ПЕТРОЛОГИЯ, 2012, том 20, № 6, с. 574-582
УДК 552.61:523.681
АБЛЯЦИОННЫЕ СФЕРУЛЫ СИХОТЭ-АЛИНСКОГО МЕТЕОРИТА И УСЛОВИЯ ИХ ФОРМИРОВАНИЯ
© 2012 г. Д. Д. Бадюков*, Й. Райтала**
* Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН ул. Косыгина, 19, Москва, 119991, Россия; e-mail: badyukov@geokhi.ru **Astronomy, Departmentof Physical Sciences, P.O. BOX3000, FIN-90014 University of Oulu, Finland; e-mail: jraitala@oulu.fi Поступила в редакцию 10.04.2012 г.
Получена после доработки 16.06.2012 г.
Были изучены магнитные шарики, извлеченные в 1948—1949 гг. из почв кратерного поля Сихотэ-Алинского метеоритного дождя (падение 1947 г.). Практически все шарики представляют собой абляционные сферу-лы, образовавшиеся при выпадении метеоритного дождя. По структуре различаются два типа сферул — мелкозернистые, сложенные дендритами никелистого магнетита (NiO ~ 3—6 мас. %), иногда с незначительным количеством интерстициального вещества, богатого фосфором и железом, и крупнозернистые, также состоящие из дендритов или зерен никелистого магнетита, иногда с вюститом, и интерстициального вещества, схожего с вышеупомянутым или имеющего силикатный состав. По структуре, минералогическому и химическому составу (присутствие Р и Si) эти сферулы отличаются от железных космических сферул (тип I), присутствующих в фоновом потоке микрометеоритов. Предполагается, что эти сферулы образовались в результате абляции метеоритного вещества на высотах около 12 км (область начала дробления) и ниже, при этом максимальные температуры их образования находились в диапазоне 1600—2180°С при летучести кислорода от 10-4 до 10-1 атм. Возможно, что материал, подвергавшийся абляции, был обогащен силикатным веществом по сравнению с выпавшим.
ВВЕДЕНИЕ
При пролете через атмосферу Земли космические тела испытывают абляцию — разогрев поверхности, плавление, испарение, окисление вещества и сдув расплава набегающим атмосферным потоком (Стулов и др., 1995), что приводит к образованию метеоритных абляционных сферул (АС). Механизм образования АС отличен от такового для весьма распространенных переплавленных микрометеоритов — космических шариков. Последние образуются при плавлении частиц размером в первые мм и менее при их входе в атмосферу на высотах порядка 70—100 км, причем процесс плавления происходит вероятно без их диспергации (Love, Brownlee, 1991).
В зависимости от скорости и угла вхождения в земную атмосферу высокоскоростные тела теряют в ней часть своей первоначальной массы, вплоть до полного их исчезновения, однако, в связи с редкостью падений крупных метеоритов, сбор АС крайне затруднен. Предполагается, что в антарктических льдах присутствуют горизонты, обогащенные хондритовыми АС (Harvey et al., 1998; Nar-cisi et al., 2007; Misawa et al., 2010), однако, вполне возможно, что эти сферулы возникли при событиях, схожих с Тунгусским событием 1908 г. (van Ginneken et al., 2010). Металлические Fe-Ni шарики были найдены в окрестностях ударно-взрывного кратера Барринджер, Аризона, а также рядом с кратерами Хенбери и Боксхоул (Hodge, Wright, 1973). Однако эти шарики, скорее всего, представ-
ляют собой продукты импактного плавления (Blau et al., 1973; Kelly et al., 1974) вещества ударника — железного метеорита, поскольку эти кратеры образованы достаточно высокоскоростными ударниками.
Сихотэ-Алинский железный дождь, выпавший в 1947 г., является одним из крупнейших падений метеоритов. Этот метеорит обладает весьма грубозернистой октаэдритовой структурой и относится к химической группе IIB (Явнель, 1975). Метеорит сложен (Кваша, 1975) низконикелистым железом (камаситом), содержание которого составляет около 97 об. %, а также в незначительных количествах высоконикелистым железом (тэнитом) и тонкозернистыми срастаниями камасита и тэнита (плессита). Второстепенные минералы, перечисленные в порядке уменьшения распространенности, представлены фосфидами железа и никеля (шрейберзит и рабдит), троилитом и хромитом. Крайне редко наблюдаются когенит, добреелит и силикаты (оливин, пироксен).
Падение этого метеоритного дождя предоставило уникальную возможность изучения АС. В конце прошлого века—начале нынешнего масса метеоритов, собранных экспедициями Академии Наук, составила 27 тонн (Цветков, 1989), а любителями — не поддается учету. Средняя оценка доат-мосферной массы метеорита, полученная по содержанию космогенного 36d, составляет 48 тонн (Лаврухина и др., 1972), тогда как моделирование вхождения в атмосферу тела под углом 45° и со ско-
ростью 12.4 км/с (Цветков, 1987) дает первоначальную массу метеорита 97 тонн при его конечной скорости подхода к земной поверхности около 0.5 км/с. Таким образом, оценка массы АС, образовавшихся в процессе полета Сихотэ-Алинского тела через атмосферу, лежит в диапазоне 20—70 тонн. При падении на землю крупных обломков головной части дождя образовались многочисленные ударные кратеры, причем вещество мишени не несет следов ударного метаморфизма за исключением дробления пород. Эти кратеры группируются на площади размером примерно 0.8 х 0.5 км. В почвах кратерного поля были обнаружены многочисленные магнитные шарики. Они были изучены в 60-х—70-х годах прошлого столетия (Кринов, 1963; Заславская, 1970; Заславская, 1973; Колесов, Заславская, 1976), однако подробного минералогического и химического исследования индивидуальных шариков не проводилось. Кроме этого, существует проблема идентификации возможных источников этих частиц, которые помимо АС могут быть продуктами техногенного загрязнения. В настоящей работы мы приводим результаты исследований, характеризующих минералогический и химический составы шариков, которые, как нам представляется, позволяют получить некоторые данные о процессах абляции железных метеоритов.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В настоящей работе мы использовали материал коллекции Комитета по метеоритам РАН, полученный в ходе экспедиций 1948—1949 гг. (Кринов, 1963). Сферические частицы, предположительно являющиеся АС, выделялись путем разделения пробы верхнего почвенного горизонта на немагнитную и магнитную фракцию и последующую отборку шариков из магнитной фракции под стерео-микроскопом. Почвенный материал собирали как на валах кратерных воронок, так и на удалении порядка несколько десятков метров от них. Мы использовали шарики, выделенные из почв, собранных в районе кратерного поля и из окрестностей воронок № 1, 3, 14 ("препараты" из коллекции КМЕТ № 6(20), 8(24), 10(29), 12(31), 14(32), 19(50), 21(54), 25(67) и 32(97), см. Кринов, 1963).
При изучении шариков применяли стандартные методы оптической и аналитической сканирующей электронной микроскопии. В последнем случае использовали микроскоп JEOL JSM 6400, оборудованный энерго-дисперсионным полупроводниковым детектором рентгеновского излучения в Центре нано-технологии и электронной микроскопии Университета г Оулу, Финляндия. Для исследования внутренней структуры шарики погружали в эпоксидную смолу, после чего изготавливали полированные шлифы для изучения под оптическим и сканирующем электронном микроскопах. Всего было изучено 159 шариков. Для определения химического состава фаз использовали метод локального рентгеноспектрального анализа (прибор JEOL ЗХА-8200 Центра нанотехно-логии и электронной микроскопии Университета г. Оулу, Финляндия) при ускоряющем напряжении
15 кВ и токе зонда 15 нА. При определении валового состава шариков использовали дефокусированый пучок электронов с диаметром пятна 20 мкм. Количество индивидуальных анализов для каждого шарика составляло около 6—7 при достаточном размере анализируемой площади. В случае маленьких шариков число анализов лимитировалось доступной площадью среза. Прибор калибровали с использованием элементных, оксидных и силикатных стандартов. Данные корректировали с помощью программы ZAF JEOL. Точность определения содержаний главных элементов составляла ±2 отн. % при пределе обнаружения 0.02—0.05 мас. %.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Детальное рассмотрение морфологии шариков приведено в работе (Кринов, 1963), поэтому здесь мы ограничимся лишь их кратким описанием. Размер шариков колеблется от менее чем 10 мкм до 0.7. Они имеют черный цвет, встречаются как блестящие, так и матовые разновидности. Шарики непрочны и при легком механическом воздействии разрушаются, например при нажиме препарировальной иглой. Следует отметить, что вообще шарики внешне весьма схожи с таковыми, образующимися в результате высокотемпературной обработки металла — сварки или резки. В то же время они отличаются от железных космических шариков, присутствующих в фоновых выпадениях микрометеоритов (йе^е е! а1., 2008), более черным цветом.
Форма шариков либо правильная сферическая (>80 %, рис. 1а—1в), либо овоидная, иногда с закругленными выступами (рис. 1г). Часто на шариках присутствуют устьеобразные или воронкообразные формы как соединяющиеся с внутренней полостью шарика (рис. 1д) и, вероятно, образовавшиеся при его дегазации, так и закрытые внешней поверхностью шарика (рис. 1е). В последнем случае их образование может трактоваться как остатки перетяжки между двумя шариками, образовывавших гантелеобразную частицу. Поверхность большинства шариков сложена микрозернистыми дендритовыми агрегатами магнетита (?) (рис. 1а). В некоторых случаях поверхность шариков (рис. 1б, 1в) покрыта более грубозернистыми дендритами магнетита (?). В рентгеновских энерго-дисперсион-ных спектрах поверхности шариков за редким исключением присутствует пик N1, интенсивность которого соответствует его концентрациям в первые проценты.
Шарики сложены никелистым магнетитом иногда ассоциирующим с вюститом. В одном случае отмечен вюстит в ассоциации с никелистым железом; в некоторых шариках в межзерновом пространстве в виде пленок и маленьких карманов присутствует фаза, близкая по составу фосфату двухвалентного железа; встречается также силикатное стекло (?). Следует отметить, что прозрачный шарик из пробы 68, описанный как силикатный (Кринов, 1963), оказался состоящим, очевидно, из органического вещества, поскольку он стал
Рис. 1. Электронно-микроскопические изображения Сихотэ-Али
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.