ПЕТРОЛОГИЯ, 2010, том 18, № 2, с. 115-133
УДК 523.34-36
МИНЕРАЛЬНЫЕ ФАЗЫ НА СКОЛАХ СТЕКЛЯННЫХ ЧАСТИЦ И В ПРЕПАРАТЕ ТОНКОДИСПЕРСНОЙ ФРАКЦИИ ИЗ ПРОБЫ
РЕГОЛИТА АС "Луна-24" © 2010 г. П. М. Карташов, А. В. Мохов, Т. А. Горностаева, О. А. Богатиков, Н. А. Ашихмина
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН Старомонетный пер., 35, Москва, 119017, Россия; e-mail: avm@igem.ru Поступила в редакцию 20.08.2009 г.
В статье даны описания новых находок самородных молибдена и железа из Моря Кризисов. Самородные олово, медь и никель впервые отмечены для этого участка лунной поверхности. Впервые на Луне установлены самородные тантал и индий, интерметаллид Ta2Mo и титанат бария Ba2TiO4. Две последние фазы встречены впервые в природе. Установлено, что изученные минеральные фазы принадлежат к различным генетическим группам (доимпактные, импактные и постимпактные ассоциации минералов), что в целом является типичным для лунного реголита. На основании морфологических особенностей диагностированных минеральных фаз частично реконструирована история образования изученных частиц импактного стекла. Предположительно они испытали как минимум три акта импактного воздействия. Сделан вывод о том, что необычная молибденовая геохимическая аномалия группы фрагментов оранжевого импактного стекла связана не с материалом ударника, а с первичным обогащением молибденом лунных пород (мишени) на участке им-пактных событий. Высказано предположение об эксгалятивной (фумарольной) природе такого обогащения.
В ходе продолжающихся исследований лунного реголита (Мохов и др., 2007а) с помощью аналитического сканирующего электронного микроскопа 18М-5610ЬУ с ЕЭ8-системой ШСА-450 была изучена проба, доставленная на Землю АС "Луна-24" из Моря Кризисов, содержащая относительно крупные (1—2 мм) обломки импактного стекла, и еще одна очередная проба тонкодисперсной фракции.
МЕТОДИКА ПРОБОПОДГОТОВКИ И ИССЛЕДОВАНИЯ ЛУННЫХ ПРОБ
Подготовка тонкодисперсных проб выполнялась следующим образом. На стандартные алюминиевые столики для сканирующего электронного микроскопа наклеивали двухсторонний электропроводящий скотч в составе которого, в пределах чувствительности энергодисперсионных рентгеновских спектрометров, фиксировались лишь углерод и кислород. Свободную от скотча поверхность столика покрывали графитовым клеем во избежание флюоресценции А1. Сразу после вскрытия пробу грунта тонким слоем насыпали на внешнюю сторону скотча, с которой непосредственно перед этим удаляли защитную пленку, и столик с приготовленной пробой закрывали в стерильной чашке Петри и убирали в специальное хранилище до момента исследования на электронном микроскопе. Таким образом в максимальной степени исключался риск зара-
жения проб артефактами, что представляет собой наибольшую угрозу достоверности получаемых результатов.
Обломочные кусочки стекла переносили иглой дикобраза из пробирки на углеродный скотч-подложку, после чего проба также закрывалась до просмотра. Готовые препараты не напылялись.
Первоначально фрагменты реголита тщательно просматривали в режиме COMPO (Shadow) в отраженных электронах на сканирующем микроскопе с увеличением порядка х3000. Выявленные по контрасту фрагменты с увеличенным, по сравнению с основной силикатной матрицей, средней атомной массой анализировали на элементный состав.
Основным недостатком такого подхода является игнорирование, наряду со стеклом и обычными для Луны силикатами, фаз с низкой средней атомной массой, потенциально весьма интересных. Однако просмотреть сотни тысяч ультрадисперсных силикатных частиц в поисках неизвестных ранее фаз не представляется возможным и остается надеяться только на случайные их находки. Количество же более тяжелых ультрадисперсных фаз меньше примерно на два порядка, что делает такую поисковую задачу решаемой, несмотря на то, что основная доля в этой выборке приходится на самородное железо и, может быть, одна из тысячи частиц будет иметь другой состав и представлять научный интерес.
В случае необходимости, особенно для определения вхождения кислорода в состав анализируемой частицы, регистрировались картины распределения элементов в характеристическом рентгеновском излучении. Так выполнялась предварительная диагностика фаз и фиксировалась их взаимосвязь. Количественный анализ осуществлялся на полированных шлифах и на отдельных частицах.
Анализируемые минеральные фазы лунного грунта представляют собой частицы субмикронного размера, рассыпанные тонким слоем на углеродном скотче. С точки зрения осуществления количественного рентгеноспектрального анализа возможно два кардинально различающихся варианта: размер исследуемой частички менее зоны генерации рентгеновского излучения и, наоборот, крупнее этой области.
Вариант 1. Размер частиц сравним или менее зоны генерации. Форма частиц, как правило, неправильная. Оптимальным решением в этом случае является использование пик/фон метода анализа, однако в большинстве случаев стандартного обеспечения спектрометров этот метод реализован недостаточно корректно, поэтому приходится использовать фpZ-метод с нормировкой к 100%.
Вариант 2. Если размер анализируемой частицы превышает предполагаемые размеры зоны генерации рентгеновского излучения, то имеет значение ее собственная геометрия. В этом случае после предварительной калибровки по кобальту сначала используется анализ фpZ-методом с отключенной нормировкой, то есть находится такая точка на поверхности частицы, сумма концентраций элементов в которой наиболее близка к 100%. Таким образом выбирается наиболее горизонтальный участок на поверхности частицы. На следующем этапе из этой точки выполняется анализ с уже включенной нормировкой. Нормировка включается для того, чтобы позднее не создавалось впечатления выполнения количественного анализа с соблюдением классических норм полированного образца. Ненормированный анализ осуществляется только в случае плоской горизонтальной поверхности, что может быть подтверждено разворотом образца относительно детектора. В этом случае результаты измерений концентраций элементов и их сумма не меняются при различной ориентации по отношению к детектору. Во всех ситуациях анализ самой изучаемой частицы выполняется либо по первому, либо по второму варианту.
При исследовании препарата возможны несколько ситуаций расположения изучаемой частицы по отношению к окружающим, а именно: 1 — частица, расположенная на углеродном скотче, изолирована от других; 2 — частица, находящаяся в тесном окружении других частиц, в том
числе массивных; 3 — маленькая частица на/в частице большего размера; 4 — маленькая частица на/в массивной частице в окружении других частиц, в том числе крупных.
Ситуация 1. В этом случае анализ выполняется в соответствии с вариантом 1 или 2 в зависимости от соотношения зоны генерации и размеров частицы.
Ситуация 2. Помимо определения состава самой частицы осуществляется анализ всех окружающих частиц в радиусе не менее 10 мкм. После этого образец разворачивают на 120 градусов. Повторный анализ выполняется в тех же точках. В случае получения по изучаемой частице резко противоречащих предыдущим результатов, осуществляется еще один поворот в ту же сторону. Полученного массива анализов достаточно для учета влияющих факторов, и при дальнейшей обработке становится возможным получить достаточно адекватные результаты.
Ситуация 3. Помимо определения состава основной частицы выполняются несколько анализов матрицы, на/в которой она находится. Это дает возможность в ряде случаев учесть влияние элементов матрицы на результаты анализа изучаемой частицы. В случае неправильной геометрии осуществляется разворот (см. ситуация 2).
Ситуация 4. Предварительно получают карты распределения элементов, включая участок порядка 10 мкм от анализируемой частицы. На основе полученных карт распределения элементов как в низко- (в частности углерода и кислорода), так и высокоэнергетичных областях выявляются зоны поглощения рентгеновского излучения, связанные с геометрией участка. Анализируется — не попадает ли исследуемая частица в одну из таких зон, если да, то предполагается угол разворота, на который нужно повернуть образец для устранения указанного эффекта. После этого осуществляется разворот и заново строятся карты распределения. Удостоверившись в достижении оптимальной геометрии, проводятся количественные анализы самой частицы и ее окружения. Последующий анализ и обработка полученных данных позволяют надеяться на максимальную достоверность анализа.
В качестве эталонов были использованы приготовленные по методике, описанной в работе (Лапина, Мохов, 1995), и отснятые в тех же условиях специально отобранные минералы и металлы.
ИМПАКТНОЕ СТЕКЛО
Несколько крупных (1—2 мм) частиц стекла обломочной формы красивого чайного цвета с различной интенсивностью окраски были извлечены из самой глубокой (1.84—1.89 м) части керна, доставленного на Землю автоматической
Таблица 1. Пределы колебаний составов стекла, мас. %
Стекло №2О МБО А12О3 SiO2 К2О СаО Г1О2 БеО
01 - 7-15 1-12 48-56 - 7-17 <1 14-33
02 5-9 <1 4-6 78-84 5-7 <1 - <2
Таблица 2. Составы стекла в указанных точках рис. 4б, мас. %
Точка МБО А12О3 ^О2 СаО ТЮ2 БеО Сумма
1 8.9 ± 0.2 1.4 ± 0.1 50.5 ± 0.3 8.8 ± 0.1 0.6 ± 0.1 29.2 ± 0.3 99.4
2 7.9 ± 0.1 1.1 ± 0.3 51.7 ± 0.2 9.3 ± 0.1 0.8 ± 0.1 28.4 ± 0.3 99.2
3 12.8 ± 0.2 1.5 ± 0.1 53.4 ± 0.3 16.9 ± 0.2 0.5 ± 0.1 14.7 ± 0.2 99.8
4 14.3 ± 0.2 1.6 ± 0.1 53.1 ± 0.3 16.3 ± 0.2 0.2 ± 0.1 14.6 ± 0.2 100.1
Примечание. Содержания Ка2О и К2О ниже пределов обнаружения.
станцией "Луна-24". Стекла крайне негомогенны, содержат большое количество включений, вскрытых на сколах, и непрочны (напряжены) — даже при небольшом случайном нажиме иглой одна из частиц разлетелась в пыль. При попытке полировки одного такого зерна, залитого в шашку из эпоксидной смолы, оно растрескалось со значительным увеличением объема и было как бы вывернуто на изнанку. Составы стекол сильно колеблются даже в пределах одной и той же частицы. Оценочные анализы по приведенной выше методике сведены в табл. 1, G1. Одну из трех ч
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.