УДК 550.42
РАДИАЦИОННАЯ ИСТОРИЯ ИСКОПАЕМЫХ МЕТЕОРИТОВ ШВЕЦИИ
© 2010 г. В. А. Алексеев
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва Поступила в редакцию 26.10.2009 г.
Приведены результаты анализа данных Heck и др. (2004; 2008) о содержании 4Не, 20' 21' 22Ne и радиационном возрасте для хромитовых зерен, выделенных из ископаемых метеоритов (L-хондритов), найденных в морских известняках — отложениях среднего ордовика, в карьерах Thorsberg и Gullho-gen на юге Швеции. Показано, что увеличение (на ~1—2 порядка величины) содержания благородных газов в хромитовых зернах и их радиационного возраста при уменьшении (на ~1 порядок величины) массы образцов может быть обусловлено увеличением доли зерен малого размера и плохой сохранности в образцах малой массы. Выявленные закономерности, а также находки практически всех ископаемых метеоритов на небольшой площади (~6000 м2) могут быть объяснены в предположении падения одного метеорита, выпавшего в виде метеоритного дождя, менее чем через 0.2 млн. лет после катастрофического разрушения родительского тела L-хондритов ~470 млн. лет назад. Время этого падения соответствует времени формирования в карьере Thorsberg самого древнего пласта с фрагментами метеорита. Фрагменты метеорита в более молодых пластах оказались, вероятнее всего, в результате последующего переотложения в условиях мелководного моря в процессе формирования осадочной толщи. В рамках этого предположения нет необходимости в привлечении гипотезы интенсивного потока метеоритов на Землю в течение ~1—2 млн. лет около 470 млн. лет назад для объяснения характера распределения ископаемых метеоритов в отложениях среднего ордовика в Швеции.
PACS: 96.30.Za
ВВЕДЕНИЕ
Около 500 млн. лет назад в поясе астероидов произошло катастрофическое разрушение родительского астероида L-хондритов — одной из наиболее распространенных групп каменных метеоритов (Keil и др., 1994; Bogard, 1995). Привлечение усовершенствованного варианта 40Аг-39Аг-метода определения возраста газоудержания метеоритов позволило определить, что катастрофа произошла 470 ± ± 6 млн. лет назад (Korochantseva и др., 2007). Свидетельство того, что это событие обусловило доставку на Землю фрагментов астероида вскоре после его разрушения, было найдено в виде необычно высокой распространенности ископаемых метеоритов в морских известняках на юге Швеции. С 1993 г. в карьере Thorsberg около горы Kin-nekulle в отложениях среднего ордовика (~480 млн. лет) найдено более 80 ископаемых метеоритов размером от ~1 до 20 см в диаметре (Schmitz и др., 1997; 2001; 2003; 2009; Heck и др., 2004). За время нахождения в известняках все первичные минералы метеоритов, за исключением хромитов, в процессе диагенеза были почти полностью замещены карбонатами и, в меньшей степени, слоистыми силикатами, сульфатами и фосфатами (Schmitz и др., 1996; 2001; Bridges и др., 2007). Химический состав хромитовых зерен (Schmitz и др., 2001), данные по изотопному составу кислорода (Greenwood и др.,
2007), а также петрографические данные (Bridges и др., 2007) дали основание классифицировать ископаемые метеориты как L-хондриты и, таким образом, отнести их к фрагментам разрушенного астероида.
В карьере Thorsberg, наряду с метеоритами, найдены также реликтовые осадочно-дисперсные внеземные хромитовые зерна — SEC-зерна (sediment-dispersed extraterrestrial chromite). Средний размер таких зерен, так же как и хромитовых зерен из ископаемых метеоритов, составил ~80—100 мкм. Аналогичные зерна найдены также и в других местах на юге Швеции в осадочных слоях, одновозрастных со слоями, в которых были найдены ископаемые метеориты (Schmitz и др., 2003; Schmitz, Haggstrom, 2006). Первоначально Schmitz и др. (2003) предположили, что эти зерна являются остатками распавшихся малых метеоритов (диаметром ~0.1—1 см). Однако в дальнейшем было найдено, что многие SEC-зерна содержат очень высокие количества захваченных газов (Не и Ne) солнечного состава (Heck и др., 2008; Meier и др., 2008). Этот факт позволил предположить, что значительная часть SEC-зерен представляет собой скорее микрометеориты или их фрагменты, чем остатки более значительных по размерам метеоритов (Heck и др., 2008).
Высокая распространенность ископаемых метеоритов и реликтовых хромитовых зерен дали ос-
нование для предположения, что поток внеземного вещества на Землю в течение периода формирования отложений в ордовике был по крайней мере на два порядка величины выше, чем в настоящее время (Schmitz и др., 2003).
Значения радиационного возраста ископаемых метеоритов, рассчитанные Heck и др. (2004) по содержанию космогенного 21Ne, оказались менее или ~1 млн. лет и увеличивались со стратиграфической высотой нахождения метеоритов в отложении в соответствии с оцененной продолжительностью формирования этого отложения (~1—2 млн. лет). Согласно Heck и др. (2004), эти данные свидетельствуют о продолжительном (в течение нескольких миллионов лет) интенсивном выпадении на Землю метеоритов после разрушения родительского тела (астероида) L-хондритов. Вместе с тем, анализ данных, полученных Heck и др. (2004), показал, что выявленные особенности в распределениях радиационного возраста и содержания благородных газов могут быть объяснены в рамках предположения падения одного метеорита, выпавшего в виде обширного метеоритного дождя ~470 млн. лет назад (Alexeev, 2009).
В дальнейшем Heck и др. (2008) провели исследование ископаемого метеорита, найденного в карьере Gullhogen, находящемся в 35 км от карьера Thorsberg. В данном сообщении представлены результаты анализа всех данных, опубликованных в работах Heck и др. (2004; 2008), и дано альтернативное объяснение данных, полученных при исследовании ископаемых метеоритов Швеции.
ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ СОДЕРЖАНИЯ БЛАГОРОДНЫХ ГАЗОВ В ИСКОПАЕМЫХ МЕТЕОРИТАХ ШВЕЦИИ И ИХ РАДИАЦИОННОГО ВОЗРАСТА
В проводимом ниже обсуждении использованы данные для 24 образцов зерен из 10 ископаемых метеоритов. Выявленные особенности в распределениях содержаний благородных газов и значений радиационного возраста наиболее четко проявились при рассмотрении отдельно метеоритов двух групп. В первую (Ark-группу) входят 7 образцов из 3 метеоритов (Ark 002, 007 и 030), найденных в самом нижнем осадочном пласте Arkeologen — наиболее обогащенном метеоритами. Вторая группа (non-Ark) состоит из остальных 17 образцов из семи метеоритов (Gla 001; Goda 001; Tre 002; Sex 002, 003; Gol 001 и Gull 001). Обозначения метеоритов приведены согласно Heck и др. (2004; 2008). При анализе распределения радиационного возраста образцов были использованы значения возраста, рассчитанные авторами по содержанию космогенного 21№косм в хромитовых зернах и скорости его образования Р21 = (7.04 ± 0.65) х 10-10 см3 г-1 млн. лет-1 (Heck и др., 2008). Данные для образца Gol 001 C2.1 ис-
3 -1
21Ne, 10-8 см3 г
0.1
0.01
(а)
Л Gol 001 (1) ь-ёч • Gla 001 (1) х О Goda 001 (5) A Tre 002 (3) © Sex 002 (2) О Sex 003 (3) X Gull 001
4
6 8 10
20
40
0.01 -
6 8 10
21
Рис. 1. Содержание Ne в зависимости от массы (М) образцов хромитовых зерен из ископаемых метеоритов (по данным Heck и др. (2004; 2008)). Условные обозначения метеоритов соответствуют таковым в Heck и др. (2004, 2008). В скобках приведены индексы сохранности зерен. 1 — линии регрессии. (а) и (б) — Данные для групп метеоритов non-Ark и Ark соответственно (см. текст).
20
40
M, мкг
ключены из рассмотрения из-за высоких значении ошибки (более 100%) в определении содержании
21№ и 21№косм. Приведем выявленные особенности в распределениях.
1. Основная особенность, которая была отмечена ранее для меньшего объема данных (А1ехееу, 2009), — это четкая отрицательная корреляция между массоИ образца и измеренными в нем содержаниями 4Не, 20№, 21№ и 22№. Содержания этих газов в образцах изменялись более чем на один порядок:
-10
и
(~1-200) х 10-5, (~1—20) х 10-8, (~1—10) х 10 (~1—16) х 10-9 см3 г-1 соответственно. Масса каждого образца (от одного до нескольких хромитовых зерен средним размером ~80-100 мкм) составляла от 4 до 40 мкг. На рис. 1 в логарифмическом масштабе показана зависимость содержания 21Ne от массы образца. Параметры уравнения линий регрессии для метеоритов обеих групп (Ark и non-Ark) приведены в табл. 1. Здесь и далее параметры уравнения линий регрессии рассчитывались методом Вильям-
4
Таблица 1. Параметры уравнения линий регрессии вида ^ У = а + Ь х ^М в зависимостях содержания благородных газов (4Не и 20, 21' 22№) и радиационного возраста (Т^х) от массы (М, г) образцов хромитовых зерен для двух групп ископаемых метеоритов из карьеров ТЬогеЬег§ и Ои1Шо§еп, южная Швеция
Y non- Ark* Ark*
а Ъ а b
4He, см3 г-1 -9.0 ± 0.3 -1.03 ± 0.06 -20.5 ± 1.1 -3.30 ± 0.21
20Ne, см3 г-1 -14.2 ± 0.3 -1.39 ± 0.06 -10.7 ± 0.4 -0.70 ± 0.08
21Ne, см3 г-1 -13.8 ± 0.2 -0.91 ± 0.05 -14.4 ± 0.5 -0.98 ± 0.10
22Ne, см3 г-1 -16.0 ± 0.5 -1.57 ± 0.10 -12.8 ± 0.5 -0.92 ± 0.09
T21, млн. лет -3.4 ± 0.4 -0.62 ± 0.08 -6.4 ± 0.7 -1.12 ± 0.15
* non-Ark - Метеориты Gla 001 (2 образца), Goda 01 (2), Tre 002 (1), Sex 002 (3), Sex 003 (2), Gol 001 (5) и Gull 001 (2); Ark - Ark 002 (3), Ark 007 (2) и Ark 030 (2). Обозначения метеоритов даны согласно Heck и др. (2004; 2008).
Таблица 2. Коэффициенты корреляции Я между массой образца и (1) содержанием благородных газов (4Не и 20, 21, 22№) в хромитовых зернах из ископаемых метеоритов и (2) радиационным возрастом (Т21) метеоритов
Метеориты 4He 20Ne 21Ne 22Ne T21
non-Ark* -0.55 ± 0.17 -0.87 ± 0.06 -0.84 ± 0.07 -0.89 ± 0.05 —0.69 ± 0.13
Ark* -0.95 ± 0.04 -0.98 ± 0.02 -0.95 ± 0.04 -0.96 ± 0.03 -0.83 ± 0.12
Все -0.64 ± 0.12 -0.76 ± 0.09 -0.74 ± 0.09 -0.81 ± 0.07 -0.47 ± 0.16
* См. примечание к табл. 1.
сона (Williamson, 1968; Алексеев, 2000) — с учетом погрешности определения обеих координат. Коэффициенты корреляции R между рассматриваемыми величинами даны в табл. 2. Видно, что значения коэффициентов b и R значимо отличаются от нуля. Аналогичные отрицательные корреляции найдены при рассмотрении зависимости между массой образцов и содержаниями 4He, 20Ne и 22Ne (табл
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.