ПЕТРОЛОГИЯ, 2012, том 20, № 6, с. 560-573
УДК 550.42
САМОРОДНЫЙ КРЕМНИЙ И СИЛИЦИДЫ ЖЕЛЕЗА В ЛУННОМ
МЕТЕОРИТЕ DHOFAR 280
© 2012 г. М. А. Назаров*, С. И. Демидова*, М. О. Аносова*, Ю. А. Костицын*,
Т. Нтафлос**, Ф. Брандштеттер***
*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН ул. Косыгина, 19, Москва, 119991, Россия; e-mail: nazarov@geokhi.ru **Departamentfür Lithosphärenforschung, Universität Wien, Althanstrasse 14, 1090 Wien, Österreich;
e-mail: theodoros.ntaflos@univie.ac.at ***Naturhistorisches Museum, Burgring 7, A-1014 Wien, Österreich; e-mail: franz.brandstaetter@nhm-men.ac.at Поступила в редакцию 17.06.2012 г.
Впервые в лунном материковом метеорите Dhofar 280 обнаружен самородный кремний, который ассоциирует с силицидами железа. Эта ассоциация окружена силикатным материалом с высокими содержаниями Si, Na, К и S и находится в ударно-расплавной матрице метеорита. По сравнению с матрицей метеорита объекты с самородным кремнием и окружающий их силикатный материал характеризуются высокими, нормированными к содержанию Al концентрациями летучих элементов и/или элементов с низким сродством к кислороду. Значительного обогащения труднолетучими ли-тофильными элементами не наблюдается. Некоторые из литофильных элементов (V, U, Sm, Eu, Yb), по-видимому, присутствуют в восстановленном состоянии, что определяет необычные для лунных пород соотношения РЗЭ и крайне низкое отношение Th/U. Примесь сидерофильных элементов (Ni, Co, Ge, Sb) указывает на контаминацию кремнийсодержащих объектов метеоритным веществом и их образование в результате ударной переработки лунных пород. При этом обогащение летучими элементами позволяет предполагать, что генезис таких объектов связан с конденсацией силикатного пара, образовавшегося при метеоритных ударах. Восстановление кремния и других элементов могло происходить в облаке ударного пара с последующей их конденсацией совместно с легколетучими компонентами. С другой стороны, возможно восстановление конденсатов силикатного пара, находящихся в импактных брекчиях, при их ударной переработке. Процессы фракционирования вещества по летучести, по-видимому, не имеют существенного значения в формировании вещественного состава лунной коры, но в локальных областях продукты таких процессов могут быть заметными. Образование наибольшего количества силикатного пара связано с крупными ударными событиями. Так более 70% массы всего испаренного при ударных событиях лунного вещества должно быть результатом столкновения с Луной космического тела, которое привело к образованию крупнейшего на Луне бассейна Южный Полюс — Эйткен.
Образование элементарного кремния возможно в крайне восстановительных условиях (например, Essene, Fisher, 1986), поэтому находки кремния в природных материалах очень немногочисленны. Некоторые из них удивительны, непонятны, могут быть связаны с контаминацией в процессе изготовления шлифов и препаратов или требуют дополнительного изучения. Самородный кремний описан в срастании с муассани-том из кимберлитов Якутии (Маршинцев и др., 1967; Панков, Специус, 1989), в земном металлическом железе из серпентинитов (Bird, Weathers, 1975), в сростке с Fe2Si из карбонатных отложений нижнего кембрия (Новоселова, Багдасаров, 1979), а также в ассоциации с самородным золотом (Новгородова и др., 1989) и природной фазой Au2Al (Сазонов и др., 2008). Кроме того, кремний обнаружен совместно с другими самородными металлами (Al, Ti, Fe и Pt) в вулканических субли-
матах, образовавшихся при высокой активности галогенов (Коржинский и др., 1996). Очень обстоятельно изучены включения самородного кремния в фульгуритах, где он ассоциирует с силицидами железа (Essene, Fisher, 1986). Недавно самородный кремний вместе с силицидами железа был обнаружен в двух небольших частицах из образца лунного реголита 61501,22 "Аполлона 16" (Spicuzza et al., 2011).
В лунном веществе силициды железа: Fe2Si, FeSi, и FeSi2 впервые были установлены при исследовании метеорита Dhofar 280. Силицид Fe2Si оказался новым минералом и получил название хапкеита (Anand et al., 2004). Однако состав силикатного материала, окружающего силициды железа, детально не исследовался. В настоящей работе мы сообщаем о химической специфике этого силикатного вещества и о присутствии самородного кремния в этой ассоциации. Кроме того, мы
приводим общие сведения о петрографии и минералогии метеорита Dhofar 280, которые пока не были опубликованы. Предварительные результаты этого исследования представлены в работах (Anosova et al., 2012; Nazarov et al., 2012).
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Полированный шлиф метеорита Dhofar 280 из Метеоритной коллекции РАН изучали в отраженном свете оптического микроскопа и затем на сканирующем электронном микроскопе JSM 6400 в Музее естественной истории (г. Вена). Анализ минеральных фаз выполняли на микроанализаторе SX 100 в Институте исследования литосферы Венского университета при стандартных условиях.
Содержания редких и некоторых главных элементов определяли в ГЕОХИ РАН методом лазерной абляции (лазер UP-213) на масс-спектрометре Element-XR с ионизацией в индуктивно-связанной плазме (LA-ICP-MS). Изучены концентрации Al, P, Ca, V Fe, Ga, Ge, Rb, Sr, Zr, Nb, Sb, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Yb, Lu, W, Pb, Th и U. Измерения проводили при низком разрешении. Для анализа использовали следующие параметры: частота импульсов лазерного излучения 4 Гц, диаметр лазерного пучка 30 мкм. В качестве внешнего стандарта использовали NIST 612. Полученные данные обрабатывали с помощью программы Glitter (van Achterbergh et al., 1999). Внутренний стандарт не применялся, поскольку при лазерном пучке диаметром 30 мкм удалось проанализировать только смесь фаз и в такой неоднородной мишени трудно определить содержания элементов независимыми методами с достаточной точностью. По этой причине результаты анализов представлены в виде элементных отношений, что, однако, дает возможность определить основные черты геохимии изученных минеральных ассоциаций.
Рамановские спектры получены на дисперсионном КР-микроскопе Senterra (Bruker Optik GmbH) в Институте химической физики РАН. Спектры возбуждались линией 532 нм аргонового лазера мощностью не более 5 мВт с диаметром зонда на образце 3 мкм.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Общая характеристика метеорита. Метеорит Dhofar 280 (Dho 280) найден в Омане в провинции Дофар в 2001 г. Координаты места находки: 19°19.6' с.ш. и 54°47.0' в.д., общая масса метеорита составляет 251 г (Назаров и др., 2003). Возможно, метеориты Dhofar 280 и Dhofar 081 (массой 174 г) являются парными, т.е. фрагментами одного падения, поскольку они найдены недалеко друг от друга и имеют сходные геохимические характеристики (Nazarov et al., 2003; Nishiizumi et al., 2004).
В метеоритной коллекции РАН находятся пластинки метеорита Dho 280 общим весом 49.55 г.
1 см
Рис. 1. Пластинка метеорита Dho 280.
Отчетливо видны фрагменты горных пород в серой
ударно-расплавной матрице.
Метеорит представляет собой брекчию с ударно-расплавной матрицей (рис. 1). В изученных пластинках общей площадью 61 см2 содержание обломков размером от 0.3 мм до 1.2 см составляет 49.6%. Обломочная часть включает класты горных пород и минеральных зерен (в основном оливина, пироксена и плагиоклаза). Обломки пород — главным образом брекчии с тонкокристаллической расплавной матрицей, реже встречаются мелкозернистые породы с гранобластовой и пойкилобла-стовой структурами. По минеральному составу эти породы отвечают преимущественно габбро-но-рит-троктолитовым анортозитам. Метеорит имеет расплавную, плохо раскристаллизованную, часто стекловатую матрицу, в которой наблюдаются многочисленные поры и пузыри. Местами метеорит пересекают жилы криптокристаллического материала с многочисленными порами и мелкими фрагментами минеральных зерен.
Минеральные фазы в обломках пород и минеральных зерен не отличаются по составу. Плагиоклаз — An95.5-98.8, реже встречаются зерна более кислого состава вплоть до An84 5. Среднее — An96 3 Ab3 6 (рис. 2a, табл. 1). Такой плагиоклаз типичен как для лунных ферроанортозитов, так и для пород магнезиальной серии с высокой магнезиаль-ностью. Содержания Fe и Mg в плагиоклазах обычны для лунных материковых пород. Состав оливина варьирует от Fo43 до Fo87 (рис. 2б), но средний состав (Fo68, табл. 1) характерен для лунных ферроанортозитов. Среднее значение массового отношения FeO/MnO (88 ± 0.7) не отличается от такового в лунных оливинах (89 ± 0.3) (Nazarov et al., 2009). В одном зерне (Fo67) определено заметное содержание NiO (0.15 мас. %), которое значительно превышает концентрации Ni (<500 мкг/г) в оливинах лунных пород (Shearer
Число анализов (а)
40
30
Число анализов (б)
30
20
10
0
84 86 88
90 92 94 Ап, мол.%
96 98 100
40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 Го, мол.%
(Ре,^^
(в)
т
Ш
Гп
Г (Ре^)Сг204
^,Ре)А^04
Рис. 2. Вариации состава минеральных фаз в метеорите ВИо 280.
Серые символы — составы этих минералов во всех изученных нами лунных метеоритах (наши данные). (а) и (б) стограммы составов плагиоклаза и оливина; (в) и (г) — составы пироксенов и шпинелидов (незалитые ромбы).
е! а1., 2006). Это зерно имеет и повышенную величину отношения РеО/МпО (108), что также указывает на относительно окислительные условия его образования. Среди пироксенов авгитовые, пижонитовые и ортопироксеновые составы присутствуют примерно в равных количествах (табл. 1, рис. 2в). Отношение М§/(М§ + Бе) изменяется от 39 до 93 ат. %. Наибольшую магнезиальность имеет единственный фрагмент алюмоэнстатита (до 7 мас. % А1203), который отличается более низкими содержаниями Т от алюмоэнстатитов лунных метеоритов (Назаров и др., 2011). Средняя магнезиальность пироксенов составляет 66.9 ат. %, так же как и в оливинах. По среднему значению РеО/МпО (53.9 ± 0.8) ортопироксены ЭИо 280
идентичны таковым лунных метеоритов (54 ± 0.3) (Ма2агоу е! а1., 2009). Содержание №20 в пирок-сенах не превышает 0.18 мас. %, а ТЮ2 1.55 мас. %. Наиболее обычным акцессорным минералом является титанистый хромит (табл. 1, рис. 2г). Обнаружено только одно зерно М§-А1 шпинели. Ильменит (
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.