Нікелисте залізо звичайних хондритів як індикатор умов утворення та еволюції материнських тіл метеоритів
Характеристика впливу ударного метаморфізму на нікелисте залізо в материнських тілах хондритів. Особливості формування зерен Fe,Ni-металу в протопланетній туманності. Дослідження наявності ударних прожилок та пилоподібних структур плавлення троїліту.
Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
Вид | диссертация |
Язык | украинский |
Дата добавления | 02.10.2018 |
Размер файла | 1,9 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
УДК 523.681
04.00.20 - мінералогія, кристалографія
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук
Нікелисте залізо звичайних хондритів як індикатор умов утворення та еволюції материнських тіл метеоритів
Кичань Наталія Володимирівна
Київ - 2016
Зміст
Вступ
Розділ 1. Загальна характеристика нікелистого заліза в метеоритах
1.1 Історичні відомості про перші знахідки залізних метеоритів на Землі
1.2 Структурно-мінералогічні особливості нікелистого заліза в хондритах
1.3 Умови утворення нікелистого заліза хондритів
1.4 Вплив ударного метаморфізму на нікелисте залізо в материнських тілах хондритів
Розділ 2. Об'єкти та методи дослідження
Розділ 3. Структурно-мінералогічні особливості нікелистого заліза у вуглистих ксенолітах та в звичайних хондритах
3.1 Особливості будови і складу нікелистого заліза в примітивних метеоритах
3.2 Особливості будови і хімічного складу нікелистого заліза в звичайних хондритах
Розділ 4. Допланетна історія нікелистого заліза у вуглистих ксенолітах та звичайних хондритах
4.1 Характер ударно-метаморфічних перетворень зерен Fe,Ni-металу в материнських тілах вивчених хондритів
Висновки
Список використаних джерел
Вступ
Актуальність теми. Метеорити є єдиними доступними для безпосереднього вивчення космічними зразками, які вміщують важливу інформацію про ранні процеси розвитку протопланетної туманності, акрецію материнських тіл метеоритів і планетозімалей, а також особливості формування Землі та її мінеральних ресурсів. Дослідивши структурно-мінералогічні та хімічні особливості примітивних та звичайних хондритів, можна прослідкувати найважливіші етапи диференціації речовини газопилової туманності, фракціонування її на метал-силікатні складові, визначити первісний хімічний склад нашої планети та закономірності розподілу в ній корисних копалин.
Одним із найважливіших та найпоширеніших мінералів метеоритів є нікелисте залізо, тобто Fe,Ni-метал, який представлений камаситом і тенітом. Завдяки пластичним властивостям зерна нікелистого заліза, на відміну від інших мінералів, не були зруйновані в складних умовах газопилової протопланетної туманності та зберегли інформацію про найважливіші фізико-хімічні процеси в ній.
В результаті зіткнень материнських тіл метеоритів в поясі астероїдів, нікелисте залізо зазнало суттєвих ударно-метаморфічних змін, вивчення яких дозволяє вияснити поведінку мінералів в екстремальних умовах, механізми формування нових високобаричних мінералів, що має безпосереднє відношення до створення нових експериментальних матеріалів із заданими властивостями, а також умови утворення корисних копалин в астроблемах Землі.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційне дослідження є важливою складовою досліджень відділу космоекології та космічної мінералогії за фундаментальними темами: «Мінералогія та генезис пилової компоненти протопланетної туманності» (2006-2010 рр.) та «Мінералогічні критерії умов утворення та еволюції метеоритної речовини» (2011-2015 рр.).
Мета і задачі дослідження. Визначити умови утворення та еволюції нікелистого заліза у вуглистих та звичайних хондритах.
Для досягнення мети поставлено такі задачі:
1. Визначити особливості будови, мінерального та хімічного складу зерен нікелистого заліза у вуглистих ксенолітах примітивних хондритів Allende (CV3) і Кримка (LL3.1).
2. Встановити структурно-мінералогічні та хімічні особливості зерен нікелистого заліза в матриці звичайних хондритів Кримка (LL3.1), Оленівка (L5), Біла Церква (H5-6), Жигайлівка (LL6), Білокриниччя (H4), Галків (H4), Княгиня (L5), Грузьке (H4) і Челябінськ (LL5), які характеризуються різним ступенем ударно-метаморфічного перетворення.
3. Класифікувати досліджені метеорити за ступенем ударно-метаморфічних перетворень нікелистого заліза в материнських тілах хондритів.
Об'єкт дослідження - зерна нікелистого заліза у вуглистих ксенолітах примітивних хондритів та в матриці звичайних хондритів
Предмет дослідження - структурно-мінералогічні та хімічні характеристики зерен нікелистого заліза у вуглистих ксенолітах примітивних хондритів Allende (CV3) і Кримка (LL3.1) та матриці звичайних хондритів Кримка (LL3.1), Оленівка (L5), Біла Церква (H5-6), Білокриниччя (H4), Жигайлівка (LL6), Галків (H4), Княгиня (L5), Грузьке (H4) і Челябінськ (LL5), які знаходяться в метеоритній колекції Національного науково-природничого музею НАН України.
Методи дослідження. Для попередніх структурних досліджень було використано бінокуляр та рудний мікроскоп. Для детальних структурних досліджень - сканувальний електронний мікроскоп з режимом роботи у відбитих і вторинних електронах. Для визначення хімічного складу - енерго-дисперсійна приставка до електронного мікроскопу та хвильового спектрометра до електронного мікроаналізатора. Отримані дані по хімічному складу вивчених мінералів оброблено у програмі Microsoft Excel.
Наукова новизна результатів дослідження:
1. Визначено структурно-мінералогічні та хімічні характеристики зерен нікелистого заліза у вуглистих ксенолітах примітивних хондритів Allende і Кримка, а також в матриці хондритів Кримка, Оленівка, Біла Церква, Білокриниччя, Жигайлівка, Галків, Княгиня, Грузьке і Челябінськ.
2. Виявлено домінування зерен нанометричного розміру над мікрометричними у вуглистих ксенолітах, що свідчить про пріоритетність процесів акреції на ранніх етапах розвитку протопланетної туманності і має безпосереднє відношення до формування материнських тіл метеоритів.
3. Виявлені структурно-мінералогічні та хімічні особливості зерен Fe,Ni-металу у недостатньо вивчених хондритах Галків, Грузьке та Челябінськ, які відносяться до останніх падінь та знахідок метеоритів.
4. У матриці хондритів Галків та Біла Церква діагностовано рідкісні зерна вюститу, які свідчать про високо відновні умови в ударно-метаморфічно перетвореній речовині метеоритів.
5. В хондриті Княгиня знайдено та вивчено рідкісні ліофільні структури, що є ознакою миттєвого високотемпературного переплавлення окремих силікат-метал-троїлітових частин хондритової речовини внаслідок інтенсивного ударно-метаморфічного перетворення.
6. На підставі літературних і отриманих даних усі досліджені метеорити розподілено за ступенем ударно-метаморфічної зміни нікелистого заліза в материнських тілах хондритів згідно з сучасною міжнародною класифікацією.
Наукові положення дисертаційного дослідження:
1. Структурно-мінералогічні особливості зерен нікелистого заліза вуглистих ксенолітів зумовлені головним чином процесами конденсації і акреції в допланетній газопиловій туманності, а звичайних хондритів - ступенем ударно-метаморфічного перетворення в материнських тілах хондритів.
2. Морфологія, розмір і характер розподілу нано- і мікрозерен Fe,Ni-металу у вуглистих ксенолітах є наслідком «м'якої» акреції пилових зерен нікелистого заліза, підвищена акреційна здатність яких зумовлена їх нанометричними розмірами.
3. Виявлені у вивчених звичайних хондритах ознаки складних ударно-метаморфічних перетворень є наслідком неодноразових зіткнень материнських тіл хондритів в доземний період їх еволюції.
Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень дозволяють визначити умови утворення зерен нікелистого заліза в протопланетній туманності та в материнських тілах метеоритів. Ці результати можуть бути використані для навчальних посібників і викладення матеріалу під час читання лекцій у вищих навчальних закладах. Дослідження впливу ударного метаморфізму на метеорити допоможе оцінити зміни в земних астроблемах та умови формування в них корисних копалин, таких як імпактні алмази та будівельні матеріали.
Особистий внесок здобувача. Окремі публікації за темою дисертації надруковано у співавторстві з Семененко В.П., Гіріч А.Л., Ширінбековою С.Н. та Сливінським В.М. У роботах [5, 32] автору належать аналіз попередніх досліджень та публікацій, відбір об'єкту дослідження та участь у формулюванні висновків. У роботах [30, 54] за участю автора виконані оптично- та електронно-мікроскопічні дослідження,мікрозондові аналізи та сформульовані висновки. У роботах [31, 32, 6] за участю автора виконані вибір зразків метеоритів для дослідження; пошук та відбір зерен нікелистого заліза з дрібної мінеральної фракції, електронно-мікроскопічне дослідження та узагальнення усіх одержаних даних.У роботах [12,13, 14, 15, 16] автору належать розробка плану виконання всіх структурно-мінералогічних та хімічних досліджень метеоритів, вибір об'єкту дослідження, виконано збір літературних даних, оптично- та електронно-мікроскопічне дослідження зерен нікелистого заліза, визначено хімічний склад зерен нікелистого заліза та включень в них та формулювання висновків.
Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень було представлено на міжнародних наукових конференціях: 68а міжнародна конференція метеоритного товариства (27.07.2005 - 01.08.2005; Теннессі, США); VII з'їзд Українського мінералогічного товариства (3-4 жовтня 2006 р., Київ, Україна); “Сучасні проблеми теорії і практики наук про Землю і перспективи їх розвитку”, (12-13 травня 2009 р. КНУ ім. Т.Шевченко, Київ, Україна); “Мінералогія та мінерагенія Карпатського регіону” (1-3 жовтня 2009 р. Мукачеве-Чинадієве, Україна); наукова конференція присвячена 65-річчю геологічного факультету Львівського національного університету імені Івана Франка “Стан і перспективи сучасної геологічної освіти та науки”, (13-15 жовтня 2010 р. Львів, Україна); VIII з'їзд Українського мінералогічного товариства (4-5 жовтня 2011 р., ІГМР НАН України, Київ, Україна); сьомі наукові читання імені академіка Євгена Лазаренка, присвячені 100-річчю від дня його народження, на тему “Розвиток ідей Є.К. Лазаренка в сучасній мінералогії”; (13-16 вересня 2012 р., Мукачеве-Чинадієве, Україна); міжнародна наукова конференція “Фундаментальне значення і прикладна роль геологічної освіти і науки (присвячена 70-річчю геологічного факультету Львівського національного університету імені Івана Франка) (7-9 жовтня 2015 р., Львів, Україна); міжнародна наукова конференція “Природничі музеї та їх роль в освіті і науці”, (27-30 жовтня 2015 р., м. Київ, Україна); наукова конференція з міжнародною участю “Геохронологія та рудоносність докембрію та фанерозою” (до 110 річниці від дня народження академіка АН УРСР Семененка Миколи Пантелеймоновича) (17-18 листопада 2015 р., м. Київ, Україна).
Публікації. За результатами досліджень у вітчизняних та закордонних журналах опубліковано 12 наукових статей та 6 тез доповідей, представлених на міжнародних конференціях у Сполучених Штатах Америки, Великій Британії, Україні.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, висновків,списку використаних джерел (79 найменувань); містить 103 сторінок тексту, 40 рисунків та 15 таблиць; загальний обсяг - 114 сторінок.
Щира подяка академіку НАН України О.М. Пономаренку за підтримку роботи.
Автор щиро вдячний науковому керівникові - професору, доктору геол.-мін. наук Вірі Пантелеївні Семененко за формування наукового світогляду, а також за допомогу у процесі узагальнення отриманих результатів дослідження та написання тексту дисертації. Також автор вдячний В.М. Сливінському - за технічну допомогу у проведенні електронно-мікроскопічних та енергодисперсійних досліджень; В.Б. Соболєву - за технічну допомогу у виконанні та обробці результатів мікрозондових досліджень та всім співробітникам відділу космоекології та космічної мінералогії. за допомогу при виконанні та написанні дисертаційної роботи.
Розділ 1. Загальна характеристика нікелистого заліза в метеоритах
1.1 Історичні відомості про перші знахідки залізних метеоритів на Землі
Перший запис про падіння метеоритів датується 2133 роком до н.е.. В «Бамбукових анналах» описано метеоритний дощ в Китаї на території сучасної провінції Хенань. Для більшості народів метеорити були предметами культового поклоніння, проте з нікелистого заліза в стародавньому Єгипті виготовляли прикраси та зброю. В ті часи залізо навіть вважалося дарунком богів. Про це свідчить перша назва заліза «сідер» в перекладі з грецької і латинської мов означає «небесний, зоряний». У 1911 році на кладовищі поблизу Каїра було знайдено 9 трубочкоподібних намистин. Проведені дослідження показали, що вони мають відманштеттенову структуру і містять біля 30 % нікелю [58]. Ця знахідка на даний момент є найдавнішою, оскільки її вік було визначено як 3300 років до н.е. Однією з найвідоміших знахідок є кинджал із метеоритного заліза у царському могильнику Мескаламдуга в місті Ура в Месопотамії, датований серединою 3 тисячоліття до нашої ери. Також предмети з метеоритного заліза знаходили у Південному Уралі та Південному Сибіру у третьому тисячолітті до нашої ери, а у Китаї такі предмети відносяться до періоду династії Чжоу [17]. Усі ці предмети є знахідками з багатих поховань правителів. Отже, в ті часи перше залізо було надзвичайно цінним та рідкісним матеріалом.
1.2 Структурно-мінералогічні особливості нікелистого заліза в хондритах
Нікелисте залізо належить до головних мінералів метеоритів та присутнє у вигляді дрібних розсіяних зерен в усіх типах та класах хондритів [10, 11]. Серед непрозорих мінералів метеоритів воно є найбільш розповсюдженим і в хондритах його вміст може сягати 25 % їхньої ваги [9,20].
Виділяють такі мінерали нікелистого заліза: камасит (б-FeNi), теніт (г-FeNi) та їх тонкі зростки - плесит [18]. На відміну від теніту, камасит є домінуючим мінералом в залізних і залізо-камяних метеоритах. В хондритах він належить до другорядних мінералів, але за кількість також переважає над тенітом. Свою назву камасит отримав в 1861 році від вченого С. Рейхенбаха [44]. В перекладі з грецької «камас» означає стержень, балка, тому його іноді називають балочним залізом. Він характеризується об'ємноцентрованою кубічною кристалічною решіткою (bcc). Колір камаситу на свіжому зламі сріблясто-білий, блиск металічний. Характерними особливостями камаситу є його високі ковкість та магнітність [21, 52]. Його твердість становить 4, а щільність - 7,3-7,8. Мікротвердість 164-190 кгс/мм2. Вміст Ni в камаситі становить 4-7,5 мас. %.
В залізних метеоритах, зокрема в октаедритах, камасит міститься у вигляді монокристалічних зерен, що мають форму балок та пластинок, деякі товщиною декілька сантиметрів. Структуру октаедритів визначають зростки цих камаситових пачок і балок. Саме пачки пластинок, що паралельно зрослися, розташовуються відносно одна до одної під кутами, які характерні для кутів між ребрами октаедра. Також в октаедритах камасит міститься у вигляді неправильних окремих зерен, від мікронних розмірів до декількох сантиметрів. Камасит в октаедритах містить включення шрейберзиту, добреєліту, силікатів та інших мінералів. [39]
В іншому класі залізних метеоритів - гексаедритах - камасит присутній у вигляді великих зерен, які характеризуються спайністю, паралельною граням куба. В основному гексаедрити складені монокристалами камасита. Зернистих гексаедритів відомо значно менше. Розміри агрегатів кристалів, що їх складають змінюються від мікронних до сантиметрових кристалів.
Оскільки атаксити бувають низько- та високонікелисті, то і структура у них двох типів. У першому випадку - тонкозерниста, іноді з неймановими лінями, у другому - плеситова [7].
В паласитах камасит виконує роль «губки», в якій містяться кристали олівіна, іноді хроміта або інших мінералів. Він має таку ж структуру як і октаедрити, ширина балок від декількох десятків мікрон до декількох міліметрів. Також широко розповсюджена плеситова структура та камасит у вигляді кульок, прожилок, віскерсів, зерен неправильної форми всередині зерен олівіну або на контакті зерен олівіну і металу. В іншому типі залізокамяних метеоритів камасит міститься у вигляді окремих доволі крупних, жовноподібних зерен та характеризується відманштеттеновою структурою [7].
В хондритах камасит в основному діагностують у вигляді окремих зерен та в асоціації з силікатами, троїлітом, тенітом, плеситом, хромітом та ільменітом [8, 49]. Вміст нікелистого заліза та нікелю в металі хондритів визначається за правилом Г.Прайора: 1. Чим менша кількість нікелистого заліза в хондриті, тим вище в ньому співвідношення Ni/Fe; 2. Чим менша кількість нікелистого заліза в хондриті, тим вище співвідношення FeO/MgO в залізомагнезіальних силікатах. За вмістом нікелистого заліза, а також за вмістом Fe в силікатах звичайні хондрити Ван Шмус та Вуд у 1967 році поділили на три хімічні групи: високозалізисті (Н), низькозалізисті (L), дуже низькозалізисті (LL) [73].
При травленні нікелистого заліза ніталом (розчин азотної кислоти в спирті) виявляють його структуру. Найпоширенішою структурою залізних метеоритів є відманштеттенова структура [55], яка є результатом дуже повільного охолодження їх материнських тіл в космосі.
В теніті міститься 25-55 % Ni, кристалічна решітка гранецентрована (fcc). З грецької слово «тайнла» перекладають як стрічка або смужка. Він міститься в хондритах в меншій кількості, ніж камасит. В основному зустрічається у вигляді облямівок та в зростках з камаситом. Дуже рідко діагностують теніт у вигляді дрібних однорідних зерен. В основному теніт має зональну будову. Дослідниками було виділено п'ять зон теніту. Зовнішня зона найбільш збагачена нікелем (більше 40 %), її ширина декілька мікрон. Наступна зона містить 30-40 % Ni і складена плеситом IV типу, ширина - до 10 мкм. Третя зона представлена тенітом з вмістом нікелю 30-25 %, її ширина десятки мікрон. Четверта зона складена мартенситом і містить 15-25 % Ni. П'ята (центральна) зона вміщує менше 15 % Ni та складена плеситом ІІІ типу. Зазвичай теніт містить від двох до чотирьох зон, тому він характеризується М-подібним профілем розподілу нікелю. Твердість 4,5-5, щільність 7,8-8,2. При травленні ніталом чистий (не зональний) теніт залишається без змін.
Дослідники поділяють плесит за будовою на грубоструктурний (І, ІІ, ІІІ типи) та тонкоструктурний (IV тип) [45, 52]. Структурні особливості першого досліджують в основному під оптичним мікроскопом. Окремі фази другого не можливо розрізнити під оптичним мікроскопом, тому для його дослідження використовують електронний мікроскоп. Розглянемо більш детально структуру плеситу.
Утворення плеситу в металі відбувається при охолодженні двома шляхами: або при перетворенні теніту (г>б+г) в процесі повільного зниження температури материнського тіла метеориту, або при розпаді плеситу мартенситового типу (б2>б+г) після повторного нагрівання метеориту. Відмінності в умовах утворення плеситу обумовили відмінності їхньої будови. Плесит, який утворився при перетворенні теніту, називають плеситом типу І. Він характеризується тим, що між щойно утвореними кристалами камаситу і єдиною матрицею теніту існує кристалічний зв'язок. Структура плеситу І відповідає відманштетеновій структурі октаедритів. Розміри камаситових пластин в них залежать від вмісту Ni та швидкості охолодження. Чим вище вміст Ni, тим тонкіша структура плеситу. Повторне нагрівання або проходження ударної хвилі спричинює перетворення відманштеттенової структури плеситу на рівноважний плесит мікрографічної структури [40].
При швидкому охолодженні (нерівноважна кристалізація) в г-твердому розчині утворюється б-твердий розчин такої ж концентрації. Фактично серед гранецентрованих решіток теніту виникають перенасичені нікелем об'ємноцентровані решітки камаситу. Цей шлях перетворення є бездифузійним (зсувний), а такі утворення в залізо-нікелевих сплавах названі мартенситом (по аналогії з мартенситом системи Fe-C), або плеситом типу ІІ (фаза б2). Перенасичений нікелем камасит характеризується тетрагональним викривленням решітки та має форму голок або пластинок. В зв'язку з цим характерною ознакою мартенсита є його голчаста або пластинчаста структура.
Плесит, який утворився внаслідок розкладення мартенситу, тобто плеситу типу ІІ (б2>б+г), названий плеситом типу ІІІ і представляє собою рівноважну суміш камаситу і теніту, які виникли одночасно. Утворення його проходить аналогічно до утворення евтектичних структур. На відміну від плеситу типу І, кожна частинка камаситу і теніту в плеситі типу ІІІ представлена окремими кристалами. Між кристалами камаситу і теніту існує орієнтовний зв'язок по типу Курдюмова-Закса, а також по типу Нішияма [50].
Тонкоструктурний плесит присутній лише в зоні теніту, яка містить 30-40 % Ni та названий плеситом IV типу. Незважаючи на відносно високий вміст нікелю, ця зона плеситу сильно травиться ніталом. Це обумовлено тонким проростанням камаситу і теніту та впливом кислоти на їх границі. Електронно-мікроскопічні дослідження показали, що цей плесит має мікроплямисту будову і складений найтоншими округлими утвореннями теніту, діаметром менше 0,05 мкм, які більш-менш рівномірно розташовані в камаситі. Утворення камаситу і теніту в плеситі IV типу є взаємно проникаючими кристалами, між n • 100 елементарними комірками яких існує орієнтований зв'язок по типу Курдюмова-Закса [7].
В хондритах величина частинок нікелистого заліза змінюється в межах 1,5х0,85 - 0,002х0,2 мм. Зі зміною розміру змінюється форма частинок металу. За формою зерен нікелисте залізо поділяють на такі різновидності: 1) ксеноморфні, часто амебоподібні - найбільші частинки; 2) зерна, близькі до ізометричних, кути їх в різній мірі згладжені - середні за розмірами; 3) краплеподібні - найменші частинки [25]. Перші два типи зерен зустрічаються в матриці, а третій - переважно в хандрах хондритів. Із збільшенням петрологічного типу характерне поступове ускладнення форми металу в хондритах. Форма зерен нікелистого заліза, склад фаз та характер розподілу хімічних елементів в теніті також ускладнюється із підвищенням ступеня рівноважності речовини хондритів. Для більш детального дослідження структури зерен Fe,Ni-металу поліровані шліфи протравлюють 5 % ніталом (розчин азотної кислоти в спирті) протягом декількох секунд. Ксеноморфні частинки нікелистого заліза дуже схожі на уламки. Після протравлення ніталом добре видно, що вони складені монокристалічним чи полікристалічним камаситом або мають більш складну будову. В камаситі добре виражені нейманові лінії, які в багатьох випадках деформовані. При більш складній будові зерно складено камаситом із включенням теніту. Теніт присутній у вигляді облямівок або у вигляді полікристалічного агрегату з плеситовою серцевиною у кожному кристалі з цього агрегату. Краї камаситу складної будови неправильні, а теніту - рівні. Ці частинки характерні для незмінених або слабкозмінених хондритів. Полікристалічні зерна камаситу характерні для ударно-метаморфізованих хондритів.
Друга різновидність частинок (ізометричні) має заокруглені краї. Представлені вони зернами теніту різної структури: однорідний чистий теніт; теніт з серцевиною плеситу (різний за структурою); теніт із зональною будовою зерен. Два останніх спостерігаються частіше, ніж однорідний. Частинки зерен з зональною будовою складаються із зон чистого теніту та плеситу, які чергуються. Зовні завжди розташований чистий теніт. Чистий теніт і теніт з плеситовою серцевиною характерні для незмінених та слабко змінених хондритів. Зональний теніт спостерігають лише в рівноважних хондритах.
Краплеподібні утворення нікелистого заліза в основному розташовані всередині силікатних хондр. Вони найменші за своїм розміром - десяті, соті частки міліметра. Часто кульки нікелистого заліза зустрічаються всередині троїлітових кульок. Деякі з них складені тенітом, структура кульок полікристалічна. В піроксенових хондрах такі кульки представлені камаситом із загальною системою нейманових ліній. На основі цього можна зробити висновок, що ці кульки є частинками одного кристала [25].
Як показали оптичні та електронно-мікроскопічні дослідження [76], у ряді випадків зерна камаситу і теніту вміщують ряд мікронних включень інших мінералів. Хімічний склад Fe,Ni-металу характеризується наявністю незначної кількості (до 2 мас. %) Co, Cr, P, Cu, Si, S. Кобальт в основному присутній в металі як елемент-домішка в зернах камаситу та в незначній кількості в теніті, тобто, його кількість зменшується зі збільшенням вмісту нікелю в зернах металу. Решта вищевказаних елементів присутні також у вигляді включень, де вони є головними складовими.
За формою включення мінералів в нікелистому залізі можна розділити на два типи: добре сформовані кристали та округлі зерна. Дослідники поділяють включення на два типи: первинні за своїм походженням (утворились при миттєвому охолодженні краплин) та вторинні (мають характеристики, які вказують на розпад в твердому стані) [7]. Для вмісту Со та Р в металі характерна зворотна залежність від вмісту Ni, а для Cr та Cu - пряма. Включення, в яких Cr, P або Si є головними елементами, в більшості хондритів в основному представлені мінералами оксидної групи: хроміт, фосфати і силікати.
По всіх зернах металу нерівноважних хондритів (до типу 3.6) включення розповсюджені більш або менш гомогенно. Вони збільшуються та набувають більш гетерогенного розташування зі зростанням петрологічного типу, досягаючи ~ 20 мкм в типах 4 та 5. Проте, дрібні включення силікатів (кварц, кристобаліт) все ще знаходять в металі петрологічного типу 4 хондритів, іноді з ідіоморфними формами та ідентичної орієнтації для всіх включень. Включення будь-якого типу дуже рідко зустрічаються в металі хондритів 6 типу. [75]
Зупинимось більш детально на різновидах включень. Дрібні включення складені безкисневими мінералами, хімічний склад яких через їх розмір (< 1 мкм) не можливо визначити. Це можуть бути сульфід хрому (добреєліт?), фосфід хрому, залізо-нікелевий фосфід (шрейберзит) та силіцидами (перриїт?). Фосфати представлені декількома різновидами, які були відомі до нині лише в залізних метеоритах і паласитах. Деякі рідкісні включення характеризуються декількома різновидами і складені силікатними кульками (зрідка кристобалітом). Їх межі майже ідеально округлі, розмір змінюється від <1 мкм до декількох десятків мікрометрів. Вони зазвичай присутні у великих зернах металу в хондрах. Також такі великі зерна металу знайдені за межами хондр в метеоритах. Ці краплинки імовірно сформувалися в рідкому стані. Хром-вмісні включення в основному представлені хромітом, проте, на відміну від кремнію та фосфору, Cr присутній в металі у вигляді домішок (до 1 мас. %) в хондритах усіх петрологічних типів. Наявність значних часток Si, Cr та P в твердому стані в зернах нікелистого заліза в найменш метаморофізованих хондритах, та їх відсутність в Fe,Ni-металі в рівноважних типах хондритів є доказом того, що розпад домішок відбувається в основному під час метаморфізму [75].
Окрім дослідження форми зерен та їх внутрішньої будови, інформативними є також дослідження скульптури поверхні зерен нікелистого заліза [7, 25]. По типу поверхонь було виділено чотири групи частинок: 1) гладкі; 2) полігонально-увігнуті; 3) пластинчасті; 4) тонкозернисті. Під бінокуляром перший і другий тип мають блискучу поверхню, два останніх - матову. Зазвичай в метеоритах виявлені 3-4 групи частинок металу, проте існує і деяка тенденція. Частинки першого типу характерні для рівноважних хондритів, що не зазнали інтенсивного ударного метаморфізму. Полігонально-увігнуті - це ділянки на поверхні частинок металу, які є відбитками зерен мінералів, розташованих поруч з металевою частинкою. Третя та четверта групи в основному добре розвинені в хондритах, які зазнали інтенсивний ударний метаморфізм [39].
На поверхні частинок металу з матриці звичайних хондритів присутні скульптурні елементи. Їх дослідження за допомогою електронної мікроскопії є дуже важливим для реконструкції історії хондритів, оскільки вони містять важливу генетичну інформацію. На відміну від силікатів, нікелисте залізо характеризується пластичними властивостями, завдяки яким зерна не руйнуються при співударянні в протопланетній газопиловій туманності і залишаються цілими. На їх поверхні зберігаються сліди процесів, що відбуваються з ними в до- та післяакреційний період їх існування в доземній історії. Згідно з попередніми дослідженнями, скульптурні елементи поділені на первинні та вторинні.
До первинних належать правильні кристали, сходинки росту, віциналі, включення кубічних кристалів, пори, кульки та бризки розплаву, що налипали, чужорідні частинки, а також мікрократери. Ці структури виникли в доагломераційний період і є характерними для всіх звичайних хондритів, що свідчить про спільну історію їхнього існування в доагломераційний період. Вторинні скульптурні елементи представлені порами, скульптурами крихких (тріщинуватість, розриви, брекчіювання) та пластичних (лінійні, реберні, пластинчасті, полосчаті, розщеплення пластинок) деформацій, а також скульптурами ударного нагрівання (заліковування скульптур деформації, полікристалізація, перетворення гладкої поверхні зерен в тонкозернисту) [22, 25,26, 35]. Вторинні скульптурні елементи утворилися в результаті змінення первинних скульптурних елементів у постагломераційний період переважно внаслідок ударно-метаморфічного перетворення.
Було визначено, що їх розповсюдження залежить не від хімічної групи та петрологічного типу хондритів, а від ступеня ударнометаморфічного перетворення речовини. Наявність вторинних скульптурних елементів більш характерне для рівноважних хондритів. Дані про вторинну скульптуру поверхні збігаються з даними про структуру деформації і ударного нагрівання, які отримані внаслідок дослідження внутрішньої будови частинок металу.
1.3 Умови утворення нікелистого заліза хондритів
Утворення нікелистого заліза в протопланетній туманності переважна більшість дослідників пояснюють його конденсацією із газу сонячного складу. Так, згідно з гіпотезою про рівноважну конденсацію, Гросман [56] на основі термодинамічних розрахунків встановив, що найпоширеніші фази метеоритів метал та Mg-силікати з'являються при повільному охолодженні газу в діапазоні температур 1500-1350 К. Він також дослідив вплив тиску (в широкому діапазоні 10-2-10-6 атм) на температуру та послідовність конденсації. Виявилося, що підвищення тиску впливає на температуру конденсації, проте послідовність фаз конденсації не змінюється. Виняток становить лише нікелисте залізо: якщо тиск газу більше ~10-4 атм, то воно конденсується до форстериту, а при низькому тиску - після нього.
Згідно з експериментальним вивченням фазової діаграми Fe-Ni (рис.1.1) [56], затвердівання нікелистого заліза відбувається нижче 1400 оС з утворенням однорідного твердого розчину теніту. Нижче 900 оС розпочинається диференціація твердого розчину FeNi на камасит і теніт зі змінним хімічним складом.
Рис. 1.1. Фазова діаграма системи Fe-Ni при температурі нижче 1000 єС та тиску 1 атм [56].
З пониженням температури камасит і теніт збагачується нікелем внаслідок твердофазового перерозподілу Fe i Ni між цими мінералами. Характер диференціації залежить від температури та вмісту нікелю в металі. Формування камасита і теніта завершується при 500 оС. Оскільки гранецентрована решітка теніта більш щільна ніж об'ємноцентрована камасита, то дифузія нікелю в камаситі відбувається легше. При високих температурах перерозподіл елементів відбувається рівномірно. Коли температура нижче 500 оС дифузія в теніті дещо ускладнена. Саме цей фактор і визначив зональну будову теніта. Вивчивши склад і будову камасита і теніта більшості метеоритів, дослідниками було зроблено висновок, що перерозподіл Ni i Fe між ними завершився при температурі 350-450 оС.
1.4 Вплив ударного метаморфізму на нікелисте залізо в материнських тілах хондритів
Процес ударного метаморфізму відноситься до фундаментальних процесів космосу, які відбуваються не лише на планетарному етапі [2, 4], але і на ранніх етапах розвитку Сонячної системи. Майже усі метеорити містять ознаки ударного метаморфізму. Виникли вони при співударянні материнських тіл метеоритів під час їхнього існування в поясі астероїдів [40, 72, 74]. Ударний метаморфізм характеризується зміною тиску та нагріванням речовини метеориту [47]. Діапазон тиску, що виникає в результаті удару, надзвичайно великий. Хоча пік тиску функціонально пов'язаний зі швидкістю об'єктів, що зіштовхуються, їх масою, складом та структурою, удари з помірною швидкістю (~5 км/с) можуть призводити до максимально локального тиску, наближеному до 1 Мбар [59]. Підвищення та пониження тиску проходять надзвичайно швидко, в результаті чого ударний метаморфізм є нерівноважним процесом. Отже, ударний вплив призводить до широкого діапазону фізичних, мінералогічних та хімічних змін речовини метеоритів. Ці зміни використовують для оцінювання інтенсивності ударного впливу [19]. Дослідивши характер та ступінь зміни в метеоритах, ми зможемо визначити умови існування материнських тіл метеоритів в космосі. До прикмет ударного метаморфізму відносяться: деформаційні структури (крихкі деформації - тріщини, дроблення кристалів, зміщення; пластичні деформації - викривлення кристалічної решітки мінералів, двійникування, згини кристалів) та структури нагрівання (перекристалізація мінералів, структури хімічної неоднорідності металу, плавлення мінералів) [72]. Особливе значення мають високобаричні модифікації мінералів. До них відносяться рінгвудит, мейджоріт та маскелиніт [7, 19].
Експериментальні дослідження деформаційних структур в силікатних мінералах (олівін та плагіоклаз) [72] дозволили виділити шість стадій ударно-метаморфічного перетворення речовини метеориту і встановити величину ударного тиску, яка зумовила ці перетворення (таблиця 1.1).
Структури пластичних деформацій утворюються при незначному ударному тиску та температурі. В мінералах метеоритів структури пластичних деформацій виникають в результаті динамічного впливу на материнське тіло в умовах космосу за температури 300-600 єС. Розрізняють пластичні деформації ковзання та двійникування. Структури ковзання виникають при зміщенні шарів кристалів в результаті ударного тиску та не супроводжується порушенням цілісності об'єкту. Вони характерні для таких непрозорих мінералів як камасит, теніт, троїліт. Двійникування кристалів значно розповсюджено поміж мінералів кам'яних метеоритів. Якщо в структурах ковзання переміщення може відбуватись на необмежену відстань, то перехід частини кристалу в двійниковане положення можливий лише по досяганню певної межі її переміщення з початкового положення. В непрозорих мінералах кам'яних метеоритів структури двійникування відмічені в камаситі та ільменіті. В камаситі це нейманові лінії (тобто, одна або декілька систем паралельних ліній, що спостерігають в полірованих шліфах), які є пластинками механічно здвійникованого камасита. Товщина нейманових ліній в камаситі метеоритів лише декілька мікрометрів. Здвійниковані структури в ільменіті знайдені в евкритах. Також структури двійникування знайдено в плагіоклазі, олівіні та інших мінералах.
Структури ударного плавлення виникають внаслідок миттєвого підвищення температури вище точки їх плавлення [43]. Структури плавлення також знайдені в чорних прожилках [66] та чорних різновидах хондритів. більшість дослідників розрізняють сфероїдальні (кулясті), жилкуваті, сітчасті та пилоподібні структури плавлення.
Таблиця 1.1. Сучасна міжнародна класифікація стадій ударно-метаморфічного перетворення звичайних хондритів [72]
Ударна стадія |
Ударні ефекти при найбільшому піку ударного тиску |
Результат локальної дії тиску та температури |
Ударний тиск ГПа |
T після удару єС |
||
Олівін |
Плагіоклаз |
|||||
Незмінені S1 |
Повне оптичне погасання, нерегулярні тріщини |
немає |
<4-5 |
10-20 |
||
Дуже мало змінені S2 |
Хвилеподібне погасання, нерегулярні тріщини |
немає |
5-10 |
20-50 |
||
Мало змінені S3 |
Площинна тріщинуватість, хвилеподібне погасання , нерегулярні тріщини |
Хвилеподібне погасання |
непрозорі ударні прожилки, початкові утворення зон розплавленої речовини, іноді взаємопов'язаних |
15-20 |
100-150 |
|
Помірно змінені S4 |
Мозаїзм (слабкий), площинна тріщинуватість |
Хвилеподібне погасання, часткова ізотропізація, площинні структури деформації |
зони розплавленої речовини, поєднані прожилки розплаву, непрозорі ударні прожилки |
30-35 |
250-350 |
|
Сильно змінені S5 |
Мозаїзм (сильний), площинна тріщинуватість + площинні структури деформації |
Маскелініт |
широко проникаючі утворення зон розплавленої речовини, прожилок, дайок; непрозорі ударні прожилки |
45-55 |
600-850 |
|
Дуже сильно змінені S6 |
Обмежено до локальних ділянок або біля зони плавлення |
так як в 5 стадії |
75-90 |
1500-1700 |
||
Твердофазова перекристалізація та утворення рінгвудиту, переплавлення |
Ударне плавлення ( нормативне скло) |
|||||
Ударне плавлення |
Загальне переплавлення породи ( ударне розплавлення та розплавлення брекчій) |
Размещено на http://www.allbest.ru/
93
Сфероїдальні (кулясті). Троїліт та нікелисте залізо утворюють кульки розміром від десятих частин мікрометра до десятих частин міліметра в хондритах, чорних прожилках та чорних різновидах хондритів. Деякі кульки складені лише троїлітом та нікелистим залізом, проте іноді зустрічаються евтектичні структури плавлення троїліту з кульками нікелистого заліза.
Жилкуваті структури. В силікатній частині жилкуватих метеоритів знаходять тонкі прожилки товщиною 0,5-3 мкм і довжиною до декількох мікрометрів. В основному вони складені троїлітом, який має властивість у рідкому стані розтікатися по вільним тріщинам, іноді ці тріщини пересікаються та утворюють сіточки. Також жилкуваті структури можуть бути складені нікелистим залізом. В деяких хондритах жилкуваті структури переходять в дрібні кульки та пиловидні струмені.
Комірчасто-сітчасті структури характеризуються сітчастим каркасом зі стінками товщиною в декілька мкм, які складені троїлітом або нікелистим залізом, а в деяких випадках - їх асоціаціями. Комірки в них заповнені силікатними мінералами. Розмір сітчастих утворень не перевищує декількох міліметрів.
Пилоподібні структури утворюються в результаті заповнення нікелистим залізом або троїлітом найдрібніших пор в силікатних мінералах. Розміри пилоподібних зерен не перевищують 1-2 мкм. Вони зустрічаються в чорних прожилках та в чорних різновидах метеоритів, рідше - в сірих різновидах.
Високобаричні поліморфні модифікації мінералів виникають при надвисокому тиску, який обумовлений ударом. До них відносяться алмаз, лонсдейліт, чаоїт, рінгвудит та мейджоріт. Перших три мінерали утворюються за рахунок вуглецевої речовини. Рінгвудит є високобаричною модифікацією олівіну, а мейджоріт - піроксену. Польовий шпат (плагіоклаз) при ударі в деяких метеоритах переходить в діаплектове скло олігоклаз-альбітовий складу, яке має назву маскеленіт. Також існують діаплектові стекла олівінового та нефелінового складу [7].
Попередні дослідники вказали [35], що поверхня зерен нікелистого заліза є чутливим індикатором ступеню ударно-метаморфічного перетворення речовини хондриту. Так, згідно з електронно-мікроскопічними дослідженнями, поверхня частинок металу звичайних хондритів характеризуються великим різноманіттям скульптурних елементів, що може бути пов'язано з різною величиною ударного тиску і з різною поведінкою металу, яка обумовлена співударянням материнських тіл при різних температурах.
На поверхні зерен камаситу відмічені лінійні, реберні, пластинчасті та полосчасті скульптури, які мають закономірну орієнтацію, що дозволило розглянути їх як поверхневі сліди деформацій зсуву. В більшості частинок ці ознаки деформації наявні на окремих ділянках зерен і лише в поодиноких випадках відмічалися частинки камаситу, повністю представлені пластинками деформації. Лінійні та реберні скульптури розташовані у вигляді однієї, двох систем паралельних ліній або ребер. Пластинчаті скульптури деформації характеризуються розпадом зерен камаситу на пластинки шириною 10 мкм і менше. Такі пластинчаті структури характерні для хондритів, які зазнали інтенсивний ударний метаморфізм. При більш високих ступенях ударного метаморфізму пластинки металу розщеплюються, брекчуються та гранулюються.
Таким чином, необхідно відмітити, що у випадку значного обмеження кількості речовини, електронно-мікроскопічні дослідження поверхні зерен нікелистого заліза дозволяє отримати важливу інформацію про умови еволюції хондриту в до- та постагломераційний періоди його доземної історії.
Розділ 2. Об'єкти та методи дослідження
Із колекції Комітету по метеоритах НАН України було відібрано один вуглистий і 9 звичайних хондритів, які належать до різних хімічних груп та петрологічних типів (табл. 2.1) і характеризуються різною доземною історією. Для вивчення особливостей нікелистого заліза у найменш змінених, тобто примітивних хондритах було знайдено та досліджено вуглисті ксеноліти AL-1 з хондриту Allende і ВК-13 з хондриту Кримка.
Попередні петрографічні дослідження аншліфів, шліфів та виділених з дрібної фракції метеоритів зерен металу, проводилися за допомогою бінокуляра МБС-10 та оптичного мікроскопа марки ПОЛАМ-Р321.
Окрім дослідження структурно-мінералогічних та хімічних характеристик зерен нікелистого заліза в полірованих шліфах, з дрібної фракції метеоритів Галків, Грузьке та Челябінськ були відібрані окремі зерна нікелистого заліза, або злами метеоритів. На відміну від інших хондритів, ці метеорити є малодослідженими. Так, з моменту падіння хондрит Галків досліджували лише В.П. Семененко та А.Л. Гіріч, які зазначили перспективність вивчення зерен металу для вияснення його ударно-метаморфічної історії. Хондрит Грузьке належить до останніх падінь на території України, є лише в колекції КМЕТ України і досліджувався мало, проте також має цікаві структури ударного метаморфізму. Завдяки феєричним умовам падіння у 2013 році, хондрит Челябінськ викликав підвищений ажіотаж серед засобів масової інформації і дослідників. Необхідно відмітити, що нами досліджувався зразок, який був одразу ж завезений в Україну після падіння.
На перших етапах дослідження скульптурних елементів проведено під бінокуляром, а потім - за допомогою електронного мікроскопа.
Таблиця 2.1. Загальна характеристика вивчених хондритів
Хондрит |
Класи-фікація |
Ударний тиск, ГПа |
Дата падіння/ знахідки |
Місце падіння/знахідки |
Вивчені зразки |
|||
Площа аншліфа, см2 |
Кількість зерен FeNi |
Кількість дрібних уламків |
||||||
Allende* |
CV3 |
-- |
08.02.1969 |
штат Чіуауа, Мексика |
0,96 |
-- |
-- |
|
Кримка* |
LL3.1 |
-- |
21.01.1946 |
с. Кримка, Миколаївська обл. |
0,81 |
-- |
-- |
|
Челябінськ |
LL5 |
30-55 |
15.02.2013 |
Челябінська обл., Росія |
2,67 |
-- |
40 |
|
Жигайлівка |
LL6 |
10-15 |
12.10.1787 |
с. Жигайлівка, Сумська обл. |
0,62 |
-- |
-- |
|
Княгиня |
L5 |
30-35 |
09.06.1866 |
с. Княгиня, Закарпатська обл. |
0,95 |
-- |
-- |
|
Оленівка |
L5 |
5-10 |
17.10.1951 |
с. Оленівка, Донецька обл. |
1,72 |
-- |
-- |
|
Білокриниччя |
H4 |
15-20 |
01.01.1887 |
с. Білокриниччя, Хмельницька обл. |
0,86 |
-- |
-- |
|
Галків |
H4 |
20-30 |
12.01.1995 |
с. Галків, Чернігівська обл. |
3,20 |
50 |
-- |
|
Грузьке |
H4 |
30-35 |
03.2007 |
с. Грузьке, Кіровоградська обл. |
1,72 |
45 |
-- |
|
Біла Церква |
H5-6 |
5?10 |
15.01.1796 |
с. Блощинці, Київська обл. |
0,80 |
-- |
-- |
Примітки: кількість зерен і дрібних уламків для яких проведені SEM-вивчення їх поверхні.
Для дослідження зерен металу в хондриті Грузьке було використано метод травлення нікелистого заліза 5 % ніталом (розчин азотної кислоти в спирті). Даний метод базується на різному ступені травлення основних мінералів нікелистого заліза - камасита і теніта, які містять різну кількість нікелю. Завдяки цій особливості отримано інформацію про розподіл нікелю в теніті, а також виявлено структури деформації та нагрівання.
Сканувальний електронний мікроскоп (СЕМ) марки JEOL JSM-6490LV, який обладнаний енергодисперсійним спектрометром марки Penta FETx3 Oxford Instruments, знаходиться в ДУ «Інститут геохімії навколишнього середовища» НАН України. Аншліфи за допомогою СЕМ досліджувалися в режимі сканування відбитих (BEC), а зерна нікелистого заліза у вторинних (SEI) електронів. В процесі дослідження на сканувальному електронному мікроскопі використовувалася напруга 15 кВ для індивідуальних зерен металу та 20 кВ - для нікелистого заліза в аншліфах. Хімічний склад мінералів та включень у них досліджено за допомогою енергодисперсійного спектрометра Penta FETx3 (аналітик Сливінський В.М.), яким обладнано СЕМ.
Хімічний склад зерен нікелистого заліза в ксенолітах визначався за допомогою електронного мікроаналізатора (ЕМР) марки JEOL JХА-8200, який знаходиться в Технічному центрі НАН України (аналітик В.Б. Соболєв). Дослідження проводилися при напрузі 15 кВ та силі струму 10 нА, для корегування використано ZAF поправки. Похибка аналізу складає 1,5 відн.% для головних елементів і 0,02 абс.% для другорядних.
Дослідження скульптури поверхні зерен нікелистого заліза було проведено в хондритах Галків і Грузьке. Для цього під бінокуляром було відібрано відповідно 50 і 45 зерен. Для вивчення скульптури поверхні світлого і темного різновиду хондриту Челябінськ було відібрано 40 проб зразків міліметрового розміру.
Хімічний склад зерен нікелистого заліза в хондритах Оленівка (L5), Біла Церква (H5-6), Жигайлівка (LL6), Білокриниччя (H4), Кримка (LL3.1), Галків (Н4), Княгиня (L5), Грузьке (Н4) та Челябінськ (LL5) було досліджено за допомогою енергодисперсійного спектрометра (EDS), а у вуглистих ксенолітах AL-1 і ВК-13 зерна нікелистого заліза досліджено за допомогою електронного мікроаналізатора (ЕМР).
Розділ 3. Структурно-мінералогічні особливості нікелистого заліза у вуглистих ксенолітах та в звичайних хондритах
Структурно-мінералогічні та хімічні особливості нікелистого заліза в метеоритах визначаються умовами їх утворення в протопланетній газо-пиловій туманності та існування в материнських тілах метеоритів в поясі астероїдів. Для вивчення допланетної історії метеоритів для досліджень було взято вуглисті ксеноліти, оскільки їх хімічний склад найбільше подібний до первісної, мало зміненої протопланетної речовини.
Визначити умови існування материнських тіл метеоритів, ми можемо дослідивши характер та ступінь зміни їх первісних структурно-мінералогічних характеристик в метеоритах. Ознаки ударного метаморфізму виникли при співударянні материнських тіл метеоритів під час перебування в космосі. Нами було детально досліджено зерна нікелистого заліза у звичайних хондритах різного петрологічного типу та хімічних груп, для яких, згідно попередніх досліджень є різна стадія ударно-метаморфічного перетворення.
В сучасній космічній мінералогії та космохімії одним із пріоритетних напрямків є пошук та дослідження ксенолітів - чужорідних літичних об'єктів, які присутні у нерівноважних і вуглистих хондритах, або в поліміктових брекчіях метеоритів [67]. Вивчення їх дозволяє отримувати відомості про нові типи та умови формування космічної речовини. Нами для дослідження були вибрані ксеноліти AL1 з вуглистого хондриту Allende (CV3) та BK-13 в нерівноважному хондриті Кримка (LL3). Перший хондрит є найбільш вивченим завдяки своїй великій масі - більше 2 т, а український метеорит Кримка є одним із найвідоміших в світі нерівноважних хондритів, в якому збереглися доакреційні структурно-мінералогічні та хімічні характеристики, а також він вміщує різноманітні ксеноліти, окремі з яких складені унікальним типом космічної речовини.
3.1 Особливості будови і складу нікелистого заліза в примітивних метеоритах
Вуглистий ксеноліт AL-1 з хондриту Allende (CV3)
Відомо, що прикмети ранніх фізико-хімічних процесів в протопланетній туманності найкраще збереглися у вуглистих хондритах. Найбільш дослідженим таким хондритом є Allende (CV3), який випав у вигляді метеоритного дощу в 1969 році на території Мексики. Загальна вага зібраної речовини сягає близько 2 т. Дослідниками визначено, що метеорит Allende є агломератом гетерогенних високо- та низькотемпературних фракцій сонячної речовини з незначним вмістом досонячних зерен мінералів. Після акреції хондр та тонкозернистої речовини матриці материнське тіло хондриту було частково змінене процесами ударного метаморфізму. В матриці метеориту знайдені темні та світлі тонкозернисті включення, які за хімічним складом подібні до основної частини, але відмінні за структурою. Об'єктом досліджень є один із світло-сірих ксенолітів (AL1), які в метеориті Allende менш поширені, ніж темні і вперше знайдений нами [30].
З робочої колекції Комітету по метеоритах НАН України для дослідження було взято індивідуальний зразок хондриту Allende, вагою біля 200 г. Силікатний тонкозернистий ксеноліт AL1 розміром 1,2х0,8 см, світло-сірого кольору і овальної форми знайдений на темно-сірому сколі зразка. Для вивчення його структурно-мінералогічних і хімічних характеристик з фрагменту метеориту, який вміщує ксеноліт, було виготовлено полірований шліф.
Попередні дослідження показали, що численні ксеноліти хондриту Allende в основному складені хондрами, переважно дрібними силікатними зернами, пористими агрегатами округлих і неправильної форми субмікронних зерен, а також окремими крупними призматичними або таблитчастими зернами і кристалами. Ксеноліт AL1 має типову для тонкозернистої речовини хондритів будову і представлений такими головними компонентами: приховано-кристалічними (? 1 мкм), тонкозернистими (? 5 мкм), а також окремими крупними зернами (? 5 мкм) силікатів і метал-сульфідних агрегатів. На відміну від матриці хондриту він вміщує значно менше хондр, які характеризуються округлою формою, мають повнокристалічну або мікропорфірову будову та підвищену пористість і наявністю в окремих випадках тоненької оболонки, складеної субмікронними метал-сульфідними зернами. Особливо це характерно для металу і пентландиту. Окремі ділянки ксеноліту покриті тонким шаром силікатного скла.
Мінеральний склад ксеноліту AL1 в порівнянні з матрицею хондриту Allende досить обмежений. Головними мінералами є в основному силікати з чітким домінуванням олівіну над піроксеном, другорядними - нікелисте залізо (аваруїт) і пентландит, акцесорні - нефелін, хроміт, ільменіт, а в одній із хондр - апатит. На відміну від окремих крупних ідіоморфних кристалів олівіну і піроксену, решта зерен мінералів мають неправильну або округлу форму. Найбільша ступінь ксеноморфізму зерен відмічена в аваруїті і пентландиті. Переважна більшість метал-сульфідних асоціацій представлені видовженими агрегатами субмікронних зерен і характеризуються субпаралельним розташуванням в тонкозернистій речовині ксеноліту. Хімічний склад всіх мінералів змінюється від зерна до зерна, а також в межах зерен, що типово для мінералів, які переповнені нанометричними включеннями.
В хондриті Allende зерна нікелистого заліза та сульфіду нікелистого заліза присутні у хондрах, матриці та в ксенолітах. Електронно-мікроскопічні дослідження ксеноліту і полірованому шліфі свідчить про наявність в ньому ксеноморфних пористих агрегатів із субмікронних зерен. У вуглистому ксеноліті AL1 виявлено лише зерна аваруїту та пентландиту (рис. 3.1, 3.2).
Рис. 3.1. Сканувальне електронно-мікроскопічне (СЕМ) зображення у відбитих електронах аваруїту (біле) в асоціації з пентландитом (світло-сіре) і силікатами (темно-сіре), вуглистий ксеноліт AL-1 у вуглистому хондриті Allende.
...Подобные документы
Методологічні основи вивчення геоморфологічних особливостей. Історія дослідження геоморфологічних особливостей формування рельєфу Подільських Товтр. Процес формування верхньобаденських та нижньосарматських органогенних споруд, сучасні особливості гір.
курсовая работа [46,2 K], добавлен 22.12.2014Поняття "пірнаючі циклони": умови утворення, траєкторії, погодні умови. Виявлення пірнаючих циклонів на території України. Дослідження динаміки енергетики і вологовмісту пірнаючих циклонів в процесі їх еволюції. Ідентифікація типів пірнаючих циклонів.
реферат [456,5 K], добавлен 17.11.2010Дослідження понять тектоніки та тектонічної будови. Особливості формування тектонічних структур на території України. Тектонічні структури Східноєвропейської платформи. Зв'язок поширення корисних копалин України з тектонічною будовою її території.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 02.03.2013Физические свойства горных пород-коллекторов нефти и газа. Типы осадочных пород: терригенные, хемогенные и органогенные. Гранулометрический состав как содержание в горной породе зерен крупности, выраженное в % от массы или количества зерен, его изучение.
презентация [2,5 M], добавлен 17.04.2015Фізико-географічна характеристика Північно-Західного Причорномор’я. Основні тенденції змін клімату у межиріччі. Визначення змін кліматичних чинників формування стоку та характеристик стоку річок. Попередній аналіз даних гідрохімічного складу вод.
курсовая работа [682,9 K], добавлен 22.12.2014Степень неоднородности и размер зерен песка. Скорость протекания пластовой жидкости через щели корпуса гравийного фильтра при наибольшем ожидаемом дебите скважины. Расчетный оптимальный размер зерен гравия. Определение коэффициента неоднородности.
презентация [2,1 M], добавлен 16.10.2013Гірські породи, клімат і рельєф як ґрунтоутворюючі фактори. Біологічні фактори та їх вплив на процес утворення ґрунтів. Специфічні особливості виробничої діяльність людини як ґрунтоутворюючий фактор. Загальна схема та стадійність ґрунтоутворення.
контрольная работа [47,7 K], добавлен 23.02.2011Характеристика водного режиму річок: повінь, паводок, межень. Гідрограф. Класифікація Б.Д. Зайкова, М.І. Львовича, П.С. Кузіна. Аналіз антропогенного впливу на водний режим річки на прикладі р. Дніпро. Гідрологічний режим Дніпровського каскаду водосховищ.
курсовая работа [8,2 M], добавлен 22.12.2013Родовища гідрату природного газу. Газові гідрати у екосистемі Землі. Принципи залягання і склад. Визначення термодинамічних умов утворення газогідратів по спрощеним методикам. Визначення температури гідратоутворення за допомогою формули Понамарьова.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 08.04.2012Походження Чорноморської западини. Геологічне минуле Чорного моря, його загальна характеристика, особливості будови дна. Кругообіг мас води у Чорному и Мармуровому морях. Чинники утворення сірководня у Чорному морі. Характеристика його флори і фауни.
реферат [38,9 K], добавлен 26.12.2011Комплексна характеристика долини р. Дністер, її природних умов, кліматичних та геолого-геоморфологічних особливостей. Гірська Карпатська, Подільська і Причорноморська частини річки. Гідрографічна сітку території басейну. Дослідження дністерських терас.
курсовая работа [90,3 K], добавлен 15.06.2014Сутність, значення та використання вугілля. Особливості властивостей та структури вугілля, просторове розташування його компонентів. Характеристика пористості вугілля, процес його утворення. Спосіб видобутку вугілля залежить від глибини його залягання.
презентация [2,5 M], добавлен 13.05.2019Дослідження умов виникнення і типів карсту. Вивчення механізму та морфоскульптури карстового процесу. Характеристика найвідоміших карстових масивів в Україні. Похідні природні явища та циклічність карстових процесів. Зонально-кліматичні типи карсту.
курсовая работа [4,6 M], добавлен 02.04.2015Грунтово-географічне районування. Особливості формування ґрунтового покриву Карпат. Буроземний та дерновий тип грунтотворення. Формування водного режиму ґрунтів та підґрунтового стоку в гірських умовах. Заходи для захисту ґрунтів у досліджуваному районі.
контрольная работа [21,0 K], добавлен 14.04.2016Определение границ Алтае-Саянской области - складчатых структур юго-западного обрамления Сибирской платформы. Геотектоническое районирование области и характеристика тектонических структур. Особенности металлогении и размещение месторождений ископаемых.
реферат [41,5 K], добавлен 03.10.2011Теоретико-методологічні засади дослідження ефузивного магматизму. Поняття про вулканізм. Особливості географічного поширення вулканів. Методи дослідження вулканічних явищ та способи їх попередження. Продукти вулканічних вивержень, грязьовий вулканізм.
курсовая работа [59,7 K], добавлен 16.10.2010Різновиди води в гірських породах, оцінка її стану та основні властивості. Класифікації підземних вод за критерієм умов їх формування та розповсюдження. Методика та головні етапи розрахунку притоку підземних вод до досконалого артезіанського колодязя.
контрольная работа [15,4 K], добавлен 13.11.2010Характеристика кліматичної системи південно-західної частини України. Фактори, що зумовлюють формування клімату. Характеристика сезонних особливостей синоптичних процесів. Використання інформації щодо опадів у південно-західній частині Одеської області.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 17.11.2010Принципові особливості водосховищ, їх відмінності від інших типів водойм, економічне значення. Історичний аспект формування гідрологічного, гідрохімічного і гідробіологічного режимів Дніпра. Загальна характеристика каскаду дніпровських водосховищ.
курсовая работа [194,2 K], добавлен 24.03.2015Стан оцінки чинників формування рельєфу низовинної частини Північного Причорномор’я на морфолого-морфометричні особливості земної поверхні. Генезис та динаміка рельєфу, його формування, вияв і розвиток сучасних екзогенних геоморфологічних процесів.
статья [23,9 K], добавлен 11.09.2017