих растворов;
высокотемпературный Са-найнинджерит (Mg,Mn,Fe,Ca)S;
новый минерал флоренскиит FeTiP - первый природный фосфид
литофильного элемента.
- Впервые в метеоритах обнаружены энигматит (Na2Fe2+5TiSi602o) и
вилкинсонит (Na2Fe $е гБібОм) - характерные минералы щелочных пород.
- Выявлены ранее неизвестные типы метеоритного вещества:
- энстатитовые агрегаты с включениями сульфидов, образовавшиеся в
результате агломерации небулярных конденсатов;
- неравновесный энстатитовый хондрит группы L (EL3).
- Предложен новый для метеоритов тип процесса - перенос вещества в
карбонильной форме и отложение при истечении в трещину; результатом процесса было образование жеоды кристаллов мартенсита.
^ - Показано, что процессы водного изменения вещества имели место как на
доаккреционной стадии, так и в родительских телах; предложены критерии распознавания продуктов изменения никелистого железа в этих процессах.
Практическое значение. Полученные автором данные могут быть использованы при планировании и проведении космических полетов на Фобос и другие тела Солнечной системы, имеющие углисто-хондритовый состав.
Структура работы. Диссертация состоит из 12-ти глав, объединенных в 2 части, введения и заключения. В первой части (главы 1-9) приводится характеристика различных компонентов, слагающих метеорит. Во второй части (главы 10-12) рассмотрены процессы формирования компонентов метеорита и характеристики его родительского тела, а также высказано предположение о вероятной природе последнего. В работе приведено 48 таблиц и 71 рисунок.
^ Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 79 печатных
работ, в том числе статьи в тематическом сборнике Метеоритика и в журналах Геохимия, Доклады АН СССР, Meteoritics & Planetary Science, American Mineralogist. Результаты исследований были представлены на ряде отечественных и международных симпозиумов и конференций, в том числе на 27-м Международном геологическом конгрессе (Москва, 1984), Всесоюзных конференциях по метеоритике (Черноголовка, 1984; Таллин, 1987; Черноголовка, 1994), Всесоюзном симпозиуме по стабильным изотопам в геохимии (Москва, 1984), Международных конференциях по исследованию Луны и планет (Хьюстон, 1984-1989, 1991-1997, 1999-2001), Конференциях Метеоритного общества (Бурже,1985; Копенгаген; 1992, Вейл, 1993; Прага,
І» 1994; Вашингтон, 1995; Берлин, 1996; Гавайи, 1997; Дублин, 1998;
Иоханесбург, 1999; Чикаго, 2000; Рим, 2001),. Рабочей группе по
модификации хондритового вещества (1997, Майами), 30-м микросимпозиуме по сравнительной планетологии (Москва, 1999), Научной школе "Щелочной магматизм Земли" (Москва, 2001).
Работа выполнена в лаборатории сравнительной планетологии и метеоритики — космохимии и метеоритики - метеоритики Института геохимии и аналитической химии им.В.И.Вернадского РАН.
С глубокой благодарностью автор вспоминает своего учителя КЛ.Флоренского. Моя искренняя благодарность коллегам - В.А.Алексееву, А.А.Арискину, Д.Д.Бадюкову, А.Т.Базилевскому, Л.Д.Барсуковой, А.М.Бычкову, Б.А.Иванову, Л.Л.Кашкарову, Н.Н.Кононковой, Л.Д.Кригману, В.П.Крючкову, Р.О.Кузьмину, Л.Ф.Мигдисовой, М.А.Назарову, М.И.Петаеву, А Л.Скрипник, И. А.Строганову, А. А.Ульянову, В.И.Устинову, А.В.Фисенко, Ю.И.Сидорову, Н.Р.Хисиной, Т.В.Шингаревой, Ю.А.Шуколюкову, О.ИЛковлеву и многим другим - за плодотворное сотрудничество и дружеское участие. Автор выражает признательность С.М.Александрову, В.С.Сафронову, В.С.Урусову, И.Л.Ходаковскому, А.АЛрошевскому за полезные дискуссии по темам, затронутым в работе. Автор благодарен Э.М.Галимову за плодотворные дискуссии и поддержку этого исследования. Автор благодарит зарубежных коллег Ф.Брандштеттера, М.Золенского, Г.Курата, Г.Макферсона за конструктивное сотрудничество.
Работа была поддержана грантами Международного научного фонда (M9R000, M9R300) и Российского фонда фундаментальных исследований (95-05-14547, 97-05-64378, 01-05-64239), в которых автор являлся руководителем.
ЧАСТЬ I ВЕЩЕСТВО МЕТЕОРИТА KAIDUN
Важнейшей особенностью метеорита Kaidun является уникальное разнообразие слагающих его компонентов. Здесь идентифицированы фрагменты углистых и энстатитовых хондритов различных химических групп и петрологических типов, многочисленные расплавленные класты, а также ряд образований и типов вещества, ранее в метеоритах не наблюдавшихся.
Брекчиевая структура метеорита Kaidun и присутствие в нем большого количества разнообразных фрагментов часто очень малого размера в значительной степени определили выбор методов исследования вещества этого уникального метеорита. Так, во многих случаях исследование отдельных типов вещества было ограничено только одним фрагментом в шлифе или аншлифе, что, естественно, сильно затрудняло, а иногда просто исключало получение необходимой информации.
Основными методами исследования были традиционные методы оптической и сканирующей электронной микроскопии (SEM) и метод рентгеноспектрального микроанализа. Для отдельных проб и фрагментов были использованы также классический метод мокрой химии и метод инструментального нейтронно-активационного анализа, метод ионного зонда, рентгеноструктурные методы, в том числе с использованием синхротронного излучения, метод просвечивающей электронной микроскопии, методы
определения изотопного состава благородных газов, кислорода и водорода, метод ЯГР спектрометрии.
В таблице 0.2 приведен список отдельных компонентов метеорита, изученных к настоящему времени. Их характеристики приводятся ниже (главы 1-9).
В работе использована следующая система нумерации проб и фрагментов.
Из выборки фрагментов матрицы CR метеорита и включений CI весом по 3 г каждая, отобранных по морфологическим признакам из материала, раздробившегося естественным путем, были приготовлены усредненные пробы #22 и #23 соответственно (дробление до фракции 0.5 мм), а также выделены фрагменты для шлифов с этими номерами. Аналогичная проба #24 была приготовлена из части крупного фрагмента типа EL3. Аликвоты усредненных проб были использованы для изучения вещественного состава различными методами [Иванов и др., 1986].
В большинстве случаев для исследования использовались отдельные мелкие фрагменты из материала, раздробившегося естественным путем. Номер таких фрагментов состоит из двух частей, разделенных точкой. Первая часть обозначает номер выборки, вторая - номер фрагмента в данной выборке. Обычно такие фрагменты использовались только для приготовления шлифов. В отдельных случаях для более крупных фрагментов часть вещества выделялась для других исследований, например, для определения изотопного состава кислорода.
Из отдельного крупного фрагмента метеорита (#d) при последовательной распиловке были приготовлены большие (до 2.5 см в поперечнике) шлифы. Отдельные фрагменты в пределах каждого из таких шлифов обозначается латинской буквой, например, #d4A.
Таблица 0.2. Метеорит Kaidun - идентифицированные типы вещества.
Хондрит углистый С2 аномальный
Хондрит углистый С1 аномальный
Хондрит углистый СМ 1 аномальный
Богатое Са и А1 метаморфизованное включение
Хондрит энстатитовый ЕН с включением небулярных конденсатов
Хондрит энстатитовый ЕН со следами водного изменения на родительском теле
Хондрит энстатитовый ЕН со следами до-и пост-аккреционного водного изменения
Хондрит энстатитовый EL3
Энстатитовый агрегат с сульфидно-оксидными включениями
Сульфидно-энстатитовые агрегаты
Жеода кристаллов металлического железа Фрагмент с кристаллами Mg-Al-оксидов
Набрызги на поверхности частиц
Фрагмент со следами очень быстрого остывания расплава
Фрагмент с редкими фосфидами Ахондрит-винонаит, переплавленный
Фрагмент щелочной породы
Фрагмент субщелочной породы, частично переплавленный
Матрица метеорита Многочисленные фрагменты #01.3.18 #53.14
#01.3.06
#40.7.1
#02.04
#40.24.1
#d2C-
#dlL, #d2B, #d6R
#d3A
#53.02, #58.02, #53.15 #d3C
#53.10
#58.08
#d4A #d(3-5)D
А. МАТРИЦА МЕТЕОРИТА
