ГЕОХИМИЯ, 2013, № 7, с. 629-635
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МЕТЕОРИТА ЧЕЛЯБИНСК: ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
© 2013 г. Н. С. Безаева*, Д. Д. Бадюков**, М. А. Назаров**, П. Рошетт***, Дж. Фейнберг****, *****
*Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова Физический факультет, кафедра физики Земли 119991 Москва, Ленинские горы e-mail: bezaeva@physics.msu.ru **Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991ГСП-1 Москва, ул. Косыгина, 19 e-mail: badyukov@geokhi.ru, nazarov@geokhi.ru ***CEREGE CNRS/Aix-Marseille Université, BP 80, 13545Aix en Provence, Cedex 4, France
e-mail: rochette@cerege.fr ****Institute for Rock Magnetism, University of Minnesota, 100 Union Drive SE, Minneapolis, MN 55455, United States e-mail: feinberg@umn.edu *****Department of Earth Sciences, University of Minnesota, 310 Pillsbury Drive SE, Minneapolis, MN 55455, United States Поступила в редакцию 20.03.2013 г.
Принята к печати 23.03.2013 г.
В настоящей работе проведено изучение распределения магнитной восприимчивости %0 фрагментов обыкновенного хондрита Челябинск (LL5, S4, W0, падение от 15 февраля 2013 г.) из коллекции ГЕОХИ РАН, а также приводится стандартная магнитная характеристика метеоритного вещества, включающая термомагнитный анализ, исследования естественной остаточной намагниченности NRM и остаточной намагниченности насыщения SIRM, а также спектров их размагничивания в переменных магнитных полях с амплитудой до 170 мТл; измерение петель гистерезиса и остаточной коэрцитивной силы Bcr в температурном диапазоне от 10 К до 700°С и др. Для светлой (основной) компоненты метеоритного вещества и ударно-расплавной брекчии средние значения lg%0 по коллекции составляют 4.54 ± 0.10 (n = бб) и 4.б5 ± 0.09 (n = 38) (х10-9 м3/кг), соответственно. Согласно международной магнитной классификации метеоритов, метеорит Челябинск попадает в диапазон LL5 хондритов. Оценки среднего содержания металла по намагниченности насыщения Ms в светлой и темной компонентах составляют 3.7 мас. % и 4.1 мас. %, соответственно. Таким образом, темная компонента богаче металлом. При комнатной температуре зерна металла являются многодоменными и характеризуются низкими значениями коэрцитивной силы Bc (<2 мТл) и остаточной коэрцитивной силы Bcr (15—23 мТл). Термомагнитный анализ образцов показал, что основными носителями магнитных свойств метеорита Челябинск в температурном диапазоне >75 К являются тэнит и камасит. В температурном диапазоне ниже 75 К магнитные свойства определяются хромитом; магнитная жесткость образцов максимальна при 10 K и составляет б0б мТл для светлой компоненты и 157 мТл для темной компоненты.
Ключевые слова: магнитные свойства, метеорит Челябинск, обыкновенные хондриты.
Б01: 10.7868/8001675251307008Х
ВВЕДЕНИЕ
Магнитные свойства метеоритов эффективно используются для их классификации [1—3] и имеют принципиальное значение для понимания природы магнитных полей на ранних этапах истории Солнечной системы.
На сегодняшний день собрана и опубликована расширенная систематическая база данных по магнитной восприимчивости х0 каменных метеоритов, в которую вошли тысячи образцов разных типов, хранящихся в основных метеоритных коллекциях мира (обыкновенные хондриты [1], дру-
гие хондриты [2], ахондриты [3]). Созданная база уже многократно успешно использовалась как инструмент для быстрой классификации метеоритов [4], а также оперативного обнаружения ошибок в их классификации [5]. Магнитная классификация метеоритов по х0 удобна и информативна в связи с тем, что, во-первых, измерения х0 являются быстрыми (несколько секунд на измерение) и неразрушающими (см. ниже); во-вторых, измерители магнитной восприимчивости являются широко распространенными, а существование их портативных версий делает возможным их применение непосредственно в полевых
б29
условиях; в-третьих, величина lg х0 имеет минимальную дисперсию для метеоритов одного и того же типа.
Проведение полного спектра магнитных измерений позволяет получить независимые оценки содержания ферримагнитных минералов в веществе и выяснить их детальные магнитные свойства. В связи с этим нами были изучены экземпляры Челябинского метеоритного дождя с целью измерения их магнитной восприимчивости и получения полных магнитных характеристик, таких как естественная остаточная намагниченность NRM (от англ. "Natural Remanent Magnetization"), остаточная намагниченность насыщения SIRM (от англ. "Saturation Isothermal Remanent Magnetization") и спектры их размагничивания в переменных магнитных полях, а также параметры петель гистерезиса (намагниченность насыщения Ms, остаточная намагниченность насыщения Mrs, коэрцитивная сила Bc) и остаточная коэрцитивная сила Bcr (отражающая магнитную жесткость образцов), характерные точки Кюри или точки фазовых переходов а ^ у (далее ?с) доминирующих магнитных фаз и характерный размер металлических зерен.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Описание образцов
В результате работ по сбору выпавшего метеоритного вещества, проведенных сотрудниками лаборатории метеоритики ГЕОХИ РАН в районе поселков Депутатский, Первомайский и Еманже-линка примерно в 40 км к юго-западу от Челябинска, в метеоритную коллекцию РАН поступило 464 метеоритных фрагмента общей массой более 3.5 кг. Среди собранных фрагментов установлены две компоненты: светлая, доминирующая (2/3 образцов) и представляющая собой обыкновенный хондрит LL5 с тонкими прожилками ударного расплава, и темная — фрагменты ударно-расплавной брекчии. По химическому составу светлая и темная компоненты почти не отличаются. Ударная стадия хондрита Челябинск — S4 (30—35 ГПа [6]). Температура термального метаморфизма по оли-вин-хромитовому термометру оценивается в 680°С. Средняя плотность обыкновенных хон-дритов типа LL составляет 3.3 г/см3 с учетом пористости и 3.55 г/см3 без учета пористости [7].
Проведенные исследования образцов хондри-та Челябинск выявили в его составе следующие (типичные для хондритов) минералы, представляющие интерес с точки зрения интерпретации магнитных свойств: хромит, троилит (FeS) и Fe— Ni сплавы: камасит (а-фаза, объемноцентриро-ванная кубическая решетка, далее оцк; Ni < 7%) и тэнит (у-фаза, гранецентрированная кубическая решетка, далее гцк; Ni > 7%). При этом средний со-
став камасита — 5.15 мас. % N1, 1.8 мас. % Со, а тэни-та — 35.3 мас. % N1; 0.86 мас. % Со. По предварительным данным доля камасита в металле составляет 20 мас. % а тэнита, соответственно, 80 мас. %.
Для определения распределения магнитной восприимчивости изучено 104 фрагмента метеорита Челябинск с массой более 3 г. В работе [1] указано, что вклад коры плавления в х0 пренебрежимо мал для образцов с массой 3 г (~1 см3) и выше (в связи с ее малым объемным соотношением по отношению к основному метеоритному веществу). Поэтому в настоящей работе для исследования распределения х0 из коллекции выбирались именно такие фрагменты. При этом в изученной выборке 66 образцов представлены светлой компонентой и 38 образцов — ударно-расплавной брекчией.
Для более детальных магнитных исследований (см. ниже) были использованы два образца, полностью покрытые корой плавления: образец 11— 12 (10.4 г), состоящий из светлой компоненты, и образец 10—126 (7.8 г) — ударно-расплавной брекчии. Эти образцы были распилены на более мелкие фрагменты с использованием низкоскоростной пилы с водяным охлаждением, после чего с помощью микробора Dremel и специальной круговой насадки с них была удалена кора плавления (на нескольких образцах кора плавления была сохранена для сравнения, таблица). Изучаемые образцы были получены из центральных частей фрагментов метеорита, для чего сначала фрагменты распиливались на пластины, которые далее распиливались на кубики и образцы нерегулярной формы (для образцов с боковой части). Массы образцов приведены в таблице.
Описание оборудования и методов исследования
Измерения магнитной восприимчивости х0 фрагментов метеорита Челябинск были проведены в ГЕОХИ РАН при использовании измерителя магнитной восприимчивости ИМВО-М производства ФГУНПП "Геологоразведка" (Россия). С целью усреднения анизотропии вещества для каждого образца проводилось три измерения х0 с пространственной ориентацией образца в трех перпендикулярных направлениях. В настоящей работе для каждого образца всегда приводится среднее значение х0. В процессе измерений насыщения прибора ни разу не достигалось. Использованные частота и амплитуда переменного поля составляли 1025 Гц и 300 А/м, соответственно. Как указывалось выше, преимуществом этого типа магнитных измерений — измерений х0 — является отсутствие необходимости нагрева (измерения проводятся при комнатной температуре). Помимо прочего, они не влекут за собой механических разрушений, нарушения магнитной структуры или стирание (переписывание) первоначального палеомагнитного сигнала — естественной остаточной намагниченности NRM.
Таблица. Магнитные свойства образцов хондрита Челябинск
и о X К
£
Название образца т Хо Xhf NRM SIRM MDFj Ms MJM, Bc Bc r BJBC
СК* (без коры плавления) 1-1 176 29.7 506 4.5 1312 7 6.3 0.002 0.5 24 48.0
1-2 111 41.6 - 11.6 2072 10 - - - - -
1-3 154 28.3 - 12.6 1511 6 - - - - -
1-4 101 27.8 - 7.0 1256 8 - - - - -
1-5 250 21.5 311 4.8 1113 8 4.8 0.003 0.6 19 31.7
1-6 298 29.7 189 9.2 1386 7 6.8 0.002 0.6 20 33.3
1-7 130 25.4 416 10.3 1213 7 5.2 0.003 0.6 32 53.3
1-8 222 41.5 - 27.8 3354 8 - - - - -
1-9 99 32.7 311 6.9 1880 7 7.4 0.003 0.6 19 31.7
среднее 179 30.9 347 10.5 1677 8 6.1 0.003 0.6 23 39.6
СК* (с корой плавления) 1-01 114 23.1 26.9 3970
1-02 156 31.1 482 38.5 4159 14 6.0 0.008 1.6 25 15.6
1-03 55 38.1 229 141.3 11561 14 8.7 0.009 2.4 28 11.7
среднее 108 30.8 356 68.9 6563 14 7.4 0.009 2.0 27 13.7
УР** (без коры плавления) й-1 337 34.2 9.0 5339 5
й-2 405 31.8 459 7.9 5108 6 6.5 0.001 1.7 19 11.2
й-З 391 34.0 249 52.2 5514 5 7.1 0.008 1.7 12 7.1
й-4 390 33.1 - 10.1 5078 5 - - - - -
й-5 242 31.6 - 56.3 4382 6 - - - - -
среднее 353 32.9 354 27.1 5084 5 6.8 0.008 1.7 16 9.2
УР** (с корой плавления) а-01 181 25.9 11.5 4792 10
а-02 119 41.5 11
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.