АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2015, том 49, № 5, с. 340-352
УДК 550.382
МАГНИТНЫЕ МИНЕРАЛЫ МЕТЕОРИТА ЧЕЛЯБИНСК
© 2015 г. Г. П. Марков, Д. М. Печерский, В. А. Цельмович
Институт физики Земли РАН, Москва e-mail: gpmarkov@yandex.ru Поступила в редакцию 24.03.2014 г.
Проведены термомагнитный, микрозондовый анализы и измерения гистерезисных характеристик 8 образцов метеорита Челябинск. Показано, что основные магнитные минералы метеорита представлены двумя группами Fe—Ni сплавов (разновидностей самородного Fe) c различными концентрациями никеля и Fe-сульфидами. Обнаруженные в небольших концентрациях магнетитовые шарики образованы из троилита и других Fe-сульфидов, которые окислены до магнетита в процессе плавления метеорита в земной атмосфере. Наблюдаемый эффект "перетяжки" исходной петли гистерезиса, вероятно, связан с длительным отжигом космического тела до его перехода в состояние метеороида.
Ключевые слова: минералы, метеориты, термомагнитный анализ, микрозондовый анализ. DOI: 10.7868/S0320930X15040076
ВВЕДЕНИЕ
Челябинское событие 15 февраля 2013 г. вызвало большой интерес исследователей метеоритов. По результатам исследования метеорита Челябинск 21 марта 2013 г. в ГАИШ МГУ прошел объединенный семинар, 21—22 июня 2013 г. в городе Чебаркуль прошла Международная научно-практическая конференция "Астероиды и кометы. Челябинское событие и изучение падения метеорита в озеро Чебаркуль", исследованию метеорита Челябинск посвящен специальный выпуск журнала "Геохимия" (2013 г. № 9). Однако в опубликованных к настоящему времени работах практически нет данных о магнитных минералах метеорита Челябинск, их магнитных свойствах, составе и концентрации, в частности, о природе шариков магнетита (Цельмович, 2013). Именно этим вопросам посвящена настоящая работа.
ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
По опубликованным литературным данным метеорит Челябинск — обыкновенный хондрит ЬЬ5 свежего облика, существуют две его разности — светлая и темная, различающиеся по количеству импактного расплава (Галимов и др., 2013). В нашем распоряжении было 8 образцов метеорита Челябинск, отобранных различными научными экспедициями в районе падения метеорита и любезно предоставленные нам В.А. Алексеевым, (обр. Б-1,2,3), Н.С. Безаевой (обр. 10-126-3, 11-12-5), В.И. Гроховским (обр. Г-1) и М.И. Кузьминым (обр. Члб-8, 10).
При изучении образцов метеорита Челябинск был выполнен комплекс микрозондового анализа (МЗА), термомагнитного анализа (ТМА) и измерений гистерезисных свойств.
МЗА и оптические исследования выполнены в Геофизической обсерватории "Борок" ИФЗ РАН на цифровом сканирующим микроскопе Tescan Vega II с приставкой для энергодисперсионного анализа Drycool и микроскопа Olympus BX51M. Микрозондовые исследования проводились при ускоряющем напряжении 20 кВ и токе 0.2 нА, с локальностью 1—2 мкм. Расчет состава проводился при помощи программы INCA. Точность определения главных элементов составляла 1—2%. Точность определения содержания кислорода в ряде случаев (при анализе областей, размер которых сопоставим с размером зонда 1—2 мкм) была ниже из-за неизбежной в этом случае подсветки. На рисунках и в таблицах приведены результаты анализа концентраций вещества в мас. %
Оптические фотографии были обработаны с помощью программы Combine ZP (Alan Hadley), позволяющей в режиме трехмерной микроскопии склеить одиночные нерезкие фото в одно, тем самым поднять глубину резкости. Микрозондовые исследования выполнялись как на аншли-фах, так и магнитных фракциях из протолочек. Отобранные для изучения на микрозонде частицы наносились на двухсторонний проводящий угольный скотч и прикатывались стеклянной палочкой для того, чтобы поверхность частиц была ориентирована параллельно поверхности столика. Микрофотографии сделаны с использованием детектора обратно-рассеянных электронов (BSE).
Челябинский метеорит
Зона плавления
Рис. 1. Микрофото аншлифа, вверху слева — кора плавления (темная разность).
ТМА и измерение гистерезисных характеристик проводились в лаборатории Главного геомагнитного поля и петромагнетизма ИФЗ РАН на тер-мо-вибромагнитометре конструкции Н.М. Аносова и Ю.К. Виноградова с чувствительностью 10-8 Ам2. При ТМА проводились непрерывные измерения намагниченности (М) в постоянном магнитном поле ~600 мТл в процессе нагрева образца от комнатной температуры до Т ~800°С и последующего охлаждения до комнатной температуры. И нагрев, и охлаждение осуществлялись со скоростью 1°С/с. Цикл нагрев-охлаждение, как правило, повторялся дважды. Петли магнитного гистерезиса регистрировались при комнатной температуре до и после цикла нагрев—охлаждение.
Для оценки концентрация магнитного минерала в образце кривая М(Т) экстраполировалась от каждой точки Кюри до комнатной температуры, в результате определялась величина удельной намагниченности минерала с данной точкой Кюри; отношение полученной величины удельной намагниченности к известной удельной намагниченности насыщения данного минерала есть содержание данного минерала в образце.
РЕЗУЛЬТАТЫ МИКРОЗОНДОВОГО АНАЛИЗА
По данным оптической микроскопии и МЗА основная масса метеорита Челябинск образована силикатами, преимущественно оливином и пироксеном (рис. 1—8), которые мы определяем по отношению Si/O. На фоне силикатов заметно выделяются часто крупные частицы железосодержащих минералов: Fe—Ni сплавы с относительно высоким содержанием никеля (пока условно назовем такой сплав "тэнитом"*) и с относительно низким содержанием никеля (камасит), а также троилит (рис. 2—4), реже пирротин и пентландит, еще реже хромит (рис. 8, 9), единичные зерна ильменита (рис. 5а) и апатита (рис. 5б), нередко встречаются
1 мм
_i Электронное изображение 1
O Mg Si S Fe Co Ni
1 1.73 0.00 0.20 0.00 90.94 2.12 5.02
2 1.18 0.35 0.00 37.30 60.44 0.00 0.73
3 2.12 0.00 0.00 35.52 62.36 0.00 0.00
4 1.65 0.24 0.36 0.18 59.75 0.00 37.83
5 1.05 0.55 0.23 0.00 57.81 1.05 39.31
6 1.47 0.00 0.15 35.47 62.28 0.00 0.64
7 0.58 0.29 0.15 0.00 89.84 2.92 6.20
8 47.88 17.69 25.35 0.09 8.99 0.00 0.00
9 50.55 22.89 16.91 0.16 8.90 0.40 0.18
10 0.76 0.00 0.00 0.00 91.31 3.04 4.89
Рис. 2. Общий вид участка метеорита. Явно преобладают силикаты: оливин (серый — 9) и пироксен (темно-серый — 8), черные участки, вероятно, плагиоклаз. Крупные образования камасита (белые — 1, 7, 10), зерна помельче — тэнит (светлые — 4, 5,); зерна троилита (серые — 2, 3, 6). Здесь и в дальнейшем: в первой колонке номер анализируемого зерна, в остальных колонках концентрации элементов в мас. %.
магнетитовые шарики, обычно в зоне подплавле-ния (темная разность метеорита).
*Тэнит взят в кавычки, так как на основании МЗА определена концентрация в "тэните" никеля, тогда как главное отличие от камасита не в концентрации никеля, а в гране-центрированной кубической структуре тэнита, в отличие от объемно-центрированной структуры камасита. Как будет показано на основании термомагнитных данных, Fe—Ni сплав с относительно высокой концентрацией никеля в нашем случае тоже камасит.
O Mg Si S Ca Fe Co Ni
1 2.16 0.00 0.56 0.00 0.00 55.55 0.45 41.29
2 1.83 0.00 0.25 39.3 0.00 58.19 0.00 0.43
3 50.54 16.24 23.9 0.08 0.79 8.44 0.00 0.00
4 50.50 21.96 16.0 0.00 0.14 11.19 0.00 0.22
5 51.96 16.64 23.5 0.00 0.53 7.40 0.00 0.00
6 2.33 0.23 0.00 0.00 0.26 60.86 0.00 36.33
7 1.48 0.43 0.30 0.00 0.00 54.40 0.56 42.84
8 1.80 0.00 0.13 0.00 0.00 62.38 0.33 35.36
9 1.85 0.45 0.24 39.5 0.00 57.66 0.32 0.00
10 2.09 0.00 0.62 0.13 0.00 64.71 1.06 31.39
11 2.71 0.22 0.25 41.2 0.27 54.76 0.56 0.00
Рис. 3. Другой участок метеорита. Основная масса — силикаты, преимущественно оливин (3—5). Распространены крупные кристаллы тэнита (1, 6, 7, 8, 10) и Fe-сульфидов (2, 9, 11) (Fe/S ~ 1.5 — пирротин).
Примеры составов камасита, тэнита и Fe-суль-фидов приведены на рис. 2—8 и в табл. 1, которые показывают, что набор минералов в исследуемых образцах не отличается большим разнообразием. Заметим, что такое однообразие минералов характерно для обыкновенного хондрита.
Главными носителями магнетизма метеорита Челябинск, как и всех других изученных нами ранее метеоритов (Печерский и др., 2012), являются Fe—Ni сплавы (табл. 1). Состав их заметно варьирует, что ярко видно при выделении групп с разными содержаниями железа: относительно низким (~40— 50%, 9 образцов) и высоким (>60%, 5 образцов). При этом виден четкий разрыв по содержанию ни-
келя при мало меняющейся концентрации кобальта (рис. 9, табл. 1): 1) 4-17%, 2) 30-55%. Первая группа, очевидно, относится к камаситу, вторая — к тэниту, и они не смешиваются! Следует отметить также, что и те, и другие зерна покрываются равномерным однородным слоем магнитной эмульсии, что подчеркивает однородность, гомогенность этих минералов.
Следующая большая группа магнитных минералов метеорита Челябинск — это Fe-сульфиды, среди которых явно преобладает троилит (табл. 1). В анализируемых зернах отношение Fe/S = 1.74, что точно совпадает с отношением для стехиомет-рически чистого соединения FeS. Реже встречается пирротин (Fe/S ~ 1.10—1.68), преимущественно в виде обособленных зерен (см., например, рис. 3). Судя по широким вариациям отношений Fe/S, пирротин представлен и гексагональной, и моноклинной разностями. Моноклинный пирротин — ферримагнетик, что подтверждают данные ТМА (см. ниже).
Отметим еще один довольно распространенный в метеорите Челябинск минерал — хромит (табл. 1). Для него характерен однообразный состав, обычны небольшие примеси магния, алюминия, титана. Минерал такого состава — парамагнетик.
На ряде примеров можно показать взаимоотношение этих минералов. Так, прожилки тэнита проникают в оливин (рис. 6), хондра оливина включена в зерно тэнита и камасита (рис. 7), следовательно, тэнит кристаллизовался позднее оливина и пироксена. Из рис. 7 следует также, что камасит кристаллизовался после "тэнита". На рис. 6 видны прожилки Fe-сульфида (судя по составу, это пент-ландит) в тэните, на рис. 8 прожилок Fe-сульфида (троилита) пересекает зерна оливина и хромита, т.е. сульфиды образованы позднее тэнита, оливина и хромита.
Из приведенных составов минералов видно,
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.