ПЕТРОЛОГИЯ, 2015, том 23, № 2, с. 115-128
УДК 539.172.3:523.681
МЕТЕОРИТ ЧЕЛЯБИНСК: УДАРНЫЙ МЕТАМОРФИЗМ, ИМПАКТНЫЙ РАСПЛАВ И УДАРНАЯ АДИАБАТА
© 2015 г. Д. Д. Бадюков*, Й. Райтала**, П. Костама**, А. В. Игнатьев***
*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН ул. Косыгина, 19, Москва, 119991, Россия; e-mail: badyukov@geokhi.ru **Физический факультет Университета г. Оулу, PO BOX3600, Финляндия; e-mail:petri.kostama@oulu.fi ***Дальневосточный геологический институт ДВО РАН просп. 100-летия Владивостоку, 159, Владивосток, 690022, Россия; e-mail: ignatiev@fegi.ru
Поступила в редакцию 27.09.2014 г.
Получена после доработки 15.10.2014 г.
Метеорит Челябинск (падение 15 февраля 2013 г.) относится к ЬЬ5-хондритам с S4 степенью ударной нагрузки. Фрагменты метеорита подразделяются на светлые и темные разности. По интенсивности проявления эффектов ударного метаморфизма среди светлых разностей выделяются две группы, испытавшие пиковые нагрузки в диапазонах 20—25 ГПа и 25—30 ГПа. Материал темных разностей был подвергнут ударным нагрузкам в области 25—30 ГПа, однако претерпел отжиг, что привело к уменьшению наблюдаемой степени ударного метаморфизма. Черные прожилки, присутствующие в светлой и темной разностях, и жилы импактного расплава в темной разности являются результатом фрикционного плавления по границам блоков, возникших при дроблении вещества в ударной волне. Импактный расплав жил характеризуется слегка повышенными содержаниями Si, Al, Ca, Na и K и имеет изотопный состав кислорода, соответствующий таковому основной массы хондрита. Предполагается, что кристаллизация расплава в черных прожилках началась при повышенном давлении в волне разгрузки. Расплав в жилах и центральных частях черных прожилков кристаллизовался после сброса давления. Прогрев материала вокруг жил расплава привел к его почернению и отжигу эффектов ударного метаморфизма. Исходя из полученной ударной адиабаты метеорита Челябинск, были рассчитаны постударные и ударные температуры в широком диапазоне давлений. Согласно этим расчетам, в процессе ударного события метеорит нагрелся на 65—135 градусов. Плавление LL-хондритов из-за высоких "равновесных" постударных температур начинается с нагрузок —100 ГПа, а давления в районе 140 ГПа вызывают полное плавление породы.
DOI: 10.7868/S0869590315020028
15 февраля 2013 года в Челябинской области произошло "громкое" событие — падение метеорита (9:22 по местному времени), который взорвался над Челябинском на высоте 19—24 километров. Данные наблюдений показывают, что это астероидальное тело на высоте 97 км имело скорость 19 км/с при угле входа 18° относительно земной поверхности. Предполагая для данного тела сферическую форму и плотность 3.3 г/см3, его диаметр был оценен в 19 м (Ророуа й а1., 2013). В результате атмосферного дробления этого тела на поверхность выпало множество обломков, масса которых составляет от сотен миллиграмм до, возможно, первых тонн (Бадюков, Дудоров, 2013); в настоящее время вес наибольшего найденного фрагмента составляет 654 кг, а общее количество собранного материала, возможно, превышает одну тонну. Метеорит был классифицирован как обыкновенный хондрит ЬЬ5 (Ма2агоу й а1., 2013; Галимов и др., 2013). Минералы метеорита имеют характерные признаки ударного ме-
таморфизма — в оливине наблюдается хорошо выраженный мозаицизм, планарная трещинова-тость и планарные деформационные структуры, плагиоклаз частично изоторопизирован, что соответствует ударной степени 84 ^оШег й а1., 1991; Галимов и др., 2013). Среди собранных фрагментов метеорита Челябинск по окраске выделяют две основные разности — светлая, составляющая примерно 2/3 от общего числа обломков, и темная. Промежуточные разности, состоящие как из почерневших, так и из светлых фрагментов, достаточно редки. Характерной особенностью метеорита является присутствие двух типов импактного расплава, который встречается в виде как тонких черных прожилков во всех разностях, так и более мощных жил в темных разностях (Галимов и др., 2013). Также большинство обломков полностью или фрагментарно покрыто черной корой плавления (О1а20У8кауа е! а1., 2014). Этот расплав в отличие от импактного не проникает во внутренние области обломков, состоит в основ-
ном из стекла и несет следы взаимодействия с атмосферой, например такие, как присутствие магнетита. В настоящей статье этот вид расплава не рассматривается.
В описаниях метеорита (Галимов и др., 2013; Popova et al., 2013) приводятся лишь необходимые для классификации данные по ударному метаморфизму. Поэтому задачей настоящей работы была детальная характеристика ударных эффектов в метеорите Челябинск с целью: а) установления отличий степени ударного метаморфизма светлых и темных разностей, б) истории образования и кристаллизации расплава в черных прожилках и жилах импактного расплава и в) расчет ударной адиабаты метеорита Челябинск и ударных и пост-ударных температур.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Для исследований использовался материал метеорита Челябинск из Метеоритной коллекции РАН, представленный прозрачно-полированными шлифами пяти образцов светлой разности, четырех образцов темной разности, образца промежуточной разности и импактного расплава. Пробы для определения содержаний изотопов кислорода весом в первые миллиграммы отбирались из образца темной разности и представляли собой либо почерневшее вещество, либо импакт-ный расплав с содержанием обломков породы по визуальным оценкам не более 20%, в одном случае проба была сложена импактным расплавом, содержащим примерно 30—40% породы.
Характеристика ударных эффектов проводилась с использованием оптического микроскопа, структура и фазовый состав черных прожилков и жил импактного расплава были изучены с помощью аналитических сканирующих электронных микроскопов Zeiss ULTRA plus FESEM (университет г. Оулу, Финляндия) и Jeol JSM-6480LV (Геологический факультет МГУ, Россия). Химический состав фаз определялся с помощью микрозонда JEOL JXA-8200 (Университет г. Оулу, Финляндия) при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе зонда 10 нА c использованием программы ZAF-коррекции фирмы JEOL. Для определения валового состава матрицы черных прожилков и жил импактного расплава на микрозонде применялся пучок диаметром 20 мкм, количество точек для изучавшихся участков варьировало от 12 до 9. Изотопный состав кислорода определялся в навесках весом 1 мг методом лазерной флюоринации с использованием масс-спектрометра МАТ-253 (ДВГ ДВЦ РАН, Владивосток). Точность измерения для 517O и 518O составляла 0.04%о и 0.08%о соответственно.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Характеристика метеорита. Метеорит Челябинск обладает типичной структурой обыкновенных хондритов пятого петрографического типа. Хондры имеют как расплывчатые, так и четкие границы с окружающей матрицей. Ясно выраженные хондры занимают примерно 15% от общей площади шлифа. Стекло как в хондрах, так и в матрице перекристаллизовано в ксеноморфные зерна плагиоклаза размером менее 50 мкм с подчиненным количеством микрозерен оливина, пироксена и хромита. В светлой разности распространены черные тонкие прожилки толщиной от микрона до 1—2 мм, состоящие из тонкозернистой силикатной матрицы с распыленным металлом и сульфидом с поли- и мономинеральными обломками (см. ниже). Эти прожилки образуют сеть, разбивающую основную массу на блоки различного размера (рис. 1а). Темная разность сложена жилами импактного расплава толщиной до нескольких сантиметров в почерневшем хондри-товом веществе. Жилы импактного расплава цементируют округлые обломки хондрита (рис. 1б). В некоторых обломках метеорита эти жилы занимают около 50% объема. В почерневшем материале хондрита присутствуют черные прожилки, аналогичные таковым в светлой разности.
Основными силикатными минералами метеорита (Галимов и др., 2013; Ророуа й а1., 2013) в порядке убывания распространенности являются: оливин (^я28.б), низкокальциевый пироксен (/%.5№616), представленный ромбической модификацией и редко моноклинной, плагиоклаз (ЛЬ84) и высококальциевый пироксен (К?9.4 №0^5.9); второстепенные минералы: фосфаты, хромит, ильменит, троилит с низкими содержаниями N1 (0.15—0.30 мас. %) и редкими включениями пентландита. Металл представлен камаситом (4.7—5.9 мас. % N1; 2.2— 2.3 мас. % Со), тэнитом (26.9-35.3 мас. % N1; 0.31.2 мас. % Со; 0.1-0.2 мас. % Си) и плесситом.
Ударные эффекты в минералах. Нерегулярной трещиноватостью обладают практически все зерна оливина размером больше первых десятков микрон. Планарная трещиноватость (системы параллельных прямых трещин, обладающих ориентировкой с рациональными кристаллографическими индексами) преимущественно наблюдаются в зернах размером от 0.1 мм и больше (рис. 2а). В основном планарные трещины ориентированы параллельно пинакоидам, реже встречаются ориентировки параллельные {110} или {111}. Планар-ные деформационные структуры (ПДС) выглядят как системы параллельных нарушений оптической сплошности кристалла, типичная длина ПДС — 10-30 мкм с расстоянием между индивидами в несколько микрон (рис. 2б). Преобладающие ориентировки ПДС - {100} и {110}. Зерна оливина обладают мозаичностью, вызванной дез-
интеграцией кристаллов на области размером в первые микроны с нечеткими границами. Угол их разориентировки варьирует от <2° (слабый моза-ицизм ) до 3°—5° (сильный мозаицизм). Фрагменты зерен оливина в жилах импактного расплава перекристаллизованы с образованием агрегата микронных субзерен с ясными границами, иногда имеющими преимущественную кристаллографическую ориентацию, очевидно, наследующую ориентацию исходного кристалла (рис. 2в).
Зерна плагиоклаза часто обладают пониженным двупреломлением. В зернах размером более 40—50 мкм иногда присутствует одна, очень редко две системы ПДС (рис. 2г); иногда в приконтакт-ных зонах с черными прожилками и импактными жилами наблюдается плагиоклазовое диаплекто-вое стекло (рис. 2д, 2е). В пироксенах встречается планарная трещиноватость, мозаицизм, в редких случаях присутствуют ударные полисинтетические двойники шириной в несколько микрон, что отличает их от более широких двойников в кли-нобронзите.
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.