ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2015, № б, с. 103-115
УДК550.382
HE СОДЕРЖАЩИЕ НИКЕЛЯ ЧАСТИЦЫ ЖЕЛЕЗА В ОСАДКАХ. ОБОБЩЕНИЕ ДАННЫХ МИКРОЗОНДОВОГО И ТЕРМОМАГНИТНОГО АНАЛИЗОВ
© 2015 г. Д. М. Печерский1, Д. М. Кузина2
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва 2Казанский федеральный университет, геологический факультет E-mail: diamarmp@gmail.com Поступила в редакцию 18.02.2014 г.
Обобщены результаты комплекса микрозондовых и термомагнитных исследований самородного железа в осадочных породах. Выясняется, что в осадках широко распространены частицы самородного железа, не содержащие примеси никеля. Показано, что такие частицы имеют космическое происхождение и являются, очевидно, частью космической пыли. Предлагается возможное объяснение: такие частицы произошли из мантийных и коровых пород пояса астероидов как результат их дробления и плавления находящихся в этих породах таких силикатов как оливин, пироксен.
DOI: 10.7868/S0002333715040092
ВВЕДЕНИЕ
Авторы данной статьи с 2004 года занимаются изучением состава и распространения частиц самородного железа в осадках с помощью микрозон-дового и термомагнитного анализов [Печерский, 2012; Печерский и др., 2006; 2008; 2009; 2011; 2012; 2013а; б; в; Печерский, Шаронова, 2012; 2013; Pechersky, 2010; Pechersky et al., 2006; 2008]. В настоящей статье обобщены результаты этих исследований, из которых выясняется, что главная роль среди частиц самородного железа принадлежит частицам чистого железа и железа, не содержащего никель, хотя по всем существующим данным в таких частицах основной примесью должен быть никель [например, Murray, Renard, 1891; Fredriksson, Martin, 1963; Parkin et al., 1980; и др.], во всех энциклопедиях и справочниках указывается, что основная примесь в частицах самородного железа из космической пыли — это никель.
Термомагнитными, микроскопическими и микрозондовыми исследованиями охвачены 30 объектов, в том числе керны четырех скважин донных отложений СЗ Атлантики (коллекция И.О. Мурдмаа), двух скважин озерных осадков Байкала (коллекция М.И. Кузьмина) и одной скважины озерных осадков Дархада (Монголия, коллекция А.Ю. Казанского), образцы из разрезов кайнозойских и меловых отложений Крыма (коллекция В.А. Фомина), Поволжья (коллекция Э.А. Моло-стовского), Кавказа (Россия, коллекции В.А. Фомина, О.А. Корчагина, Грузия, коллекции Б.З. Асанидзе, В.М. Трубихина), Мангышлака (Казахстан, коллекция Д.П. Найдина), Копет-дага (Туркмения, коллекции В.А. Фомина, В.М.Т рубихина), Гамса (Ав-
стрия, коллекция А.Ф. Грачева), Стевен-Клинта (Дания, коллекция О.А. Корчагина), осадков из кратера Чиксулуб (коллекция ОА. Корчагина), пермо-триасовых отложений Мейшаня и Гималаев (коллекции О.А. Корчагина), девонских отложений Подолья (Украина, коллекция В.Г. Бахмутова), нижнекембрийских отложений Чекуровки, В. Сибирь (коллекция А.Ф. Грачева, В.Э. Павлова). Разнообразие типов отложений, их географического положения и возраста позволяет говорить об объективности полученных результатов и выявленных закономерностей.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Микрозондовые (МЗА) и другие микроскопические исследования выполнены в Геофизической обсерватории "Борок", исполнитель В.А. Цельмович. Для МЗА использовался микрозонд "Тескан Вега II" с энергодисперсионным спектрометром. Отобранные для изучения на микрозонде образцы измельчались, диспергировались в ультразвуковой ванне и из них постоянным магнитом извлекалась магнитная фракция. МЗА проводился при напряжении 20 кВ и токе 0.2 нА, размер луча зонда ~0.2 мкм, размер анализируемой области — 2 мкм.
Термомагнитные исследования включали измерение намагниченности образцов в магнитном поле 500 мТл и ее зависимости от температуры (термомагнитный анализ — ТМА). ТМА проводился в палеомагнитной лаборатории геологического факультета Казанского университета с помощью экспресс-весов Кюри, исполнитель Д.М. Гильманова. Учитывая, что точки Кюри частиц самородного же-
леза выше 700°С и достигают 770°С, для изучения распространения частиц самородного железа использован ранее не применявшийся ТМА до 800°С По точке Кюри и намагниченности возможно определение концентрации магнитного минерала, в частности, самородного железа. На сегодня это единственный метод быстрой и массовой оценки концентрации магнитных минералов в осадках. Точность определения точки Кюри 5— 10°С. Точность оценки концентрации магнитного минерала довольно низкая, но это не играет принципиальной роли на фоне колебаний концентраций самородного железа в осадках на несколько порядков. Недостатки в точности ТМА компенсируются простотой самого ТМА, приготовления проб, быстротой получения данных.
Данные ТМА и МЗА дополняют друг друга. Нередко магнитные минералы, обнаруженные ТМА, не фиксируются МЗА и наоборот. Это важно подчеркнуть, т.к. ТМА выполнялся на крохотном кусочке весом менее 0.1 г, а МЗА — на магнитной фракции более крупного раздробленного кусочка из того же образца, и при неравномерном распределении того или иного минерала между двумя видами анализа могут быть существенные расхождения. Так, например, ТМА обнаружены магнитные частицы с Тс = +730...+770°С, хотя МЗА частицы, соответствующие по составу таким Тс, не обнаружены. Вариант частиц самородного железа, содержащего примесь никеля, как отмечено выше, неоднократно описан в океанских осадках. Соответственно, фиксацию магнитных частиц по данным ТМА с Тс < 760°С, которые не обнаруживаются при МЗА, мы связывали с субмикронным размером частиц железа, содержащих примесь никеля.
РЕЗУЛЬТАТЫ МЗА
Состав частиц самородного железа. Результаты изучения состава частиц самородного железа сведены в таблицу. Как видно из таблицы, подавляющее большинство зафиксированных МЗА частиц — это чистое железо (388 частиц) и железо с различными примесями, за исключением никеля (557 частиц), и только 99 частиц Бе№ и БеСг№ сплава и 65 частиц самородного никеля.
Примесь кремния самая распространенная, он обнаружен в 286 частицах. Его концентрация широко варьирует, достигая 6%, распределение кремния (рис. 1а) скорее отражает захват зондом соседних силикатов или наличие в частицах самородного железа включений силикатов. При этом прослеживаются в большинстве объектов моды 1% Si и 1.8% Si, очевидно отражающие изоморфную примесь кремния в частицах железа, т.к. трудно предположить постоянство концентрации элемента, если он захвачен из соседнего зерна. Согласно этим модам, можно считать, что около 80 частиц (из 286) содержат изоморфную примесь кремния. Примесь алю-
миния преимущественно ниже 1.5% и достигает 9% (рис. 1б), между концентрациями кремния и алюминия тесная корреляция, г = 0.87, отражая тот факт, что заметная часть примеси алюминия есть результат захвата соседних силикатов. Слабее видна корреляция между концентрациями кремния и хрома (г = 0.4), т.е. хром присутствует в частицах железа преимущественно как изоморфная примесь. Концентрация хрома образует две группы (рис. 1в): первая — 0.5—6% Сг, вторая — 8—20% Сг. Такая "бимодальность" концентраций хрома, вероятно, отражает различные условия образования этих двух групп частиц. Заметно реже встречается примесь титана, он обнаружен только в 29 частицах железа, и распределение его неравномерное (таблица), концентрация менее 2%. Еще реже встречаются примеси магния, марганца и др.
Если суммировать все данные о примесях в частицах самородного железа (без никеля!), то видно их повсеместное присутствие, довольно близкое к равномерному (таблица). Чего не скажешь о частицах самородного железа с примесью никеля и тем более о частицах самородного никеля. Распределение Бе№ + БеСг№ и самородного никеля крайне неравномерное. Например, в миоценовых осадках Байкала, Атлантики (скв. 386) частицы с никелем не обнаружены, тогда как в осадках Дар-хада, Атлантики (скв. 391А), Халаца и Квиринаки в заметных количествах присутствуют частицы Бе№, БеСг№ сплава. В пределах каждого объекта распределение никеля двух видов: 1) случайно разбросанные единичные частицы и 2) редкие скопления таких частиц в отдельных образцах и на отдельных уровнях (тонких прослоях). Кроме примеров, приведенных выше, еще примеры: Гаме, только в одном кусочке размером менее 1см из пограничного слоя между мелом и палеогеном обнаружен тонкий прослой мощностью ~200 мкм, содержащий большое число частиц самородного никеля и сплава Бе№; Стевен-Клинт, тот же пограничный слой, в одном образце из этого слоя 4 частицы Бе№ сплава и 5 частиц никеля; кратер Чиксу-луб, то же время в одном образце (№ 2) 6 частиц Бе№ сплава и 10 частиц никеля; Подолье, один образец из девонских отложений содержит 4 частицы Бе№ сплава и 11 частиц никеля; Гималаи, обнажение Нельбен, в нижнетриасовых отложениях в двух образцах, соответственно, 14 и 5 частиц Бе№ сплава; Мейшань, в пермо-триасовых отложениях выделяются два образца, содержащие, соответственно, 3 частицы БеСг№ сплава и 3 частицы никеля, 2 частицы БеСг№ сплава и 3 частицы никеля. Коэффициент корреляции между числом частиц железа без никеля и числом частиц содержащих никель г = 0.49, с числом частиц самородного никеля г = 0.21.
Таким образом, можно уверенно говорить об очень широком (глобальном) распространении частиц самородного железа, как чистого, так и со-
N
60 г
50 -
(а)
40
30
20
10
оо^^^^^счсчсч сч сч гл гл гл гл О О О {№ <"Ч <"Ч <"Ч {№ со со ел
Примесь кремния в частицах железа, %
25 20 15 10
N
(б)
О О ^ Т-Ч ^ ^ ^ Г^ Г^ Г^ Г^ Г^ Г^. ГЛ Г^. Г^. Г^. ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ УД ^ ^ ^ ^
т-ч т-ч т-ч° СЧ СЧ <"Ч <"Ч <"Ч ГЛ ГЛ ГЛ ГЛ ГЛ ^ -^4 ^
40 35 30 25 20 15 10 5 0
N
Примесь алюминия в частицах железа, % (в)
сл 0.
.5
0.
сл 0.
.4
2.
5
.4
2.
5
5
0^4
5
0^8 0^4
Примесь хрома в частицах железа, %
0 2
0
5
0
Рис. 1. Примесь кремния, алюминия и хрома в частицах самородного железа (%). N — число частиц. Сумма данных МЗА.
держащего различные примеси, исключая никель. На их фоне появляются случайно и редко разбросанные в осадках единичные знаки частиц Бе№ сплава, БеСг№ сплава и самородного никеля. Местами они образуют локальные скопления, очевидно, являясь продуктами падения метеоритов. Слабая корреляция между числом частиц жел
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.