Гипотезы, дискуссии, предложения
Магнитные минералы из космоса
Д.М. ПЕЧЕРСКИЙ,
доктор геолого-минералогических наук Институт физики Земли РАН
Последние несколько лет автор занимается изучением распространений состава частиц самородного железа в осадках разного состава и возраста, главным образом с помощью термомагнитного анализа. Считается, что такие частицы обычно внеземного происхождения и образуются в результате дробления более крупных космических тел - астероидов. Для сравнения автор решил изучить тем же методом упавшие на Землю астероиды -метеориты. Выполнен комплекс термомагнитного и микрозондового анализа 40 образцов из
РЕЗУЛЬТАТ АНАЛИЗА ЧАСТИЦ
Как известно, на Землю ежегодно выпадают многие тысячи тонн космического материала, главным образом в виде космической пыли и метеоритов, содержащих
© Печерский Д.М.
25 метеоритов, найденных в разное время и в самых разных местах Земли. Выяснилось, что магнитные свойства и состав магнитных минералов во всех метеоритах единообразны, варьирует лишь их концентрация, возрастая в среднем на порядок от каменных метеоритов к железным. Главный магнитный минерал изученных метеоритов -камасит (никелистое железо), реже встречаются сульфиды железа, тэнит и шрейберзит. Ка-масит присутствует во всех метеоритах, шрей-берзит явно тяготеет к железным метеоритам, а сульфиды железа и
магнитные минералы. Но, как это ни странно, именно магнитные методы для их изучения чаще всего не привлекаются. Спектр возможностей петромагнитных методов очень широк: выяснение состава, структуры, условий образования
тэнит - к каменным метеоритам. Все эти минералы, как правило, отсутствуют в коре Земли и других планет. Отмечается близкое сходство распределения содержания никеля в железо-никелевых сплавах железных метеоритов и в осадках, из чего можно заключить, что железные метеориты и металлические частицы в осадках - результат разрушения родительского тела (планеты). На основе исследований автор предлагает петромагнитную модель внутреннего строения планет.
магнитных минералов в горной породе. При этом не требуются извлечение исследуемого объекта из горной породы, специальная обработка материала. Петромаг-нитные исследования космического материала в сочетании с микрозон-
59
N
20
Содержание никеля, %
График относительного распределения концентрации никеля в металлических частицах из осадков. Исследования выполнены с помощью термомагнитного анализа. N - относительное число определений концентраций никеля. По данным Печерского, Шароновой, 2011 г.
довым анализом дают возможность получить информацию о строении планет - источников поступающего на Землю космического материала. Первый шаг был сделан - это комплексное изучение космических металлических частиц в осадках (Земля и Вселенная, 2010, № 6). Второй шаг - комплексное петромагнитно-мик-розондовое изучение метеоритов, чему посвящена настоящая статья.
Кратко напомним о результатах петромагнит-ного и микрозондового анализа (МЗА) металлических частиц в осадках разных регионов и разного возраста. В осадках часто встречаются металлические частицы. Их концентрация обычно порядка 10-4 % и очень редко превышает 10-3 %, она не зависит от осо-
бенностей осадочных пород и содержания в них земных магнитных минералов, таких как магнетит, гематит, гидроокислы железа. По составу металлические частицы в осадках можно разделить на три группы: 1) чистое железо, 2) ка-масит с преимущественной концентрацией никеля 5-6%, 3) железо-никелевый сплав, содержащий более 20% N1 (тэ-нит) вплоть до чистого никеля. Частицы первой и второй группы встречаются повсеместно, отражая свою принадлежность к космической пыли, тогда как третья имеет локальное распространение и связана, вероятнее всего, с падением метеоритов. Концентрация в осадках других магнитных минералов космического происхождения, например тэнита,
тетратэнита, шрейберзи-та, троилита и пирротина, менее 10-5 %.
Данные исследования метеоритов - это сравнение результатов анализов металлических частиц в осадках с аналогичными данными по метеоритам для выяснения связи космической пыли, в частности металлических частиц в ней, с метеоритами. Кроме того, как показал обзор мировых данных, в том числе просмотр «Ме1еогШса1 Bulletin» (2000-2010) за 10 лет, магнитные свойства метеоритов изучены до сих пор недостаточно.
СОСТАВ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МЕТЕОРИТОВ
Образцы и методика их исследований. Для
петромагнитного и мик-розондового изучения метеоритов я обратился
Таблица 1
ИССЛЕДУЕМЫЕ ОБРАЗЦЫ МЕТЕОРИТОВ
Геологический музей им. В.И. Вернадского РАН, Москва Метеорит Тип метеорита Количество образцов Место находки (страна)
Августиновка октаэдрит (Ж) 3 Украина
Баббс Милл октаэдрит (Ж) 1 США
Биштюбе октаэдрит (Ж) 3 Казахстан
Гросслибенталь хондрит(К) 1 Украина
Джибеон октаэдрит (Ж) 1 Намибия
Забродье хондрит (К) 1 Белоруссия
Имилак палласит (ЖК) 1 Чили
Камберленд Фоле хондрит(К) 1 США
Косбис Крик октаэдрит (Ж) 1 США
Красноярск палласит (ЖК) 4 Россия
Марьялахти палласит (ЖК) 1 Россия
Омолон палласит (ЖК) 2 Россия
Оханск хондрит(К) 1 Россия
Саратов хондрит(К) 4 Россия
Санта-Катарина атаксит (Ж) 1 Бразилия
Сао Жулиао де Морейра гексаоктаэдрит (Ж) 2 Португалия
Сихотэ-Алинь гексаоктаэдрит (Ж) 2 Россия
Толука октаэдрит (Ж) 2 Мексика
Хайнхольц мезосидерит (Ж) 1 Германия
Хессле хондрит(К) 1 Швеция
Музей естественной истории СВКНИИ ДВО РАН, Магадан Алискерово октаэдрит (Ж) 1 северо-восток России
Анюйский гексаэдрит (Ж) 1
Билибино октаэдрит (Ж) 1
Омолон палласит (ЖК) 1
Сеймчан палласит (ЖК) 1
Эгвекинот октаэдрит (Ж) 1
Примечание. Ж - железные метеориты, ЖК - железо-каменные метеориты, К - каменные метеориты.
за материалом в ряд геологических музеев. Откликнулись М.Н. Кан-динов (Геологический музей имени В.И. Вернадского РАН, Москва) и А.А. Пляшкевич (Музей есте-
ственной истории ДВО РАН, Магадан), за что им огромная благодарность. В результате набралось 40 образцов из 25 метеоритов, в том числе 21 -железный, 10 - железо-
каменных и 9 - каменных метеоритов. Эти образцы из Северной и Южной Америки, Африки, Западной и Восточной Европы, Центральной Азии, Дальнего Востока и севе-
U 900 я"
я а
U
Н
800 700 600 500 400 300 200 100
\ 1
N ч 2 ч\ Y 3
а а + у \ \\ / / / / / у У У у Y + Y' Y' N \ Ч Ч ч N Ч ч ч ч
- \ X / / / / / / / 1 / \ \ \ ч V
/ / / /
0 10 20 /30 40 50 60 70 80 90 100
Концентрация никеля в Fe-Ni сплаве
Диаграмма фазового равновесия Fe-Ni сплавов (Cassiamani et al., 2006). Линия 1 - граница области стабильного существования камасита (а-фаза), тэнита (у-фаза) и тетратэни-та (у'-фаза), выше линии 1 существует только тэнит; 2 - точки Кюри камасита; 3 - точки Кюри тэнита.
ро-востока Азии; времена падения их на Землю охватывают по крайней мере три века, поэтому исследуемая выборка образцов вполне представительна для выявления общей картины в распределении, составе и магнитных свойствах магнитных минералов из метеоритов.
Микроскопические наблюдения проведены В.А. Цельмовичем, они включают исследования с помощью микрозонда «Тескан Вега II», энергодисперсионного спектрометра и микроскопа «Olympus BX51M».
Измерение магнитных свойств метеоритов и их термомагнитный анализ (ТМА) выполнялись Г.П. Марковым на термо-вибромагнитометре конструкции Н.М. Аносова и Ю.К. Виноградова. При ТМА непрерывно измерялась намагниченность в постоянном магнитном поле 600 мТл в процессе нагрева образца до 800 X и последующего охлаждения до комнатной температуры. Цикл нагрев-охлаждение, как правило, повторяли дважды.
Для определения концентрации магнитного
минерала в образце кривая М(Т) экстраполировалась от каждой точки Кюри до комнатной температуры. В результате выделялась величина намагниченности насыщения М5 минерала с данной точкой Кюри. Отношение полученной величины М5 к известной намагниченности насыщения минерала с такой точкой Кюри есть содержание этого минерала в образце.
Результаты исследований магнитных минералов метеоритов. Камасит обнаруживается во всех метеоритах
Зерна и сростки тэнита и камасита (а, г). Контуры того и другого отчетливо видны при сканировании по железу (б, д) и никелю (в, е). Метеорит Саратов.
при ТМА по сочетанию двух признаков: по точке Кюри и по температуре структурного перехода тэнит ^ камасит, сдвинутой относительно точки Кюри примерно на 100°. Как видно из фазовой диаграммы состояния Fе-Ni сплавов, в области температур, близких к точкам Кюри камаси-та и тэнита, происходит структурный переход ка-масит (а-фаза) - тэнит (с-фаза), температуру которого легко спутать с точкой Кюри. Благодаря тому что в подавляющем большинстве случаев ка-масит содержит не более
10% Ni, а для такого состава температура структурного перехода камасит - тэнит выше точки Кюри камасита, при ТМА, как правило, фиксируется именно точка Кюри. Фазовая диаграмма показывает также, что тэнит, содержащий менее 30% Ni, имеет отрицательную точку Кюри, то есть при комнатной температуре и выше такой тэнит - парамагнетик. Следовательно, в области содержания в сплаве до 30% Ni точки Кюри более 700 °С относятся исключительно к камаситу. В свою очередь, точки
Кюри камасита, содержащего более 50% ниже комнатной температуры, значит в этой области ТМА должен фиксировать исключительно тэнит. При охлаждении ниже 800 °С фиксируется температура структурного перехода тэнит - ка-масит, сдвинутая относительно точки Кюри примерно на 100 °С. «Отставание» температуры перехода тэнит - кама-сит при остывании образца от температуры перехода камасит - тэ-нит при его нагреве обусловлено тем, что границы фазовых областей
Примеры окисла железа с примесью серы и никеля (метеорит Красноярск): а) корка на камасите темно-серого цвета (виден процесс переработки камасита: вверху белого цвета - включение шрейберзита, светлосерые полосы - окисленный камасит, справа -троилит); б) тонкие «волокна».
на диаграмме равновесия Fе-Ni сплавов могут быть установлены, только если скорость охлаждения не превышала примерно 10°С в сутки (Бозорт, 1956), а в наших термомагнитных опытах нагрев
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.