Нікелисте залізо звичайних хондритів як індикатор умов утворення та еволюції материнських тіл метеоритів

На відміну від основної частини хондриту Allende, в ксеноліті не було знайдено ні одного зерна троїліту. Досить інформативними є електронно-мікроскопічні дослідження поверхні сколу ксеноліту, які показали, що ксеноморфізм і висока пористість пентландит-аваруїтових асоціацій зумовлені їх акреційною будовою (рис. 3.3). При цьому добре видно, що субмікронні зерна в агрегатах мають складну глобулярну будову. Тобто, глобули металу, що зминались, мали розміри біля десятків-сотень нанометрів.

Рис. 3.2. СЕМ зображення у відбитих електронах асоціації аваруїту (біле) і пентландиту (світло-сіре) в тонкозернистому ксеноліті AL-1 вуглистого хондриту Allende.

Рис. 3.3. СЕМ зображення у вторинних електронах пентландит-аваруїтової асоціації (світло-сіре), яке має складну акреційну будову,вуглистий ксеноліт AL-1 вуглистого хондриту Allende.

Хімічний склад металу та сульфідів заліза в ксеноліті (табл. 3.1) та матриці (табл. 3.2) хондрита досліджено за допомогою мікрозонду. Нами було встановлено, що він змінюється не лише від зерна до зерна, а також в межах зерен, що зумовлене наявністю в них численних нанометричних включень.

Таблиця 3.1. Хімічний склад аваруїту та пентландиту (мас. %) в ксеноліті AL-1 метеориту Allende за даними мікрозондових досліджень

Примітка: у дужках позначено кількість аналізів.

Таблиця 3.2. Хімічний склад аваруїту, пентландиту та троїліту (мас. %) в матриці метеориту Allende за даними мікрозондових досліджень

Примітка: у дужках позначено кількість аналізів.

Для аваруїту в матриці характерна пряма залежність вмісту Ni i Со, а в ксеноліті відмічено тенденцію до зворотної кореляції нікелю та кобальту, що свідчить про нижчий рівень окислення ксеноліту, ніж метеориту (рис. 3.4). Така особливість поведінки Ni i Со в аваруїті зумовлена високим ступенем його окислення в хондриті і ймовірно інтенсивнішим земним вивітрюванням в ксеноліті в зв'язку з домінуванням тонкозернистої речовини в ньому.

Рис. 3.4. Вміст Ni і Co (в мас.%) в аваруїті ксеноліту AL-1 та матриці хондриту Allende.

В хондриті Allende і в ксеноліті AL-1 відмічені незначні ознаки ударного метаморфізму, що частково змінив первісні структурно-мінералогічні характеристики хондриту в його доземний період. Макроскопічною прикметою ударного метаморфізму є субпаралельне розташування метал-сульфідних агрегатів, що є ознакою проходження ударної хвилі. Також в ксеноліті присутні окремі структури ударного метаморфізму, які діагностуються лише на електронно-мікроскопічному рівні. Вони представлені, головним чином, скульптурами деформації і плавлення (бризки розплаву, аморфізація стінок пор і тонкозернистих агрегатів). Наявність кристалів аваруїту та ниткоподібних кристалів Са-піроксену в одній із аморфізованих пор однозначно свідчить про їх швидкий ріст в нерівноважних РТ-умовах, найімовірніше внаслідок ударного метаморфізму в постагломераційний період існування материнського тіла хондриту Allende.

Таким чином, для Fe-Ni примітивного ксеноліту AL-1 із метеориту Allende характерні такі структурно-мінералогічні та хімічні особливості:

1. Нікелисте залізо у вуглистому ксеноліті AL-1 метеориту Allende, на відміну від інших хондритів, представлене лише аваруїтом, що зумовлене високим ступенем сульфідизації зерен Fe,Ni-металу в доакреційний період формування материнського тіла метеориту.

2. Більшість індивідуальних зерен аваруїту і пентландиту у вуглистому ксеноліті AL-1 мають нано- та мікрометричні розміри, що повністю відповідає розміру пилу в газопиловій туманності, а їх скупчення характеризуються пористою акреційною будовою. Ця особливість будови має важливе генетичне значення, оскільки однозначно вказує на «м'яку» акрецію при малих швидкостях зіткнення пилових зерен в протопланетній туманності.

3. В зернах аваруїту ксеноліту відмічено тенденцію до зворотної кореляції нікелю та кобальту, що свідчить про нижчий рівень окислення ксеноліту, ніж матриці метеориту. Імовірно, що інтенсивніше земне вивітрювання в ксеноліті пов'язане з домінуванням тонкозернистої речовини в ньому, на відміну від основної частини хондриту.

3. В ксеноліті наявні незначні прикмети ударного метаморфізму. Головним чином представлені скульптурами деформації і плавлення, які виявляються лише на електронно-мікроскопічному рівні.

Вуглистий ксеноліт ВК-13 хондриту Кримка (LL 3.1)

Нерівноважний хондрит Кримка є одним з найбільш науково важливих метеоритів. Окрім чітко виділених хондр (рис. 3.5), в ньому наявні релікти пилової компоненти - тонкозерниста речовина, що міститься в матриці, ксенолітах та оболонках хондр, а також ксеноліти, представлені унікальною космічною речовиною [67]. Основна частина зерен нікелистого заліза і троїліту знаходиться в матриці та оболонках хондр. Розміри зерен нікелистого заліза змінюються від одиниць до сотень мікрон. У матриці метеориту зерна нікелистого заліза мають в основному амебоподібну форму з гострими, рваними краями (рис. 3.6, 3.7).

Рис. 3.5. СЕМ-зображення у відбитих електронах хондритової текстури в полірованому шліфі хондриту Кримка (LL 3.1).

Такі зерна складені камаситом. Камасит у хондриті в основному представлений монокристалічними зернами, а інколи - полікристалічними. Менші зерна, ізометричної форми, в переважній більшості представлені тенітом або камаситом. В хондрах зустрічаються округлі зерна, складені переважно камаситом, іноді - тенітом. Хімічний склад зерен змінюється не лише від зерна до зерна, а і в межах зерен.

Рис. 3.6. СЕМ зображення у відбитих електронах амебоподібного зерна нікелистого заліза (біле) у вуглистому ксеноліті ВК-13, що переповнене силікатними включеннями (світло-сіре), хондрит Кримка.

Рис. 3.7. СЕМ-зображення у відбитих електронах амебоподібного зерна нікелистого заліза (біле) в ксеноліті ВК-13, яке містить видовжені силікатні включення (світло-сіре), хондрит Кримка.

В основному зерна нікелистого заліза і троїліту в матриці хондриту діагностовано в асоціації один з одним. Часто вони утворюють троїліт-метал-силікатні облямівки навколо хондр. Форма зерен в основному близька до ізометричної або амебоподібна. Зерна камаситу в основному полікристалічної будови. Хімічний склад металу (табл. 3.3) змінюється не тільки від зерна до зерна, а і в межах зерен, що є типовим для нерівноважних хондритів.

Таблиця 3.3. Хімічний склад (у мас.%) камаситу, теніту і троїліту у вуглистому ксеноліті ВК-13 та матриці хондриту Кримка за даними мікрозондових досліджень

Примітка: у дужках вказана кількість аналізів.

Згідно з літературними даними [37, 69], в хондриті широко представлені ознаки ударного метаморфізму. Структури крихкої (тріщинуватість силікатних мінералів та хондр), пластичної деформації (викривлення кристалічної решітки силікатних мінералів, згини двійників піроксену, пластинки деформації на поверхні зерен металу) та структури нагріву (полікристалічні зерна камаситу і троїліту, зерна троїліту вторинної генерації, жилкуваті, пилоподібні та сітчасті структури плавлення троїліту і металу, структури ударного плавлення та перекристалізації). Величина ударного тиску оцінена дослідниками як 25-40 ГПа з локальною температурою 950 ° С [34], що відповідає стадії S3-4 ударного метаморфізму за шкалою Штоффлера та ін. [72].

Для наших досліджень було вибрано рідкісний вуглистий ксеноліт ВК-13. Згідно попередніх досліджень [28, 68, 70], його характерними особливостями є тонкозерниста структура (розмір зерен від нанометричного до мікронного) та пористість. Мінеральна складова в основному представлена зернами олівіну, піроксенів, троїліту і нікелистого заліза [5]. Також діагностовано мікронні зерна високотемпературних мінералів: шпінелі, гібоніту, перовскіту, анортиту, Ті-фассаїту. Хімічний склад зерен неоднорідний і змінюється не лише від зерна до зерна, а і в більших зернах в межах зерна.

Зерна металу в ксеноліті хондриту Кримка характеризуються високими ступенем ксеноморфізму та пористістю [54], що зумовлене їх акреційною будовою. Наявність невеликої кількості включень в нікелистому залізі також є характерною ознакою примітивної речовини в метеоритах, що підтверджено французькими дослідниками [76]. В зернах металу хондритів третього петрографічного типу присутні велика кількість дрібних включень та елементів-домішок, останні в подальшому в результаті ударно-метаморфічного перетворення та твердофазової дифузії формують включення.

Порівняно з матрицею у валовому хімічному складі ксеноліту відмічено підвищений вміст сірки, що свідчить про процес сульфідизації. Окрім цього на сульфідизацію в ксеноліті вказує те, що троїліт в ньому містить незначну кількість нікелю, тобто є вторинної генерації.

Хімічний склад зерен нікелистого заліза в ксеноліті хондриту Кримка неоднорідний і характеризується зміною від зерна до зерна і в межах зерен, що пов'язане як з глобулярною будовою, так і з складними фізико-хімічними умовами їх утворення. На відміну камаситу в матриці хондриту Кримка який характеризується відсутністю кореляції між Ni i Со, а камасит в ксеноліті показує тенденцію до їх зворотної кореляції (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Вміст Ni і Co (в мас.%) в камаситі ксеноліту ВК-13 та матриці хондриту Кримка.

Згідно з літературними та оригінальними даними електронно-мікроскопічних досліджень, у вуглистому ксеноліті ВК-13 хондриту Кримка, на відміну від матриці, структур ударного метаморфізму не виявлено.

3.2 Особливості будови і хімічного складу нікелистого заліза в звичайних хондритах

У розділі 3.2. усі досліджені нами звичайні хондрити були розташовані за петрологічним типом і хімічною групою.

Челябінськ LL5

Падіння хондриту Челябінськ спостерігали 15 лютого 2013 року. Його політ супроводжувався послідовною фрагментацією, тобто метеорит випав у вигляді кам'яного дощу. Всього зібрали понад 1000 фрагментів, вага яких коливається від 0,1 г до 640 кг[1]. Основна маса метеориту впала в озеро Чебаркуль. В хондриті Челябінськ проведено дослідження скульптури поверхні зламів та аншліфи світлого і темного різновиду метеориту. Злами світлого різновиду хондриту характеризуються грубозернистою кристалічною будовою і мають сірий і світло-сірий колір. Навколо окремих зерен нікелистого заліза локалізовані бурі плями лімоніту розміром до 5 мм. На зламах були за допомогою EDS діагностовані наступні мінерали: олівін, піроксен, плагіоклаз, апатит, камасит, теніт, троїліт, хроміт, ільменіт, самородна мідь та гідроксиди заліза [3, 6, 41].

Зерна силікатів, троїліту, хроміту і фосфатів характеризуються високою тріщинуватістю і крихкістю, що зумовлено високим ступенем ударно-метаморфічного перетворення хондрита Челябінськ. Тому на поверхні досліджуваних зламів ці мінерали представлені переважно уламками. Зерна нікелистого заліза складені камаситом і тенітом та характеризуються нерівною рельєфною поверхнею. В більшості випадків на них спостерігаються продукти селективного вивітрювання [14].

Зерна троїліту полікристалічної будови. На їх поверхні діагностовано сходинки росту (рис. 3.9), що свідчить про нерівноважні умови його кристалізації. Кожне монозерно характеризується індивідуальною системою сходинок росту. Великі зерна троїліту часто містять округлі включення олівіну із зародками граней або плагіоклазу розміром до 20 мкм. В окремих зернах знайдено заглиблення кубічної форми, що лишились після викришування ідіоморфних включень мікронного розміру (рис. 3.10).

Рис. 3.9 СЕМ зображення у відбитих електронах округлих із зародками граней включення олівіну в полікристалічному зерні троїліту, на зламах (зліва) якого видно системи паралельних пластинок, що утворились при деформації зсуву. Хондрит Челябінськ.

Аналогічні мікронні кубічні включення, складені хромітом, були знайдені на поверхні зерен нікелистого заліза в хондриті Галків. Тому, враховуючи кубічну форму включень, що викришились, можна припустити, що вони були складені хромітом. Розташування включень вздовж границь монокристалів троїліту та їх переважно висока ступінь ідіоморфізму свідчать, що вони утворилися в результаті твердофазової дифузії елементів-домішок в камаситі під час повільного охолодження. на зламах деяких зерен троїліту спостерігаються системи паралельних пластинок. В полікристалічних зернах напрямок розташування пластинок відрізняється для окремих монокристалів. Ці системи паралельних пластинок належать до структур пластичної деформації і утворились ймовірно внаслідок деформації зсуву кристалічної решітки троїліту при помірному ударі. тріщини в полікристалічних зернах троїліту розташовані в основному за границями монокристалів.

Рис. 3.10 СЕМ зображення у відбитих електронах заглиблень кубічної форми на зламі полікристалічного зерна троїліту. Хондрит Челябінськ

На зламах світлого різновиду хондрита Челябінськ були знайдені локальні ділянки із структурами плавлення троїліту у вигляді прожилків, що розташовані за тріщинами в силікатах і міжзерновими межами, у вигляді мікронних кульок та їх скупчень на поверхні силікатних зерен, а також зерен глобулярної будови.

На поверхні зерен ільменіту діагностовано цікаві системи субпаралельних пластинок за різними кристалографічними напрямами (рис. 3.11). Виникли такі структури найімовірніше внаслідок одночасного двійникування кристалів ільменіту по деяким граням. Самородна мідь в хондритах зазвичай асоціює з нікелистим залізом або присутня у вигляді включень в камаситі. На зламах силікатної частини хондрита Челябінськ знайдено дрібні дендритоподібні та неправильної уламкової форми зерна самородної міді. В окремих випадках вони утворюють агрегати розміром до 30 мкм.

Рис. 3.11. СЕМ зображення у вторинних електронах системи субпаралельних пластинок на поверхні зерна ільменіту. Хондрит Челябінськ.

Темний різновид, згідно з літературними даними, становить біля 20 об.% хондрита Челябінськ і складений реліктами грубозернистої хондритової речовини в чорній переплавленій тонкозернистій матриці. Вивчений нами зразок хондриту Челябінськ представлений лише грубозернистою частиною і містить релікти мікропорфірових, інколи колосникових хондр та ксеноморфні зерна рудних мінералів. Силікатна маса темного різновиду пронизана тонкими прожилками сульфідів заліза і Fe,Ni-металу за міжзерновими межами і по тріщинам в зернах силікатів, хроміту і фосфатів. злами мають темно-сірий до чорного колір і характеризуються нерівномірною грубозернистою будовою. Окремі ділянки мають рівномірну, більш дрібнозернисту структуру і ймовірно є зламами реліктів хондр. На зламах темного різновиду діагностовано олівін, Са-бідний і Са-багатий піроксени, нормативний плагіоклаз, теніт, троїліт, хроміт, мериліт і Cl-апатит.

Як і на зламах світлого різновиду хондрита, зерна силікатів, хроміту і фосфатів представлені переважно уламками. Зерна теніту характеризуються наявністю складної системи сходинок росту (рис. 3.12). Такі ускладнені сходинки росту відсутні на поверхні зерен теніту в світлому різновиді і загалом не характерні для зерен нікелистого заліза в хондритах. Проте, аналогічні сходинки росту були відмічені іншими дослідниками на поверхні зерен теніту, що розташовані в пустотах переплавлених ділянок темного різновиду хондрита Челябінськ. Зерна троїліту характеризуються наявністю таких самих скульптурних елементів, як і в світлому різновиді хондрита.

Рис. 3.12 СЕМ зображення у вторинних електронах складної системи сходинок росту на поверхні зерна теніту. Хондрит Челябінськ.

Ударні чорні жилки шириною до 1 мм складені тонкорозкристалізованим силікатним склом і містять окремі грубі зерна олівіну і піроксену та численні дрібні зерна нікелистого заліза і троїліту (рис. 3.13). Продукти селективного вивітрювання [29] практично відсутні. Їх злами характеризуються прихованокристалічною, місцями тонкозернистою будовою.

Окремі ділянки мають скляний блиск. На зламі однієї із чорних жилок знайдено сітчасто-комірчасту структуру плавлення. Як правило, в таких структурах силікати складають комірки, а троїліт, нікелисте залізо або вюстит утворює каркас. В даному випадку каркас складено троїлітом.

Проведені нами дослідження скульптури поверхні зламів світлого і темного різновидів хондрита Челябінськ підтверджують високий ступінь ударно-метаморфічного перетворення речовини метеориту і широке розповсюдження в ньому структур ударного метаморфізму. На зламах було діагностовано структури крихкої (тріщинуватість, брекчіювання, розриви, пори, зсуви деформаційних пластинок в троїліті) та пластичної деформації (деформаційні пластинки в троїліті, структури двійникування ільменіту), структури ударного нагріву (полікристалічна будова троїліту, включення у Fe,Ni-металі і троїліті) та структури ударного плавлення (пилоподібні, прожилки, кульки та глобулярні зерна троїліту (рис. 3.13), сітчасто-комірчасті структури, повне переплавлення речовини в ударних чорних жилках і корі плавлення).

Окрім зламів були досліджені аншліфи світлого і темного різновиду. Світлий різновид має типову грубозернисту хондритову текстуру. Темний різновид, складений реліктами грубозернистої хондритової речовини в чорній переплавленій дрібнозернистій матриці. Хондрит Челябінськ за текстурними ознаками віднесено до ударних мономіктових брекчій. Обидва різновиди суттєво не відрізняються за мінеральним і хімічним складом, але відрізняються за структурою.

Нікелисте залізо представлене крупними і дрібними зернами камаситу і теніту неправильної форми. Вони присутні у вигляді окремих зерен та в асоціації з троїлітом і хромітом. Зерна нікелистого заліза характеризуються неоднорідним хімічним склад, який змінюється не лише від зерна до зерна, а і в межах зерен. За вмістом Ni і Со метал характеризується зворотною залежністю (рис. 3.14). Зерна теніту в більшості випадків містять невеликі домішки міді і хрому (таблиця 3.4).

Рис. 3.13. СЕМ зображення у відбитих електронах: а - комірчасто-сітчастої структури плавлення в ударній чорній жилці; б - структури плавлення металу і троїліту. Троїліт (світло-сіре), нікелисте залізо (біле), силікати (темно-сіре) і хроміт (сіре). Хондрит Челябінськ.

Порівняно з світлим різновидом, темний вміщує численні структури плавлення рудних мінералів, головним чином сульфідів, що зумовило його темно-сірий до чорного колір. В хондриті широко розповсюджені ударні чорні жилки. Вони представлені силікатним склом з пилоподібними і сітчастими структурами плавлення троїліту і нікелистого заліза. Всередині жилок є окремі крупні силікатні зерна і поодинокі мікрокристали хроміту. Границя з основною частиною хондриту - чітка. Широко розповсюджені численні евтектичні, сітчасті та комірчасто-сітчасті структури плавлення FeNi та FeS, а в світлій частині - локальні структури плавлення металу і силікатів, так звані ліофільні емульсії. Вони подібні на такі ж в хондриті Княгиня. В темному різновиді присутні тріщини різного походження. Нерегулярна і площинна тріщинуватість зерен більшості мінералів (в основному, силікатів і хроміту), що широко розвинута і в світлому різновиді хондрита, але відсутня в чорних ударних жилках, має космічне походження. Виявлено, що переважна більшість таких тріщин і мікротріщин в темному різновиді заповнена сульфідами заліза, інколи разом з нікелистим залізом. Це свідчить про часткове плавлення цих мінералів при локальному підвищенні температури від 988є С до 1450є С (температури плавлення троїліту і нікелистого заліза, відповідно) і подальше швидке остигання. Це зумовлено властивістю сульфіду заліза проникати під дією капілярного тиску в основну силікатну масу по тріщинах і міжзерновими границях. Окремі дрібні і грубі тріщини, що перетинають структурні одиниці незалежно від їх меж, а також тріщини в зернах троїліту утворились найімовірніше під час виготовлення шліфа.

Рис. 3.14. Вміст Ni і Co в нікелистому залізі загальної частини темного різновиду і переплавлених ділянок хондрита Челябінськ.

Таблиця 3.4. Хімічний склад (мас. %) мінералів у темному різновиді, ударних чорних жилках та корі плавлення хондриту Челябінськ (LL5) за даними мікрозондових досліджень

Примітка. У дужках вказано кількість аналізів; Н. в. - не визначено.

Оскільки найінтенсивніший зі співударянь повністю знищив всі структурно-мінералогічні та хімічні ознаки попередніх ударів внаслідок ударного нагріву до температури плавлення окремих мінералів, ми не можемо чітко визначити їх кількість в космічній історії материнського тіла метеорита Челябінськ, Можна лише констатувати, що виникнення хондриту як мономіктової брекчії є результатом найінтенсивнішого удару в його доземній історії, який зумовив брекчіювання і неоднорідне ударнометаморфічне перетворення поверхневого шару материнського тіла хондриту. Наявність у вивченому зразку таких ознак ударного метаморфізму, як полікристалічна будова троїліту і мозаїчне погасання олівіну свідчить про наступні менш інтенсивні удари в космічній історії метеориту, які сприяли рекристалізації цих мінералів. До цього ж періоду ймовірно відноситься і поява структур пластичних, а потім і крихких деформацій сульфідних зерен, зокрема зсув деформаційних пластинок та монокристалів у троїліті.

Проведені дослідження фрагментарних зразків темного і світлого різновиду хондрита Челябінськ та наявність в ньому ударних чорних жилок підтверджує попередні висновки про суттєве поширення в хондриті структур ударного метаморфізму. До них належать структури крихких (тріщинуватість, брекчіювання, розриви, зсуви деформаційних пластинок та монокристалів у троїліті) і пластичних деформацій (деформаційні пластинки в троїліті), структури ударного нагріву (полікристалічна будова троїліту, мозаїчне погасання олівіну, силікатні включення в нікелистому залізі і троїліті, амебоподібна форма зерен нікелистого заліза, часткова розкристалізація плагіоклазового мезостазису хондр), а також структури плавлення (пиловидні, сітчасті та каркасні структури троїліту і нікелистого заліза, локальні ділянки плавлення в силікатах, зокрема наявність маскелініту та піроксенового скла, повне переплавлення речовини в ударних чорних жилках). Отже, за шкалою Д. Штоффлера та ін. [72] ступінь ударно-метаморфічного перетворення речовини дослідженого світлого зразка відповідає попереднім визначенням, тобто - S4, а для темного зразка - S5, що відповідає ударному тиску 45-55 ГПа та спричиненій ним температурі 600-850 єС.

Жигайлівка (LL6)

Структура дуже низькозалізистого рівноважного хондриту Жигайлівка (LL6) - нерівномірно зерниста, з реліктами хондр. Мінеральний склад представлений головними мінералами силікатами - олівіном, піроксеном, плагіоклазом; другорядними рудними мінералами - нікелистим залізом, троїлітом; та акцесорними мінералами - хромітом та поодинокими зернами самородної міді [34].

В метеориті Жигайлівка нікелисте залізо представлене камаситом, тенітом та їх зростками - плеситом (рис.3.15). За розмірами їх можна поділити на дрібні (від одиниць до десятків мікрон) та крупні (від десятків до сотень мкм), що відрізняються за будовою та складом. Хімічний склад камаситу коливається від зерна до зерна, але є однорідним в межах зерен (таблиця 3.5).

Таблиця 3.5. Хімічний склад нікелистого заліза (мас. %) метеориту Жигайлівка за даними енергодисперсійних досліджень

Примітка: у дужках позначено кількість аналізів.

Рис. 3.15. СЕМ зображення у відбитих електронах зерна мікрографічного плеситу, хондрит Жигайлівка. Біле - тенітова фаза, світло-сіре - камаситова, сіре - силікати.

Зерна камаситу в хондриті мають неправильну форму з негострими, заокругленими краями, а теніту - округлу та правильну форму. Великі зерна, розміром від десятків до сотень мікрон, представлені монокристалами камаситу та його зростками з тенітом. Для всіх зерен нікелистого заліза характерна наявність пор мікронного розміру. В деяких зернах нікелистого заліза відмічено заміщення нікелистого заліза троїлітом, що є результатом сульфідизації. Зерна теніту мають зональну будову,представлену в основному трьома зонами.

Троїліт діагностовано у вигляді окремих зерен та в асоціації з камаситом (рис. 3.16). Саме в таких асоціаціях зерна троїліту зазвичай вторинної генерації та містять до 2 мас.% нікелю.

Зерна хроміту присутні в основному в асоціації з нікелисти залізом і троїлітом, рідше - у вигляді окремих зерен. Такі зерна мають ідіоморфну форму та розташовані в зернах маскелініту (рис. 3.17).

Рис. 3.16. СЕМ зображення у відбитих електронах зерна камаситу (біле), в асоціації з троїлітом (сіре), в матриці, складеній силікатами (темно-сіре). Хондрит Жигайлівка.

Рис. 3.17. СЕМ зображення у відбитих електронах ідіоморфних кристалів хроміту (світло-сіре) в маскелініті (темно-сіре) в силікатній (сіре) матриці. Хондрит Жигайлівка.

Структури ударного метаморфізму в хондриті Жигайлівка представлені структурами крихких деформацій (тріщини в силікатах, мозаїчне погасання олівіну) та нагріву (мікрографічна будова плеситу). Локальні структури плавлення в метеориті не виявлено. В досліджуваних нами зразках загальний вплив ударного метаморфізму на хондрит Жигайлівка можна оцінити 10-15 ГПа, хоча попередні дослідники оцінювали його як 20-25 ГПа [34]. Це можна пояснити неоднорідністю розповсюдження структур ударного метаморфізму в різних частинах метеориту. Отже з сучасною міжнародною шкалою Штофлера та ін. [72], ударно-метаморфічні перетворення в досліджених нами зразках відповідають стадії S2.

Княгиня (L5)

Згідно з проведеними дослідженнями [34, 12], метеорит Княгиня характеризується значним впливом ударного метаморфізму на первинні структурно-мінералогічні характеристики. Раніше було визначено величину ударного тиску та оцінено температуру, яка супроводжувала процес ударного метаморфізму.

Мінеральний склад хондриту Княгиня представлений олівіном, гіперстеном, енстатитом, плагіоклазом, нікелистим залізом, троїлітом, піротином, хромітом, ільменітом, магнетитом [34]. Непрозорі мінерали представлені нікелистим залізом, троїлітом та хромітом. Зерна металу та троїліту розташовані в основному в матриці метеориту, іноді всередині хондр. ударний метаморфізм хондрит туманність

Структурно-мінералогічні особливості та хімічний склад металу і троїліту досліджено в двох полірованих шліфах загальною площею 1,3 см2. Електронно-мікроскопічні дослідження нікелистого заліза в аншліфах та визначення його хімічного складу дали змогу більш детально класифікувати зерна металу по формі, хімічному складу та структурам ударного метаморфізму. По формі зерен металу виділяється три типи. До першого відносять зерна неправильної амебоподібної форми, розміром від 2,5 до 6,5 мм; до другого - ізометричні зерна, розміром від 1,0 до 2,5 мм; третій тип представлений округлими частинками, розміром від 0,2 до 1,0 мм. Найбільш широко поширені серед них зерна неправильної форми з гострими кутами.

Нікелисте залізо представлене камаситом, тенітом та плеситом. Камасит характеризується полікристалічною структурою та наявністю нейманових ліній. При травленні аншліфа розчином 5-процентного ніталу, всередині зерен камаситу виявлено нейманові лінії, деякі з них зігнуті та деформовані [34]. Теніт присутній у вигляді окремих зерен та зростків з камаситом. Більшість зерен та окремих ділянок у теніті складена плеситом. Зерна плеситу мають типову для рівноважних хондритів мікрографічну (грубоструктурну) структуру.

У зернах камаситу та троїліту присутні включення інших мінералів, які представлені в основному силікатами та округлими, значно меншими за розмірами, зернами фосфатів (рис. 3.17). Також деякі зерна нікелистого заліза містять включення троїліту або хроміту [12]. В троїліті знайдено включення ільменіту.

Рис. 3.17. СЕМ зображення у відбитих електронах зерна троїліту (світло-сіре), з включеннями силікатів і фосфатів (сіре, темно-сіре). Хондрит Княгиня.

Структури ударного метаморфізму в досліджених аншліфах метеориту Княгиня представлені структурами: пластичних деформацій (нейманові лінії в камаситі), та плавлення (пилоподібні, жилкуваті, кулясті та структури сумісного плавлення металу та силікату). Структури плавлення розташовані в матриці метеориту на контакті металевої та силікатної складових. В деяких випадках жилки виповнені евтектичними структурами плавлення троїліту та нікелистого заліза.

В метеориті Княгиня широко розповсюджені кульки плавлення, які складені троїлітом, камаситом та тенітом. В локальних ділянках контакту силікату та нікелистого заліза вперше для метеоритів діагностовано складні структури плавлення металу та силікатів, так звані ліофільні емульсії. У переважній більшості звичайних хондритів звичайні структури сумісного плавлення складаються лише окремо з силікатних кульок та з кульок металу [53]. В метеориті Княгиня ці структури мають складну будову: матриця металу вміщує кульки силікатів мікронного розміру, всередині яких знаходяться металеві кульки нанометричного розміру (рис. 3.18). Виникнення таких структур зумовлене значним підвищенням температури до температури плавлення нікелистого заліза та силікатів [32, 33]. В результаті чого утворюються незмішувані рідини у вигляді схожих на ліофільні емульсії краплин. Одразу після виникнення ці рідини миттєво застигають.

Рис. 3.18. СЕМ зображення у відбитих електронах складної ліофільної структури плавлення металу і силікатів: теніт - біле, силікати - темно-сіре. Хондрит Княгиня.

Додатковою ознакою ударно-метаморфічного перетворення первинної структури метеориту є наявність в ньому зростків камаситу та мікрографічного плеситу. Повторне нагрівання або проходження ударної хвилі спричинює перетворення відманштеттенової структури плеситу на рівноважний плесит мікрографічної структури. В наших зразках вони складають близько 60 % об'єму усього нікелистого заліза.

За допомогою енергодисперсійного спектрометра було вивчено хімічний склад зерен нікелистого заліза та троїліту (таблиця 3.6).

Камасит в метеориті Княгиня характеризується варіацією вмісту Ni від зерна до зерна та однорідним складом в межах зерен. Він містить незначну кількість Co 0,57 - 1,98 мас. %. Вміст Ni в теніті коливається в межах від 30,30 до 52,11 мас. %, вміст Co - від 0 до 0,95 мас. %.

Сульфіди заліза в хондриті характеризуються однорідністю хімічного складу в межах зерен та його варіацією від зерна до зерна, що відповідає 55,57-61,71 мас. % S та наявність невеликої кількості домішок Co (? 1,04 мас. %). Відповідно до проведених енергодисперсійних досліджень, змінний склад сульфіду заліза вказує на присутність не лише троїліту, а і піротину .

Таблиця. 3.6. Хімічний склад нікелистого заліза та троїліту (мас. %) метеориту Княгиня за даними енергодисперсійних досліджень

Примітка: у дужках позначено кількість аналізів.

Таким чином, в результаті електронно-мікроскопічних та хімічних досліджень ми діагностували широко розповсюджені структури ударного метаморфізму (жилкуваті структури та кульки плавлення, складні структури плавлення металу та силікатів), численні асоціації камаситу та мікрографічного плеситу, а також відсутність плеситу типу IV. Такі перетворення речовини метеориту можуть бути зумовлені значним впливом ударного метаморфізму на структурно-мінералогічні характеристики метеориту під час його існування в космосі. Отже, можна зробити висновок про декілька співударянь метеориту з іншими метеоритними об'єктами в період його існування в поясі астероїдів: з першим пов'язані основні структурно-мінералогічні і хімічні зміни метеориту; з другим, менш інтенсивним, - виникнення нейманових ліній, а третій, найслабший, призвів до їх деформації. Вплив пікового ударного тиску на метеорит оцінено як 25 ГПа із температурою нагрівання загальної частини метеориту до 500 єС та локально - до температури плавлення олівіну та троїліту [34, 38]. В загальноприйнятій класифікації ударного метаморфізму Штоффлера та ін., для ударної стадії S4 характерні наявність зерен олівіну з хвилястим та мозаїчним погасанням, які утворилися при ударному тиску 30-35 ГПа та підвищення температури ударного нагріву до 350-600 єC [72]. Наші дослідження хондриту показали, що в ньому присутні не лише перераховані структури, а і зерна маскелініту (високобаричної модифікації плагіоклазу), що свідчить про високу ударно-метаморфічну стадію його перетворення.

Оленівка (L5)

Текстура метеориту Оленівка хондритова, контури хондр збереглися досить добре. Мінеральний склад хондриту представлений олівіном, піроксеном, розкристалізованим склом, камаситом, тенітом, плагіоклазом, хромітом, ільменітом та поодинокими зернами самородної міді [34]. Нікелисте залізо в метеориті Оленівка характеризується типовими для рівноважних низькозалізистих хондритів структурно-мінералогічними та хімічними особливостями. В досліджуваному хондриті зерна нікелистого заліза можна поділити за розміром на два типи: великі - від десятків до сотень мікрон та дрібні - від одиниць до десятків мікрон. В більшості випадків великі частинки це моно- чи полікристалічні зерна камаситу або його зростки з однорідним тенітом, а дрібні представлені плеситом або зональним тенітом. Форма зерен камасита неправильна, інколи амебоподібна без гострих кутів та ізометрична. (Рис. 3.19, 3.20). Зерна теніту в основному мають округлу форму. Вміст нікелю змінюється від зерна до зерна (таблиця 3.7), а в межах зерен розподіл нікелю характеризується типовим М-подібним профілем.

Рис. 3.19. СЕМ зображення у відбитих електронах амебоподібного зерна нікелистого заліза (біле) в оточенні силікатних мінералів (світло-сіре). Хондрит Оленівка

Рис. 3.20. СЕМ зображення у відбитих електронах зерна нікелистого заліза (біле) з незначною кількістю округлих включень силікатів (світло-сіре), яке розташоване в силікатній матриці(світло-сіре, сіре). Хондрит Оленівка

Таблиця 3.7. Хімічний склад (мас. %) зерен нікелистого заліза в хондриті Оленівка за даними EDS досліджень

Примітки: в дужках вказано кількість аналізів

У хондриті Оленівка діагностовано структури крихких деформацій (хвилясте погасання олівіну та плагіоклазу, тріщинуватість деяких зерен олівіну, піроксену, хроміту, троїліту) та ударного нагріву (мікрографічний плесит, полікристалічний камасит, деякі зерна троїліту вторинної генерації). Локальних структур плавлення в досліджуваних зразках метеориту не виявлено. Згідно з нашими дослідженнями, загальний вплив ударного метаморфізму на хондрит Оленівка можна оцінити 5-10 ГПа, що співпадає з даними попередніх досліджень [34]. Отже з сучасною міжнародною шкалою Штофлера та ін. [72], ударно-метаморфічні перетворення в досліджених нами зразках відповідає стадії S2.

Білокриниччя (Н4)

Текстура високозалізистого метеорита Білокриниччя хондритова, з чіткими контурами хондр. За даними попередніх дослідників мінеральний склад представлений олівіном, піроксеном, плагіоклазом, камаситом, тенітом, троїлітом, та хромітом [34]. Нікелисте залізо метеорита Білокриниччя представлене камаситом, тенітом, також його зростками - плеситом. В метеориті Білокриничяя нікелисте залізо розташоване в основному в матриці, а за розмірами можна поділити на великі та дрібні зерна. Великі (від десятків до сотень мікрон) зерна камаситу в основному є полікристалічними, мають неправильну амебоподібну форму з гострими кутами (рис. 3.21, 3.22). Дрібні зерна (від одиниць до десятків мікрон) в основному представлені однорідним або зональним тенітом округлої форми. Хімічний склад нікелистого заліза змінюється не лише від зерна до зерна, а і в межах зерен (таблиця 3.8.).

Рис. 3.21. СЕМ зображення у відбитих електронах зерна камаситу (біле) з округлими краями, що майже не містить включень. Хондрит Білокриниччя.

Рис. 3.22. СЕМ зображення у відбитих електронах амебоподібного зерна нікелистого заліза з гострими, рваними кутами і численними включеннями. Хондриті Білокриниччя.

Таблиця 3.8. Хімічний склад нікелистого заліза (мас. %) метеориту Білокриниччя по даних енергодисперсійних досліджень

Примітка: у дужках позначено кількість аналізів.

Структури ударного метаморфізму в хондриті є широко розповсюдженими. В метеориті Білокриниччя присутні структури крихких (тріщинуватість зерен силікатів, брекчіювання нейманових ліній) пластичних (нейманові лінії в камаситі, полоси та пластинки деформації на поверхні зерен камаситу) та структури нагріву (мікрографічний плесит (рис. 3.23), прожилки та пилоподібні структури плавлення троїліту (рис. 3.24)). До структур нагріву, окрім полікристалічних зерен камаситу, належать ділянки мікрографічого плеситу в теніті та троїліт вторинної генерації (рис. 3.25).

Рис. 3.23. СЕМ зображення у відбитих електронах зерна, складеного мікрографічним плеситом. Біле - теніт, світло-сіре - камасит, темно-сіре - силікати. Хондрит Білокриниччя.

Рис. 3.24. СЕМ зображення у відбитих електронах сітчастої структури плавлення троїліту (світло-сіре) і нікелистого заліза (біле) в силікатах (сіре). Хондрит Білокриниччя.

Рис. 3.25. СЕМ зображення у відбитих електронах структури заміщення камаситу (біле) троїлітом (сіре) у силікатах - темно-сіре. Хондрит Білокриничя.

Наявність ударних прожилок та пилоподібних структур плавлення троїліту свідчить про підвищення температури в локальних ділянках до температури плавлення троїліту внаслідок ударно-метаморфічного перетворення хондриту. Окрім цього нами знайдено евтектичні структури плавлення нікелистого заліза і троїліту, що утворилися при підвищенні температури в локальних ділянках до температури плавлення металу. В досліджених нами зразках загальний вплив ударного метаморфізму на хондрит Білокриниччя можна оцінити 15-25 ГПа, що співпадає з даними попередніх досліджень [34]. Таким чином, згідно з сучасною міжнародною шкалою Штофлера та ін. [72], ударно-метаморфічні перетворення в досліджених нами зразках відповідають стадії S3.

Галків (Н4)

Одним із малодосліджених метеоритів, що зберігається лише в метеоритній колекції Національного науково-природничого музею НАН України, є нерівноважний хондрит Галків. Метеорит було класифіковано як звичайний хондрит хімічної групи H та петрологічного типу 4. Як відмітили дослідники [68], зерна нікелистого заліза хондриту Галків є перспективними для вивчення структур ударного метаморфізму та відповідно умов еволюції материнського тіла в космосі. Згідно з літературними даними [68], зерна металу в основному представлені камаситом, в меншій мірі - тенітом. Більші за розміром зерна характеризуються неправильною формою і розташовані в матриці метеориту, деякі з них мають хвилясті краї, схожі на корозійні та містять численні включення силікатів, фосфатів, хроміту. Нами були проведені додаткові дослідження, а саме - детальні електронно-мікроскопічні вивчення скульптури поверхні, будови і хімічного складу зерен нікелистого заліза хондриту Галків.

Електронно-мікроскопічні дослідження нікелистого заліза в аншліфі та визначення його складу за допомогою енергодисперсійного спектрометра дали нам змогу більш детально класифікувати ці зерна металу по формі, хімічному складу та визначити роль ударного метаморфізму в доземній історії метеориту Галків.

Відібрані для скульптурних досліджень зерна нікелистого заліза відрізняються по формі і розмірам, серед них переважають зерна неправильної (гілчастої) форми з неоднорідною матовою поверхнею. Такі зерна важко відчистити від силікатів, що зумовило значне обмеження у вивченні скульптури їх поверхні під сканувальним електронним мікроскопом.

По формі та розмірах зерна нікелистого заліза можна поділити на три групи. Перша з розміром зерен від 250 до 450 мкм представлена зернами неправильної амебоподібної форми з гострими краями, на матовій поверхні яких присутня пластинчаста скульптура. Друга, з розміром зерен від 100 до 250 мкм, характеризується ізометричними зернами з блискучою полігонально-увігнутою поверхнею, а третя група з розміром зерен до 100 мкм - округлими частинками з блискучою гладенькою поверхнею.

На поверхні багатьох зерен металу присутні скульптури деформації, нагріву та вивітрювання. Найбільш цікавими для дослідження скульптурами деформації є зерна з пластинчатою поверхнею, які раніше спостерігали на поверхні зерен камаситу з хондриту Кримка. На поверхні зерен металу вони розміщуються як система паралельних пластинок, які виникли внаслідок зсуву кристалічної гратки металу при ударному метаморфізмі (рис. 3.26).

На поверхні більшості зерен камаситу домінує одна система пластинок, проте в деяких зерен їх декілька. В окремих зразках деформаційні пластинки характеризуються додатковою пластичною деформацією, а саме їх згином. Ознаки деформації зсуву знайдено на поверхні більшості досліджених зерен.

Рис. 3.26. СЕМ зображення у вторинних електронах поверхні зерна нікелистого заліза з однією системою паралельних пластинок зсуву. ...