научная статья по теме КОСМИЧЕСКОЕ ЖЕЛЕЗО В ОСАДКАХ МЕЛА–ДАНИЯ Геофизика

Текст научной статьи на тему «КОСМИЧЕСКОЕ ЖЕЛЕЗО В ОСАДКАХ МЕЛА–ДАНИЯ»

ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2011, № 5, с. 12-34

УДК 550.382

КОСМИЧЕСКОЕ ЖЕЛЕЗО В ОСАДКАХ МЕЛА-ДАНИЯ

© 2011 г. Д. М. Печерский1, Д. К. Нургалиев2, В. А. Фомин3, З. В. Шаронова1, Д. М. Гильманова2

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва;

E-mail: diamar1@front.ru 2Казанский государственный университет 3Саратовский государственный университет Поступила в редакцию 28.12.2009 г.

С помощью термомагнитного анализа до 800°С изучен состав и распределение частиц металлического железа в 8 разрезах осадков мела-дания Кавказа, Крыма и Копетдага. Обнаружено, что частицы железа присутствуют в 330 образцах из 571 изученных, содержание их от 10-5 до 0.05%, их распределение бимодальное. Зафиксировано обогащение частицами железа осадков сантона Кавказа и Кара-Калы, верхняя граница которого фиксируется резким спадом содержания железа около 84 Ма, она совпадает с верхней границей гиперхрона Джалал. Вариации точек Кюри железа от 680 до 780°C отражают колебания примеси никеля. Во всех изученных разрезах зафиксирован пик повышенного содержания железа с практически постоянной величиной примеси никеля 5%, т.е. это глобальный эффект. Глобальный характер распределения и состава частиц железа, очевидно, отражают их связь с космической пылью. В то же время частицы Ni-Fe сплава и чистого никеля встречаются очень редко, их концентрации не коррелируют с содержанием частиц железа. Видимо, их очень мало в космической пыли и, более вероятно, что частицы Ni-Fe сплава связаны, главным образом, с импактными событиями.

ВВЕДЕНИЕ

По данным многочисленных измерений в пылевых облаках, в атмосфере, в керне льда из Антарктиды: и Гренландии, в океанских пелагических осадках обнаруживаются частицы космической пыли, содержащей частицы металлического железа и никеля. При этом данные об их распределении как по поверхности Земли, так и во времени, весьма ограничены, так как использовались лишь "прямые" методы: фиксации таких частиц. Эти методы требуют большого объема материала, и по ним получаются осредненные данные. Обширную и оперативную информацию о распределении металлического железа можно получить по данным термомагнитного анализа (ТМА) осадков. ТМА широко применяется при палеомагнитных и петромагнитных исследованиях различных геологических объектов, в том числе осадков и осадочных пород разного геологического возраста. Главная цель таких измерений — оценка концентрации и состава основных носителей палеомагнитной записи, соответственно, температура ТМА, как правило, ограничивалась точкой Кюри гематита, т.е. максимум около 700°С. В результате информация о зернах металлического железа полностью исключалась.

При петромагнитных исследованиях осадков [Grachev et al., 2009; 2006a; Pechersky, 2008; Pechersky et al., 2008], чтобы проследить поведение металлического железа в пространстве и времени применен ТМА до 800°С. В отличие от "прямых" методов, где получаются осредненные данные, мы получаем сведения о содержании железa практически в точке, так

как величина пробы для ТМА не превышает 0.2 г. Повышение температурного интервала ТМА на 100°С дало возможность наблюдать детальную картину распределения частиц металлического железа в пространстве и времени.

Главный результат наших предыдущих исследований — обнаружение обогащения частицами железа осадков миоцена, синхронного в двух разрезах — Халац (Туркмения) и Квиринаки (Грузия), удаленных друг от друга более чем на 1500 км [РесИегеку е1а1., 2008]. Т.е., это явление, вероятнее всего, глобальное и связано с космосом. Оно не зависит от местных условий осадконакопления, состава осадков, окислительно-восстановительной обстановки и др. Возраст этого явления 12.6—12.2 Ма.

При ТМА осадков на границе мела/палеогена, разрезы Гамс (Австрия), Тетрицкаро (Грузия), Ключи и Тепловка (Поволжье, Россия), Кошак (Туркмения) [РесИегеку, 2008], выяснилось широкое распространение металлического железа в осадках в незначительных концентрациях, обычно ниже 0.001%. Кроме того обнаружена положительная корреляция между содержаниями парамагнитных и магнитных минералов земного происхождения, с одной стороны, и металлического железа, с другой стороны, что объясняется переотложением частиц космического железа. Наблюдаемая картина разной степени положительной корреляции между железом и перечисленными минералами отражает разную роль переотложения этих минералов.

Настоящая статья посвящена изучению распределения металлического железа в осадках, накапливавшихся во время двух принципиально различных

35° 40° 45° 50° 55° 60°

Рис. 1. Схема расположения изученных разрезов: 1 — Сельбухра, 2 — Верхоречье, 3 — Басс, 4 — Дженгутай, 5 — Аймаки, 6 — Гергебиль, 7 — Маджалис, 8 — Кара-Кала.

состояний геомагнитного поля: а) устойчивое состояние без инверсий (гиперхрон Джалал, баррем-сан-тон, 125—84 Ма) и б) неустойчивый режим частых инверсий (суперхроны Туаркыр и Хорезм, кампан-даний, 84—60 Ма). Это группа разрезов Кавказа, перекрывающих и дополняющих друг друга (рис. 1). Для оценки глобальности распределения металлического железа выполнен ТМА осадков в нескольких удаленных параллельных разрезах Копетдага (разрез Кара-Кала) и Крыма (Верхоречье, Сельбухра) (рис. 1). По возможности подбирались разрезы, в которых минимально количество видимых перерывов в осадконакоплении. Для учета роли переотложения в накоплении частиц космического железа обращалось внимание на связи содержаний железа с магнетитом, титаномагнетитом и с железосодержащими парамагнитными минералами, образование и накопление которых, в отличие от металлического железа, имеет земное происхождение.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Петромагнитные исследования включали измерение намагниченности образцов и ее зависимости от температуры, т.е. термомагнитный анализ (ТМА). ТМА проводился с помощью экспресс весов Кюри [Буров и др., 1986], который позволяет измерять величину индуктивной намагниченности при разных температурах со скоростью нагрева 100°С мин. Для всех образцов получены термомагнитные кривые первого и второго нагревов до 800°С.

Известно, что в частицах космического железа основная примесь — это никель. Для оценки содержания примеси N1 в Fe-Ni сплаве можно использовать точки Кюри, полученные в результате ТМА. Перевод их в содержание примеси никеля позволит сопоставлять данные ТМА и результаты анализа состава металлических зерен микрозондом и др. Для этого примем, что зависимость точки Кюри соеди-

нения железа и никеля близка линейной. Тогда содержание никеля определится простой формулой:

N1 (%) = 0.243(770 - ТС),

где 770 — точка Кюри железа, Тс — точка Кюри исследуемого образца.

Проверим, насколько реально такое допущение. Дело в том, что Fe-Ni сплавы, содержащие примесь никеля меньше 30%, при температурах близких к комнатной сохраняют упорядоченную объемно центрированную решетку (а-фаза). При более высоких содержаниях никеля и/или при повышении температуры а-фаза переходит и у'-фазу с упорядоченной гранецентрированной решеткой и в у-фазу с неупорядоченной гранецентрированной решеткой [Бозорт,1956; №§а!а е! а1., 1986; Диаграммы..., 1997]. У таких у и у'-сплавов по разным причинам точки Кюри существенно отклоняются от линейной зависимости состав—Тс в сторону "занижения" (чаще) или "завышения" (реже) (табл. 1). Появляются кажущиеся "точки Кюри" — результат перехода а-фа-зы в у-фазу при нагреве образца и у —- а перехода при его охлаждении. Сказанное относится главным образом, к Fe-Ni сплавам промежуточного состава, содержащим никель более 20% и менее 80%. Для них характерны заметные расхождения в оценке содержания никеля по линейной зависимости ТС—№ (табл. 1).

В нашем случае важнее не разбираться в природе таких отклонений, а в возможности оценки по точке Кюри содержания никеля в природных частицах Fe-Ni сплавов. Возникают два вопроса: 1) насколько применима оценка содержания примеси никеля по линейной зависимости ТС—№ к природным метеоритам, содержащим Fe-Ni сплавы промежуточного состава, и 2) насколько широко распространены в космической пыли частицы Fe-Ni сплавов промежуточного состава.

Для ответа на первый вопрос воспользуемся данными из статей [№§а!а, Funaki, 1987; №§а!а et а!.,

Таблица 1. Сравнение составов искусственных Ni-Fe сплавов с оценками по ТМА

Марка сплава Состав сплава (вес. %) Тс, °C Ni (%) по ТМА

Vacaperm Ni100 400 90

cryoperm Ni90Fe10 430 83

M7904 Ni80, Мо5, Fe15 443 80

Ni80 Ni80Fe20 560 51

Supermuniperm Ni80Mn5Fe15 410 87

Perm77 Ni77, Mo4, Cu4.4, Fe14 410 87

M75 Ni75, Cr2, Cu5, Fe18 438 81

Ni60 Ni60Fe40 600 41

Carpenter Ni55Fe45 530 58

AlloyNi50 Ni52Fe48 530 58

AlloyNi50 Ni50Fe50 500 66

Ni50 Ni50Fe50 530 58

M50 Ni48, Fe52 471 73

Nifemax Ni48Fe52 470 73

Ni40 Ni40Fe60 356 100

Normaperm Ni36Fe64 240 ?

Invar Ni36Fe64 230 ?

Invar Ni36Fe64 375 96

Invar film standard (1) Ni36Fe64 250 ?

Invar film after stress (2) Ni36Fe64 400 90

Superinvar Ni32Co5Fe63 279 ?

AlloyNi30 Ni30Fe70 610 39

Tаблица 2. Сравнение содержаний никеля и железа в метеоритах по данным микрозонда и ТМА

метеорит NiFe Тс1(%) T2(%) Тс3(%) NiFe ТМА

St. Catharina 50/50 565 50/50

Twin City 50/50 560 51/49

Toluca (у-ламель) 50/50 580 46/54

Itutinga (у-ламель) 50/50 565 50/50

St. Severin 50/50 565 50/50

Appley Bridge 50/50 565 50/50

Yamato74354 16/84 543(15) 55Ni x 0.15 750(85) 5 x 0.85 13/87

Yamato74362 14/86 545(17) 55Ni x 0.17 740(83) 7 15/85

Yamato74442 28/72 365(7) 98Ni x 0.07 555(21) 52Ni x 0.21 756(72) 3.4Ni x 0.72 21/79

Yamato790964 66/34 560(50) 51Ni x 0.5 610(50) 39Ni x 0.5 45/55

Yamato790448 40/60 575(80) 47Ni 770(20) 47/53

ALH76009 13/87 570(20) 49 x 0.2 765(80) 1.2Ni x 0.8 11/89

San-Cristobal 26/74 565 50/50

Lime Creek 30/70 41/59

Примечание: К^е — содержание никеля и железа в металлической части метеорита (вес. %) по данным микрозондового анализа; Тс — точка Кюри (в скобках доля магнитной фазы в величине намагниченности, определенная по кривой ТМА, %); №Ре ТМА — суммарное содержание никеля и железа по линейной зависимости Тс—№, вес. %.

1987], где подобраны образцы металлических метеоритов и включения металла в каменные метеориты, по которым

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