научная статья по теме ЕДИНАЯ ПРИРОДА САМОРОДНОГО ЖЕЛЕЗА В ЗЕМНЫХ ПОРОДАХ И МЕТЕОРИТАХ. РЕЗУЛЬТАТЫ МИКРОЗОНДОВОГО И ТЕРМОМАГНИТНОГО АНАЛИЗОВ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ЕДИНАЯ ПРИРОДА САМОРОДНОГО ЖЕЛЕЗА В ЗЕМНЫХ ПОРОДАХ И МЕТЕОРИТАХ. РЕЗУЛЬТАТЫ МИКРОЗОНДОВОГО И ТЕРМОМАГНИТНОГО АНАЛИЗОВ»

ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2015, № 5, с. 140-155

УДК 550.382

ЕДИНАЯ ПРИРОДА САМОРОДНОГО ЖЕЛЕЗА В ЗЕМНЫХ ПОРОДАХ И МЕТЕОРИТАХ. РЕЗУЛЬТАТЫ МИКРОЗОНДОВОГО И ТЕРМОМАГНИТНОГО АНАЛИЗОВ

© 2015 г. Д. М. Печерский1, Д. М. Кузина2, Д. К. Нургалиев2, В. А. Цельмович1

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва E-mail: diamarmp@gmail.com 2Казанский федеральный университет, г. Казань Поступила в редакцию 02.03.2015 г.

Обобщены результаты микрозондовых и термомагнитных исследований самородного железа в земных породах: ксенолитах мантийных гипербазитов, Сибирских траппах, океанских базальтах. Они сравниваются с самородным железом из осадков и метеоритов. Выясняется, что распространенные в гипербазитах и базальтах континентов и океанов частицы самородного железа близки по составу, по форме и размеру зерен, они преимущественно не содержат примеси никеля и они аналогичны частицам железа космического происхождения из осадков и метеоритов. Такое сходство говорит о сходстве источников образования таких частиц, т.е. сходстве земных условий с условиями на планетах-источниках метеоритов, например, из пояса астероидов, в дальнейшем раздробленных и превращенных в космическую межпланетную пыль, которая попала в земные осадки. И эта однородность заложена в однородности газово-пылевого облака на ранней стадии существования Солнечной системы. Преобладание космических частиц самородного железа в осадках связывается с тем, что в межпланетную пыль попадает, главным образом, материал верхней мантии планет-источников пыли.

DOI: 10.7868/S0002333715050105

ВВЕДЕНИЕ

Среди металлических частиц в осадках главная роль принадлежит частицам самородного железа, не содержащего никель. К этому выводу мы пришли в результате многолетнего изучения состава и распространения частиц самородного железа в осадках с помощью микрозондового и термомагнитного анализов [Марков и др., 2015; Печерский, 2012; Печерский и др., 2006; 2008; 2009; 2011; 2012; 2013а; б; в; Печерский, Кузина, 2015; Печерский, Шаронова, 2012; 2013; РесИегеку, 2010; РесИегеку е! а1., 2006]. Такими исследованиями охвачены 30 объектов осадков (коллекции Б.З. Аса-нидзе, В.Г. Бахмутова, А.Ф. Грачева, А.Ю. Казанского, О.А. Корчагина, М.И. Кузьмина, Э.А. Моло-стовского, И.О. Мурдмаа, Д.П. Найдина, В.Э. Павлова, В.М. Трубихина, В.А. Фомина). Одно из возможных объяснений: частицы самородного железа, не содержащие примеси никеля, произошли из мантийных пород пояса астероидов, как результат их дробления [МсБаёёеп е! а1., 2007; Печерский, Кузина, 2015]. В данной статье для решения этой проблемы помимо осадков были подобраны и изучены, во-первых, образцы земных мантийных ультраосновных пород, вынесенных на поверхность Земли базальтовыми лавами, в частности, это мантийные ксенолиты из лав Антарктиды, Приморья, Монголии, Сирии, Шпицбергена

(коллекции А.Я. Салтыковского) и Витимского плато (коллекция И. Ащепова). Во-вторых, образцы траппов, заведомо земных широко распространенных на континентах магматических пород, в нашем случае на Сибирской платформе (коллекция А. Латышева). Коллекция включает образцы из двух силлов из Ангарской провинции, из 10 потоков Маймеча-Котуйской провинции и из 4 потоков Норильской провинции, тела траппов разной мощности — от 2 до 20 м и более. Несколько образцов взяты из прослоя туфа, заключенного между потоками Норильской провинции. В-третьих, 21 образец широко распространенных океанских базальтов, образующих ложе мирового океана. В нашем случае это образцы Атлантики (13), Тихого (5) и Индийского (1) океанов, Красного моря (2) (коллекции В. Матвеенкова и С. Силантьева). Все эти данные сопоставляются с аналогичными результатами микрозондовых и термомагнитных исследований метеоритов, приведенными в [Пе-черский и др., 2012; Марков и др., 2015].

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Микрозондовый анализ (МЗА) и другие микроскопические исследования выполнены в Геофизической обсерватории "Борок" ИФЗ РАН, исполнитель В.А. Цельмович. Для МЗА исполь-

Таблица 1. Число частиц самородного железа разного состава и никеля

N £ Бе А1 Т1 Сг МБ Др Бе№ N1

Осадки, сумма 105 552 388 286 108 29 102 53 39 99 65

% 70 52 20 5 18 10 7 18 12

Ксенолиты, сумма 16 166 128 80 25 23 22 53 10 23 16

% 77 48 15 14 13 32 6 14 10

Витим 3 28 27 21 4 5 8 7 0 1 0

Монголия 2 22 14 5 5 0 0 4 0 2 6

Приморье 7 72 57 36 10 14 7 24 9 10 5

Сирия 3 33 23 11 6 5 6 16 1 5 5

Антарктида 1 11 6 7 0 0 1 2 0 5 0

Траппы, сумма 21 81 72 40 12 5 12 14 21 1 8

% 89 49 15 6 15 17 26 1.2 10

Ангара 6 23 22 15 7 3 3 3 6 0 1

Маймеча 11 33 26 14 3 2 8 7 12 1 6

Норильск 2 7 5 6 0 0 3 2 3 0 2

Слойтуфа 1 9 9 5 0 0 0 0 1 0 0

Океанские базальты, 14 79 67 29 28 10 19 8 33 8 4

сумма

% 85 38 35 13 24 10 42 10 5

Метеориты, сумма 44 896 68 50 34 0 2 18 18 823 5

% 8 6 4 0 0.2 2 2 92 0.6

Примечания. N — число образцов в данной группе пород; Е — общее число измеренных частиц самородного железа и никеля (Бе + Бе№ + N1) в данной группе пород; Бе — число частиц самородного железа, не содержащих никеля; Si, А1, Т1, Сг, Мб — число частиц железа, содержащих один из перечисленных элементов; др — другие элементы-примеси в частицах железа, Мп, Р, S и др.; Бе№ — число частиц камасита и других Бе№ сплавов и сплавов более сложного состава; N1 — число частиц самородного никеля; % — процентная доля числа частиц железа, содержащих примеси разных элементов по отношению к Е.

зовался микрозонд "Тескан Вега II" с энергодисперсионным спектрометром. Отобранные для изучения на микрозонде образцы измельчались, диспергировались в ультразвуковой ванне и из них постоянным магнитом извлекалась магнитная фракция. МЗА проводился при напряжении 20 кВ и токе 0.2 нА, размер луча зонда ~0.2 мкм, размер анализируемой области — 2 мкм.

Термомагнитный анализ (ТМА) включал измерение намагниченности образцов в магнитном поле 400 мТл и ее температурной зависимости от 20 до 800°С. ТМА проводился в палеомагнитной лаборатории Казанского университета с помощью экспресс-весов Кюри, исполнитель Д.М. Кузина. Температура 800°С выбрана, т.к. точки Кюри частиц самородного железа достигают 770°С (чистое железо). ТМА на сегодня единственный метод быстрой и массовой оценки концентрации магнитных минералов без их извлечения из горной породы. Точность определения точки Кюри 5—10°, точность измерения магнитного момента — 3 х 10-8 Ам2. Точность оценки концентрации магнитного минерала довольно низкая, но это не играет принципиальной роли на фоне колебаний концентраций само-

родного железа в изученных породах на несколько порядков. Недостатки в точности ТМА компенсируются простотой самого ТМА, быстротой приготовления образцов и получения данных.

В большинстве случаев результаты МЗА и ТМА согласуются, когда речь идет о составе магнитных минералов (железа, титаномагнетита, магнетита), но отмечаются заметные расхождения в обнаружении и концентрации железа, что связано с тем, что ТМА делается на кусочке породы весом менее 0.1 г, а МЗА — на обогащенной магнитной фракции из большего кусочка породы.

РЕЗУЛЬТАТЫ МИКРОЗОНДОВОГО АНАЛИЗА

Основные результаты микрозондового анализа осадков, ксенолитов, траппов, океанских базальтов и метеоритов приведены в табл. 1 и на рис. 1—рис. 11, где сопоставлены составы, форма и размеры частиц самородного железа.

Состав. Подавляющее большинство зафиксированных МЗА частиц, как в осадках, так в ксенолитах, траппах и океанских базальтах — это чистое

60 50 40 30 20 10

0 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

s»-'*- V у у у у>- у у

о/ ^ \/ о/ Y

(й- V V V V V V У (б)

25 20 15 10 5

0 Iй 1И1И1И Iй Iи Iи Iй 1ИI I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

^ ^ ^ <о> <о°> ^

N

40 30 20 10

0 . .

Ь ь у у у

V ь о/

(в)

^ f ^ ^ ^ чьх У У У У

V ч,- -у V **

Рис. 1. Концентрации примеси кремния (а), алюминия (б) и хрома (в) в частицах самородного железа из осадков. Данные МЗА, концентрация в мас. %; N — число частиц железа, содержащих примеси данного состава.

железо и железо с различными примесями, за исключением никеля. В осадках содержится 18% частиц Бе№ сплавов, в ксенолитах 14%, в океанских базальтах 10% частиц Бе№ сплавов и только одно зерно Бе№ сплава обнаружено в траппах (табл. 1). Для сравнения — в метеоритах на долю железа, не содержащего никеля, приходится 8%, а 92% — это Бе№ сплавы, содержащие от не-

скольких процентов до 50% и более никеля, а также шрейберзит и другие сплавы более сложного состава (табл. 1, табл. 2) [Печерский и др., 2012]. Таким образом, отчетливо видна тенденция распределения FeNi сплавов в разрезе планеты: от высокой, явно преобладающей его доли в низах мантии и в ядре (92%) до относительно низкой доли (14%) в верхней мантии и до 10% и меньше в основных магматических породах, интрузивных и вулканических, кристаллизовавшихся в земной коре и на ее поверхности. В эту схему не укладывается распределение самородного никеля. В осадках, ксенолитах, траппах и океанских базальтах, его доля составляет 5—12% (табл. 1), и только в трех метеоритах обнаружены единичные мелкие зерна самородного никеля [Печерский и др., 2012]. При этом в осадках и ксенолитах встречаются зерна никеля разного размера, тогда как в траппах и океанских базальтах это мелкие зерна, приуроченные, как правило, к участкам породы, обогащенным углеродом.

Во всех группах пород видно близкое распределение примесей, и они присутствуют повсеместно (табл. 1, рис. 1—рис. 5). Примесь кремния в самородном железе самая распространенная, он обнаружен во всех изученных образцах (табл. 1, рис. 1а, рис. 2а, рис. 3а, рис. 4а, рис. 5а). Его концентрация достигает 3—4%, а распределение скорее отражает захват зондом соседних силикатов. При этом прослеживаются в большинстве объектов моды (рис. 1а, рис. 2а, рис. 3а, рис. 4а и рис. 5а), очевидно, отражающие изоморфную примесь кремния в частицах железа, т.к. трудно предположить постоянство концентрации элемента, если он захвачен из соседнего зерна. Примесь алюминия преимущественно ниже 1—1.5%, она минимальна в траппах (рис. 3б), до 3—4% в ксенолитах (рис. 2б), океанских базальтах (рис. 4б) и метеоритах (рис. 5б), достигае

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»