ГЕОХИМИЯ, 2011, № 5, с. 473-482
ЛАМЕЛЯРНЫЕ ПИРОКСЕН-ШПИНЕЛЕВЫЕ СИМПЛЕКТИТЫ В ЛУННОМ ОЛИВИНЕ ИЗ РЕГОЛИТА АЛС "ЛУНА-24"
© 2011 г. Н. Р. Хисина*, Р. Вирт**, М. А. Назаров*
* Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991 Москва, ул. Косыгина, 19; e-mail: khisina@geokhi.ru;
** GeoForschungZentrum Potsdam, Germany Поступила в редакцию 15.10.2009 г.
Методами электронно-зондового микроанализа (EMPA), сканирующей электронной микроскопии (SEM) и просвечивающей электронной микроскопии (TEM) проведено детальное исследование Cr—Ca ламелей в одном из зерен магнезиального оливина (шлиф 1611) из реголита "Луны-24". Установлено, что ламели параллельны плоскостям (100) плотнейшей упаковки кислорода в оливине и состоят из закономерных червеобразных срастаний двух фаз, которые представлены диопсидом (Di) и хромитом (Chr) в объемном соотношении Di: Chr « 3 : 1. Валовый химический состав ламелей аппроксимируется как Ca2Mg2Fe2+(Cr3+)2Si4O16. Ламели идентичны по фазовому составу симплектитам типа A, F, E из образцов лунных экспедиций по программе "Аполлон" [9]. На основе морфологии и фазового состава ла-мелярные выделения в исследованном зерне оливина из реголита "Луны-24" классифицированы как ламелярный тип пироксен (Px) — шпинелевых (Spl) симплектитов, образование которых вызвано процессом окисления оливина при IW < logfO2 < QFM. Полученные данные указывают на твердофазовый механизм образования ламелей и свидетельствуют о существовании протофазы ламелярного габитуса, преобразованной впоследствии в Px-Spl симплектит. Предполагается, что промежуточной фазой при образовании симплектита мог быть гранат уваровит-кноррингитового состава, образовавшийся в результате окисления оливина в условиях высокого давления при t > 800°C. Последующее преобразование граната в низкобарную ассоциацию Px-Spl симплектита могло протекать по механизму ячеистого распада в соответствии с реакцией Ca2MgCr2Si3O12 + (Mg,Fe)2SiO4 = 2CaMgSi2O6 + FeCr2O4. Представленные данные являются результатом впервые проведенного детального наноминералогического исследования ламелярных Px-Spl симплектитов в оливинах лунного происхождения.
Ключевые слова: лунный реголит, Луна-24, оливин, симплектиты, просвечивающая электронная микроскопия.
ВВЕДЕНИЕ
Термин симплектит в общем случае означает агрегат полиминеральных срастаний в матрице минерала-хозяина. Симплектиты в оливинах образованы червеобразными срастаниями шпинели и пироксена; для них характерны высокие содержания элементов, которые обычно могут присутствовать в оливине только в виде примесей (Cr, Ca, Al, Ti). Характерно присутствие в симплектитах элементов с высокой валентностью (Al3+, Cr3+, Fe3+, Ti4+). Симплектиты встречаются в оливинах из земных расслоенных интрузий, плутонических комплексов, кимберлитов [1—7]. В оливинах внеземного происхождения симплектиты наблюдались в лунных тр-октолитах, дунитах и морских базальтах [8, 9]; в метеоритах марсианского происхождения Nakhla [10, 11], Governador Valadarez [12, 13], Chassigny [13], в метеорите Queen Alexander Range 93148 из группы лодранитов [14] и в оливиновых включениях мезо-сидерита Будулан [15]. Шпинельная фаза в земных и марсианских симплектитах представлена магне-
титом, часто с примесью хромита, благородной шпинели и магнезиоферрита; в лунных симплекти-тах — преимущественно хромитом. Пироксен представлен диопсидом или авгитом; в земных симплек-титах иногда присутствует также ортопироксен. Симплектитовые срастания обычно приурочены к границам зерен и образуют неправильной формы участки (колонии) площадью 0.1—1 мм2 на границах оливина с плагиоклазом или пироксеном, а также наблюдаются в виде отдельных пятнистых или лин-зовидных вкраплений в оливине. Реже встречаются симплектиты игольчатой или ламелярной формы, которые находятся внутри зерен и не приурочены к межзеренным границам [2, 5, 6, 8, 10]. Наблюдались случаи присутствия в одном и том же зерне оливина как ламелярных (игольчатых), так и неламелярных симплектитовых срастаний [8]. В среднем объемная доля симплектитов не превышает 1% от объема зерна оливина-хозяина [9, 10].
В достаточно обширной литературе по симплек-титам содержатся различные, зачастую противоре-
Таблица 1. Химические составы Са,Сг-ламель + вмещающий оливин по данным электронно-зондового микроанализа (ат. %)
№ Mg S1 Ca Cr Fe O Atot/Si
1* 21.79 14.23 0 0 6.63 57.12 2
2 18.79 14.71 1.40 1.45 5.86 57.72 1.87
3 17.69 14.61 2.28 1.93 5.59 57.79 1.88
4 18.51 14.43 1.75 1.54 6.08 57.60 1.93
5 17.44 14.62 2.59 1.95 5.53 57.80 1.88
6 17.12 14.60 2.43 2.22 5.68 57.85 1.88
7 16.72 14.82 2.86 2.17 5.35 57.95 1.83
8 17.89 14.56 2.00 1.84 5.80 57.74 1.89
9 19.87 14.49 1.16 0.91 6.01 57.71 1.93
10 15.08 14.54 3.77 3.17 5.35 58.06 1.88
11 15.59 14.56 3.49 2.83 5.43 57.99 1.88
12 15.29 14.66 3.46 3.10 5.32 58.10 1.85
13 15.44 14.62 3.64 2.98 5.20 58.05 1.86
14 16.75 14.59 2.72 2.29 5.75 57.87 1.88
15 15.61 14.65 3.43 2.83 5.36 58.03 1.86
16 15.93 14.58 3.21 2.85 5.39 58.00 1.88
Примечание. 1* — матрица оливина; Atot = Mg + Fe + Ca + Cr; T1O2 < 0.07 мас. %, NiO < 0.06 мас. %, MnO < 0.35 мас. %.
чивые, мнения относительно их происхождения и условий образования. Предполагалось, что сим-плектиты образуются в результате перекристаллизации захваченного кумулятивного расплава [8, 9]; в процессах метаморфизма и метасоматоза [7], в ходе постмагматического остывания [6], на позднемаг-матической стадии субсолидусного преобразования [10]. Предлагались различные механизмы формирования симплектитов: окислительный распад [1, 2], окисление оливина с образованием "оксиоливи-
на" Бе^+з ВЮ4 как фазы-предшественницы [2, 8], реакция между оливином и плагиоклазом [8, 9], прерывистое ячеистое выделение [1, 8, 9]; разложение граната как протофазы симплектитов [3, 4, 9]. В качестве физико-химических факторов образования симплектитов рассматривались: увеличение фугитивности кислорода [2, 6, 10], возрастание активности 8Ю2 [6], быстрое остывание [6] и, наоборот, медленное остывание [8] или даже высокие температуры процесса [2, 10]; высокие давления [8].
Несмотря на большое число публикаций, механизм и условия генерации симплектитов остаются предметом дискуссии. В реголите "Луны-24" обнаружена популяция зерен магнезиального оливина (Ро65_80), которые генетически не связаны с доминирующими в месте посадки ферробазальтами и,
1 Гипотетический оксиоливин как фаза-предшественница
был ошибочно предположен до открытия лайхунита ^е2+)о.5(уРе)о.5^е3+)1.о8Ю4, где (уРе) — катионная вакан-
сия [17], которому по смыслу оксиоливин идентичен.
как предполагается, образовались путем дробления некоторой крупнозернистой кумулативной породы, фрагменты которой не наблюдались в этом реголите [16]. Некоторые из таких зерен оливина содержат ламели толщиной 0.5—1 мкм, обогащенные хромом и кальцием и ориентированные параллельно плоскостям (100) оливина-хозяина [18—20]. В настоящей работе методами электронно-зондового микроанализа (EMPA), сканирующей электронной микроскопии (SEM) и просвечивающей электронной микроскопии (TEM) проведено детальной исследование Cr—Ca ламелей в одном из зерен магнезиального оливина (шлиф 1611) из реголита "Луны-24"; размер этого оливинового зерна около 500 мкм.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Прозрачно-полированный шлиф 1611 исследован методами электронно-зондового микроанализа (EMPA) и сканирующей электронной микроскопии (SEM). Матрица оливина имеет состав Fo77 и практически не содержит Ca и Cr (анализ 1, табл. 1). В зерне присутствуют ламели, которые имеют ширину 0.5—1.0 мкм (рис. 1а) и характеризуются высокими содержаниями Cr и Ca (рис. 1б, 1в). Из-за малой толщины ламелей выполнить методом EMPA количественный химический анализ ламелей отдельно от вмещающей оливиновой матрицы не представляется возможным, и в анализах всегда присутствует вклад оливиновой матрицы (табл. 1). Тем не менее, приведенные в табл. 1 анализы, полученные при разных соотношениях в анализируемых
точках объемных долей ламели и вмещающего оливина, позволяют установить некоторые закономерности. Атомное содержание кремния в оливине и ламелях одинаковое (табл. 1). Cr в ламелях положительно коррелирует с Са в соотношении Cr = = 0.81Ca + 0.08 (рис. 2а); линии смешения составов оливина (матрица) и ламели показывают обратную корреляцию (Cr + Са) и Mg в соотношении (Ca + Cr) = -1.03Mg + 22.33 (рис. 2б). Железо, так же как и магний, обнаруживает тенденцию к уменьшению концентрации с увеличением доли вещества ламели в анализируемых точках; при этом железо обратно коррелирует с хромом в соотношении Cr = —2.18Fe + 14.41 (рис. 2в). Данные SEM обнаруживают характерное для симплектитов двухфазное строение ламелей, проявленное в поперечной червеобразной полосчатости (рис. 3а); однако из-за малого размера выделений идентифицировать фазы симплектита методом SEM не удалось.
Диагностика фаз в симплектите проведена методом просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ). Пленочный препарат для электронно-микроскопического исследования, изготовленный методом фокусированного ионного пучка (FIB) [21], был "вырезан" из шлифа перпендикулярно удлинению ламелей; плоскость (010) препарата соответствует поперечному сечению ламелей и перпендикулярна плоскости шлифа. Ламелярная, а не игольчатая морфология симплектитов подтверждается сопоставлением изображений в шлифе и в препарате: на электронно-микроскопических изображениях ламели удлинены вдоль направления [001] в плоскости (010) оливина (рис. 3б), а в плоскости шлифа, которая перпендикулярна плоскости электронно-микроскопического изображения, удлинение ламелей отвечает направлению [010] оливина (рис. 3а). Соответственно, границы сопряжения ла-мелей с вмещающим оливином ориентированы параллельно плоскости (100) оливина. Поперечная полосчатость наблюдается в обоих сечениях ламели (рис. 3а и 3б), которые перпендикулярны друг другу. Это свидетельствует о том, что закономерные червеобразные срастания двух фаз образуют в ламели балочную субструкутуру (рис. 3б). На основе данных электронной дифракции и изображений высокого разрешения эти фазы иде
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.