ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2013, том 452, № 3, с. 317-320
ГЕОХИМИЯ
УДК 550.42:523.681.2
ПЕРВЫЕ ДАННЫЕ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА КИСЛОРОДА, УГЛЕРОДА И СЕРЫ МЕТЕОРИТА "ЧЕЛЯБИНСК"
© 2013 г. Академик А. И. Ханчук, В. И. Гроховский, А. В. Игнатьев, Т. А. Веливецкая, С. И. Кияшко
Поступило 08.05.2013 г.
DOI: 10.7868/S0869565213280177
Основной источник внеземного материала для изучения закономерностей формирования и эволюции вещества Солнечной системы — метеориты. Генетическая принадлежность конкретного метеорита к предполагаемому родительскому телу основана на классификации метеоритов, которая в основном опирается на изучение их минералогических, петрографических характеристик и исследование валового химического состава [1]. В 1973 г. Р. Клейтон с соавторами открыли аномальное содержание изотопа 17О в метеоритах по сравнению с земными породами [2]. Основные различия между земным и внеземным материалом обусловлены существованием первичных изотопных неоднородностей в ранней Солнечной системе. Дальнейшие исследования относительного содержания стабильных изотопов 16О, 17О, 18О привели к построению изотопно-кислородной классификации метеоритов и планет и позволили характеризовать два важных процесса эволюции Солнечной системы: химическое фракционирование и смешивание компонентов протопланетного вещества с разным изотопным составом [3]. В последние годы уделяется особое внимание исследованию вариаций стабильных изотопов в метеоритах при генетической идентификации метеоритов и решении вопросов эволюции вещества Солнечной системы. С этой целью мы исследовали изотопный состав кислорода, серы и углерода фрагмента метеорита "Челябинск".
Падение метеоритного дождя "Челябинск" зафиксировано 15.02.2013 г. в Челябинской области (Россия). Метеорит отнесен к классу обыкновенные хондриты группы ЬЬ, петрологического типа 5, ударная фракция 84 и степень выветривания
Дальневосточный геологический институт Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Владивосток Физико-технологический институт Уральского федерального университета им. Б.Н. Ельцина, Екатеринбург
W0 [4]. Индивидуальный фрагмент метеорита "Челябинск" весом 7 г был использован для подготовки валовых проб на изотопный анализ кислорода и углерода. Валовая проба общим весом 800 мг была отобрана из светлой части метеорита и истерта в агатовой ступке. Никаких химических методов обработки не применяли, поскольку степень выветривания метеорита "Челябинск" нулевая (W0). Для локального анализа изотопного состава серы из фрагмента метеорита была выпилена и отполирована пластинка толщиной 3 мм.
Изотопный анализ кислорода метеорита выполнен лазерным методом фторирования. Пробы метеорита весом 0.9—1.5 мг загружали в реактор одновременно с международными стандартами кварц NBS-28 и гранат UWG-2. Выделение кислорода проведено при нагреве проб инфракрасным лазером (MIR-10-30, "New Wave Research") в атмосфере паров BrF5. В отличие от общепринятых лазерных методов [5, 6] в нашей системе для повышения надежности получаемых результатов предусмотрена дополнительная очистка кислорода на капиллярной хроматографической колонке MOLSIV (длина 25 м, внутренний диаметр 0.32 мм, рабочая температура 60°С). После разделения газов на хроматографической колонке изотопный состав кислорода измеряли на масс-спектрометре MAT 253 в непрерывном потоке гелия. Измерения S18O и S17O выполнены относительно лабораторного стандарта О2, калиброванного по международному стандарту NBS-28, и стандарту UWG-2 [7]. Результаты измерений S18O и S17O представлены в общепринятой форме: 8 = (Кобразец/Кставдарт -- 1) ■ 1000 (%), где К^бразец, Rстандарг - отношения 18О/16О и 17О/16О в образце и стандарте соответственно. Значения 8 выражены относительно международного стандарта VSMOW. Воспроизводимость результатов 818O и 817O по стандартам (1а) составляла 0.07 и 0.06% для 818O и 817O соответственно.
Изотопный анализ углерода выполнен по общепринятой методике на элементном анализато-
318
ХАНЧУК и др.
Таблица 1. Изотопный состав кислорода в валовых пробах метеорита "Челябинск", %%
Ср. 1ст
s17O s18O a17o
3.78 4.97 1.19
3.81 4.94 1.24
3.83 4.95 1.25
3.72 4.87 1.19
3.87 4.95 1.30
3.75 4.87 1.22
3.76 4.79 1.26
3.88 5.08 1.23
3.80 5.05 1.17
3.76 4.86 1.23
3.95 5.07 1.31
3.81 4.95 1.24
0.07 0.09 0.04
ре Р1а8ИЕЛ-1112. Для изотопного анализа углерода были использованы аликвоты истертого вещества весом 4.86—20.48 мг. Измерения 813С проведены на масс-спектрометре МАТ 253 относительно лабораторного стандарта СО2, калиброванного по международным стандартам СН-6 и МБ8-22. Результаты измерений 813С представлены в общепринятой форме относительно международного стандарта VPDB. Воспроизводимость результатов 813С для стандартных образцов (1а) 0.05%.
Локальный анализ изотопов серы выполнен методом лазерной абляции по оригинальной мето-
517O, %% 5
Метеорит
5 6 518O, %%
Рис. 1. Соотношение 5170 и 5180 в метеоритах Н—Ь— ЬЬ, марсианских метеоритах и линия масс-зависимо-го фракционирования изотопов кислорода в земных и лунных породах. Звездочка — положение изотопного состава кислорода метеорита "Челябинск". Использованы данные из [3, 8].
дике, разработанной в ДВГИ ДВО РАН. Методика позволяет исследовать вариации S34S в сульфидах с пространственным разрешением 50—100 мкм. Полированную пластинку метеорита и пробы международных стандартов IAEA-S-1, IAEA-S-2, IAEA-S-3 загружали в камеру, продуваемую гелием. Для абляции использовали инфракрасный лазер ультракоротких импульсов Integra-C. Размер кратера на поверхности троилита от лазерного пучка составлял 80—100 мкм в диаметре. Частицы вещества, выброшенные из кратера, в потоке гелия (100 мл/мин) поступали в окислительный реактор. Окисленная сера концентрировалась в капиллярной ловушке, охлаждаемой жидким азотом. После криогенной очистки SO2 в потоке гелия поступал в источник ионов масс-спектрометра MAT 253. Измерения отношений 34S/32S во включениях троилита проведены относительно международного стандарта IAEA-S-1, и полученные значения S34S выражены относительно VCDT Воспроизводимость результатов S34S по стандартам (1а) составляла 0.10%о.
Результаты измерения соотношений стабильных изотопов кислорода в 11 валовых пробах метеорита "Челябинск" представлены в табл. 1. Расчет значений A17O проведен по методике, предложенной Р. Клейтоном, где A17O определяется как разница между S17O и S18O ■ 0.52 [1].
513С, % VPDB -20
-22
-24
-26
:
-28 -
-30
-32
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5 0.6 C, мас. %
Рис. 2. Соотношение 513С и содержание углерода в мас. % в метеоритах Н, Ь, ЬЬ. Звездочка — положение изотопного состава кислорода метеорита "Челябинск"; квадраты — Н, треугольники — Ь, точки — ЬЬ метеориты; данные взяты из [9].
ПЕРВЫЕ ДАННЫЕ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА КИСЛОРОДА
319
Таблица 2. Изотопный состав и мас. % углерода в метеорите "Челябинск"
Таблица 3. Изотопный состав серы индивидуальных включений троилита в метеорите "Челябинск"
Ср. 1ст
Масса, мг 513С, % С, мас. %
4.86 -23.1 0.09
17.14 -23.4 0.13
20.48 -23.4 0.13
13.19 -23.7 0.12
8.99 -23.1 0.13
18.30 -23.5 0.12
-23.4 0.10
0.2 0.02
Средние значения величин 8170, 8180, Д170 для метеорита "Челябинск" равны 3.81 (1а = 0.07), 4.95 (1а = 0.09), 1.24% (1а = 0.04) соответственно. Соотношение этих величин проиллюстрировано на графике рис. 1. Изотопный состав метеорита "Челябинск" отклоняется от линии масс-за-висимого фракционирования земных образцов на Д170 = 1.24%. Значения 817О и 818О лежат в пределах области, характерной для метеоритов группы ЬЬ по изотопной классификации Клейтона [3]. Таким образом, принадлежность метеорита "Челябинск" к группе ЬЬ, установленная по изотопным данным, согласуется с результатами классификации данного метеорита по петрологическим, минералогическим и химическим анализам [4].
Результаты измерения соотношений стабильных изотопов углерода и его содержание в метеорите "Челябинск" представлены в табл. 2. Среднее значение изотопного состава углерода 813С в шести валовых пробах из метеорита "Челябинск" —23.4% относительно VPDB. Воспроизводимость результатов измерения 813С по шести валовым пробам массой 4.86—20.48 мг 0.2% (1а).
Среднее содержание углерода в метеорите "Челябинск" равно 0.1 мас. % и определено с точностью 0.02% (1а). Полученные средние значения 813С —23.4% и содержание углерода в метеорите "Челябинск" лежат в области, характерной для обыкновенных хондритов клана Н—Ь—ЬЬ, для которых было зафиксировано падение (рис. 2). Найденные метеориты обычно имеют более высокие значения 813С, что, возможно, связано с их загрязнением или изотопным обменом с земным углеродом [9]. В соответствии с характеристикой метеорита "Челябинск" степень его выветривания нулевая [4], и мы полагаем, что метеорит "Челябинск" не загрязнен земным углеродом и значение изотопного состава —23.4% соответствует исходному значению 813С.
Для локального анализа 8348 в метеорите "Челябинск" были выбраны включения троилита,
№ включения п 5348, % № включения 5348, %
троилита троилита
1 1 0.20 5 0.34
2 0.16 6 0.35
3 0.24 7 0.22
4 0.30 8 0.38
5 0.18 9 0.41
6 0.23 10 0.35
Среднее 0.22 1ст 0.05 11 0.27
2 1 0.53 12 0.07
2 0.49 13 0.32
3 0.46 14 0.17
Среднее 0.49 1ст 0.03 15 0.19
3 1 0.36 16 0.56
2 0.27 17 0.25
3 0.22 Среднее 0.28 1ст 0.07
4 1 2 3 4 0.39 0.40 0.37 0.43 Среднее 0.40 1ст 0.03
Среднее по всем включениям троилита 0.31
Примечание. Локальные анализы 5348 индивиду альных включений троилита № 1—4 выполнены в нескольких точках (п - точки), № 5—17 анализировали без повторов.
превышающие размер 100 мкм в диаметре. С двух сторон пластинки выбрано 17 включений трои-лита, удовлетворяющих требованиям локального анализа изотопного состава серы. В четырех включениях троилита размером 300—400 мкм в поперечнике было выполнено от шести до трех повторных измерений 8348 (включения троилита № 1—4), для остальных включений анализ проведен без повторов (табл. 3).
В целом значения 8348 лежат в узком диапазоне 0.07—0.56%. Средний изотопный состав серы метеорита "Челябинск" 0.31% относительно VCDT и попадает
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.