ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 458, № 1, с. 57-60
= ГЕОХИМИЯ =
УДК 552.63+523.681.2
ВЕЩЕСТВО МЕТЕОРИТА "ЧЕЛЯБИНСК":
РЕЗУЛЬТАТЫ ГЕОХИМИЧЕСКИХ И ТЕРМОМАГНИТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
© 2014 г. В. С. Антипин, академик М. И. Кузьмин, Д. М. Печерский, В. А. Цельмович, С. А. Язев
Поступило 17.02.2014 г.
Б01: 10.7868/80869565214250136
Утром 15 февраля 2013 г. произошло одно из самых крупных природных явлений после Тунгусского события 1908 г. — появление яркого болида, вспышка, сильный взрыв и выпадение метеоритного дождя на обширной территории Челябинской и соседних областей Урала. Падение метеорита, вошедшего в международный каталог под именем "Челябинск", еще раз подтвердило, что движение планеты Земля в космосе происходит в тесной взаимосвязи с астероидами, метео-роидами и другими телами Солнечной системы. В связи с этим любые фрагменты космического вещества должны быть подвергнуты всестороннему и детальному изучению всеми доступными нам методами.
Уже в 2013 г. вышел из печати спецвыпуск журнала "Геохимия" (№ 7), посвященный результатам совместных исследований метеорита "Челябинск" российскими и английскими учеными. Опубликованы также данные уральскими и дальневосточными исследователями [1—4] по петрографии, минералогии и геохимии фрагментов метеорита.
Жители Челябинской области передали в Иркутск три небольших фрагмента метеорита; два из них (массой 5.6 и 2.58 г) поступили в Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН для ми-нералого-геохимических исследований. Часть материала была передана для термомагнитных
Институт геохимии им. А.П. Виноградова Сибирского отделения Российской Академии наук, Иркутск
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской Академии наук, Москва Геофизическая обсерватория "Борок" Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской Академии наук, пос. Борок Ярославской обл. Иркутский государственный университет
исследований. Микрозондовое и оптическое изучение выполнено в обсерватории Борок. Использовали микрозонд "Тескан Вега II" с энергодисперсионным спектрометром и микроскоп "Olympus BX51M".
Изученные фрагменты метеорита "Челябинск" — светло-серая зернистая порода хондри-товой структуры. Большая часть поверхности фрагментов покрыта буровато-черной корой плавления толщиной до 1 мм. Внутри фрагментов тонкие прожилки черного стекловатого вещества, которые разделяют хондры или их обломки. Хондры размером около 1 мм, обычно угловатой формы, приобретенной в результате дробления. Хондры и цементирующая их матрица сложены преимущественно оливином и ортопироксеном. Матрикс представлен криптозернистым слабо раскристаллизованным веществом, состоящим из пироксен-оливинового агрегата с плагиоклазом (альбит—олигоклаз), апатитом, расплавным стеклом и включениями рудных минералов: тэнит, ка-масит, троилит, реже пирротин, пентландит, единичные зерна хромита, ильменита. Оливин часто образует графические срастания с пироксеном и имеет вещественный состав, отвечающий железистому форстериту. Пироксены встречаются в хондрах и матриксе породы, но образуют более ксеноморфные выделения по отношению к зернам оливина. Микрозондовыми исследованиями [1, 2, 8] установлено, что состав ортопироксенов соответствует железистому энстатиту (гиперстену), а клинопироксен образует единичные зерна авгита и клиноборзита с характерным полисинтетическим двойникованием. Вещество стекла черное или бурое, находящееся на поверхности фрагментов метеорита в виде корки и прожилков. Существенно изменяется по составу. В участках метеорита с корой плавления видны пузырьки от кипения расплава, а также светлые включения сплавов FeNi и троилита. В местах плавления состав оливина несколько отличается появлением
Таблица 1. Содержание петрогенных элементов в метеорите "Челябинск", мас. %
Пробы SiO2 TiO2 Al2O3 Cr2O3 FeO^ MnO MgO CaO Na20 К2О P2O5 Сумма
8 41.31 0.13 2.36 0.55 25.76 0.35 25.61 2.02 0.91 0.09 0.22 99.31 10 40.55 0.12 2.39 0.55 26.23 0.34 25.63 1.98 0.55 0.10 0.21 98.65 LL-хондрит 40.60 0.13 2.24 0.54 26.62 0.35 25.22 1.92 0.95 0.10 0.22 98.89
Примечание. Определение элементов проводили методом РФА на приборе S4 Pioneer, Bruker. Аналитики А.Л. Финкель-штейн, В.М. Чубаров. Содержание S в пробах 8, 10 0.6—0.9%; определена на спектрометре РФА ПВО (TXRF) в ИЗК СО РАН.
А1, Са и падением содержания М§, что можно объяснить переходом в расплав, в первую очередь, плагиоклазов.
В табл. 1 приведены результаты анализа РФА по содержаниям петрогенных элементов в двух фрагментах метеорита.
Сравнение составов метеорита "Челябинск" со средним составом LL-хондрита [8] показало их полную сходимость.
Концентрации большинства редких элементов в метеорите "Челябинск", нормированные к С1-хондритам, весьма близки к их значениям в LL-хондритах и практически повторяют характер их распределения в последних на спайдердиа-грамме (рис. 1). Особенно близки уровни их нормированных содержаний для элементов сидеро-фильной и халькофильной групп. Однако некоторые высокозарядные и литофильные элементы (№, 7г, Ш, Sr, Ва, ТИ, и), не относящиеся к ука-
Ni Co Cu Pb Zr Nb Ba Li U
Рис. 1. Распределение редких элементов в хондрите "Челябинск", нормированное к содержанию в С1-хондритах по сравнению с LL-хондритом. Анализы ICP MS-метеорита, выполненные в лабораториях:
1 - ИГХ СО РАН, 2 - ГЕОХИ РАН [8], 3 - LL-хонд-ритом.
Анализы метеорита для диаграмм (рис. 1, 2) выполнены методом ICP-MS на масс-спектрометре в ИГХ СО РАН: квадрупольный VG Plasma Quad 2+ фирмы VG "Elemental" (Англия) и высокого разрешения с магнитным сектором ELEMENT 2 фирмы "Finnigan MAT" (Германия) для аналитических микроэлементных исследований горных пород и минералов. Аналитики Л.А. Чувашова, О.В. Зарубина.
занным группам, характеризуются несколько повышенным уровнем нормированного содержания (рис. 1).
Суммарное содержание РЗЭ в исследованных образцах хондрита (рис. 2) в среднем 5.18 г/т и практически совпадает со средним значением суммы РЗЭ по трем образцам метеорита (5.24 г/т) в [2]. Однако оно заметно выше по сравнению с суммарным содержанием РЗЭ в метеорите (3.68 г/т) по данным [8] и средним его значением в LL-хон-дрите (3.58 г/т). Установленное обогащение РЗЭ образцов метеорита "Челябинск" относительно LL-хондрита обусловлено более высокими концентрациями в них легких лантаноидов, что фиксируется также повышенным значением для них La/Yb (1.9—2.3) по сравнению с La/Yb в LL-хон-дрите (1.4). Распределение РЗЭ в LL-хондрите характеризуется отсутствием Еи-аномалии, что и было установлено для двух образцов метеорита "Челябинск" (рис. 2). Таким образом, несмотря на сходство общего химического состава LL-хон-дрита и исследованных образцов метеорита, главная особенность распределения в них редких элементов — заметное обогащение их не только 7г, Ш, Sr, Ва, ТИ, и, но и легкими лантаноидами, а также плавное снижение концентраций в сторону тяжелых редких земель вплоть до уровня их содержаний в LL-хондрите. Все это свидетельствует
Rock/Q
Рис. 2. Распределение РЗЭ в хондрите "Челябинск". Анализы 1СР MS метеорита, выполненные в лабораториях:
1 - ИГХ СО РАН, 2 - ГЕОХИ РАН [8], 3 - ИГГ УрО РАН [2], 4 - LL-хондрит.
ВЕЩЕСТВО МЕТЕОРИТА "ЧЕЛЯБИНСК"
59
о значительных вариациях геохимических особенностей различных фрагментов метеорита "Челябинск". Сравнивая вновь полученные и опубликованные ранее аналитические данные c использованием прецизионного метода ICP MS, можно прийти к выводу об определенной геохимической неоднородности различных фрагментов метеоритного дождя, выпавшего на обширной территории. По-видимому, импактные процессы в космической истории метеорита могли определить появление значительной неоднородности, связанной с дифференциацией на стекловатую и полнокристаллическую части метеоритного вещества.
Главные носители магнетизма метеорита "Челябинск" — Fe—Ni-сплавы. Составы камасита, тэнита, хромита, Fe-сульфидов не отличаются разнообразием и характерны для обыкновенного хондрита. Состав их заметно варьирует, но при этом установлен четкий разрыв по содержанию в сплаве Ni при мало меняющейся концентрации Co: 1) 4-17% Ni и 2) 30-55% Ni. Первая группа, очевидно, относится к камаситу, вторая по концентрации Ni отнесена нами к тэниту, и они не смешиваются. При этом те и другие покрываются равномерным однородным слоем магнитной эмульсии, что подчеркивает гомогенность этих минералов. Следующая большая группа минералов — Fe-сульфиды. Среди них явно преобладает троилит; в измеренных зернах среднее Fe/S = = 1.74, что совпадает с чистым соединением FeS. Реже встречен пирротин (Fe/S около 1.1—1.68). Для хромита характерен однообразный состав, обычны небольшие примеси Mg, Al, Ti.
На ряде примеров были изучены соотношения минералов. Так, зерна тэнита подчиняются по форме окружающим зернам силикатов и, более того, хондра оливина включена в зерно тэнита. Следовательно, тэнит кристаллизовался позднее оливина и пироксена. Судя по характеру соотношений, камасит кристаллизовался после тэнита. Из составов минералов следует, что метеорит "Челябинск" характеризуется, с одной стороны, относительно повышенным содержанием тэнита, заметным содержанием троилита, а с другой стороны — отсутствием шрейберзита.
Магнетитовые шарики, вплавленные в оливин и пироксен, очевидно, были образованы из трои-лита в процессе плавления и окислены до магнетита. Об этом свидетельствует, во-первых, множество нано- и микроразмерных троилитовых шариков в силикатах, в расплавной зоне на поверхности метеорита, которые после окисления вполне могут стать магнетитовыми шариками, во-вторых, эти шарики, обнаруженные вблизи троилитовой частицы, не содержат Ni даже на уровне микропримесей и содержат небольшое количество S (около 2%).
Выполнен термомагнитный анализ (ТМА) восьми фрагментов из обломков метеорита "Челябинск", подобранных в разных местах. Измерения вели в геомагнитной лаборатории ИФЗ РАН на термо-вибромагнитометре конструкции Н.М. Аносова и Ю.К. Виноградова. При ТМА проводили непрерывные измерения намагниченности (М) в постоянном магнитном поле 600 мТл в процессе нагрева образца до 800°C и последующего охлаждения до комнатной тем
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.