УДК 550.382
САМОРОДНОЕ ЖЕЛЕЗО КОСМИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ В ГЛУБОКОВОДНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ АТЛАНТИКИ ПО ДАННЫМ ТЕРМОМАГНИТНОГО АНАЛИЗА
© 2015 г. И. О. Мурдмаа, Д. М. Печерский1, Д. К. Нургалиев2, Д. М. Кузина (Гильманова)2, С. М. Слоистов
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997Москва, Нахимовский проспект, 36; E-mail: murdmaa@mail.ru Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН 123995 Москва, ул. Большая Грузинская, 10, стр. 1 2Казанский (Приволжский) федеральный университет 420008 Казань, ул. Кремлевская, 18 Поступила в редакцию 20.02.2013 г.
Выполнено термомагнитное определение содержания и состава самородного железа в осадках и осадочных породах СЗ Атлантики от миоцена до поздней юры, вскрытых скважинами 386, 387, 391А и 391С DSDP. В них повсеместно присутствуют частицы самородного железа. Наличие "нулевой" группы на гистограмме концентрации самородного железа есть глобальная особенность распределения частиц космического происхождения, связанная с малыми величинами потока космической пыли по сравнению с седиментационными потоками. По содержанию никеля частицы самородного железа делятся на две группы: 1) чистое железо, 2) железо с примесью никеля от 3 до 17%, мода — 4—5% Ni. Глобальный характер содержания никеля в самородном железе подчеркивается сходством гистограмм для отложений Атлантики и Евразии. Сходство же с гистограммой содержания никеля в металлической части метеоритов свидетельствует о едином (космическом) происхождения самородного железа в донных отложениях и в метеоритах. Отсутствует зависимость концентрации самородного железа от состава и возраста пород, но выявлена приуроченность повышенного содержания самородного железа (до 10-3%) к отложениям пульсационной седиментации (турбидитам, ламинитам), где они, вероятно, возникли в промежутках замедленного (или нулевого) осадконакопления между геологически мгновенными актами аккумуляции.
DOI: 10.7868/S0024497X15020032
Последние пять лет нами ведется изучение с помощью термомагнитного анализа (ТМА) с нагревом до 800°С и микрозондового анализа концентрации и состава частиц самородного железа, присутствующих в осадочных отложениях разных регионов Евразии в диапазоне от миоцена до кембрия [Grachev et al., 2009; Pechersky, 2008, 2010; Pechersky et al., 2006, 2008; Печерский и др., 2009, 2011а, б, в; Печерский, Шаронова, 2012; Печерский и др., 2013]. В отличие от "прямых" методов, где определяются осредненные данные, мы получаем сведения о железе практически в точке, так как вес пробы для ТМА может быть меньше 0.1 г. Повышение температурного интервала ТМА на 100° дало возможность наблюдать детальную картину распределения частиц самородного железа в породах разного состава и возраста.
В результате предыдущих исследований установлено, что в осадочных породах широко распространены частицы самородного железа в небольших концентрациях, очень редко превыша-
ющих 0.001%. При этом обычно отсутствует корреляция содержаний таких частиц с содержанием земных магнитных минералов (магнетита, гидроксидов железа) и с общим содержанием железа в осадках (парамагнитной намагниченностью). Отсутствие такой корреляции свидетельствует о преимущественно космическом происхождении частиц самородного железа, а повсеместное распространение позволяет говорить об их связи с космической пылью. По составу самородного железа выделяются: 1) чистое железо, 2) никелистое железо с преимущественной концентрацией 5—6% N1 (камасит); 3) Бе-№ сплав, содержащий более 20% N1 вплоть до чистого никеля. Подавляющее большинство частиц самородного железа относится к первой и второй группам; они распространены повсеместно, что обусловлено их закономерным присутствием в космической пыли, тогда как третья имеет сугубо локальное распространение и связана, скорее всего, с падением метеоритов.
°с.ш. 35
30
25
20 -
15
Ï
м
0
-500
-1000
-1500
-2000
-2500
-3000
-3500
-4000
-4500
-5000
-5500
-6000
-6500
-7000
-7500
-8000
80 75 70 65 60° з.д.
Рис. 1. Батиметрическая схема СЗ части Атлантического океана с расположением изученных скважин.
Следы космического вещества впервые были обнаружены в красных глубоководных глинах Тихого океана [Murray, Renard, 1891]. Находки частиц самородного железа и никеля известны в глубоководных океанических осадках и железо-марганцевых конкрециях [Грачев и др., 2008; Fre-driksson, Martin, 1963; Parkin et al., 1980; Brownlee, 1985 и другие]. Наряду с частицами самородного железа космического происхождения, существуют разнообразные металлические микрочастицы земного происхождения, обнаруженные в вулканических пеплах и в гидротермальных отложениях, в серпентинитах, в породах с признаками высоко восстановительных условий формирования [Лукин, 2006; Новгородова, 1994; Штеренберг, Васильева, 1979; Frost, 1985; и другие].
В данной статье изложены результаты продолжения подобных исследований, посвященные изучению глубоководных донных отложений Ат-
лантического океана в возрастном диапазоне от поздней юры до миоцена. Цель исследований — не только обнаруживать такие частицы (что уже в основном сделано), а выяснить закономерности их распространения. Сделана попытка выявить связи концентрации самородного железа космического происхождения с геологическими формациями и процессами седиментации.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для анализа отобраны образцы из кернов четырех скважин глубоководного бурения, пробуренных в 1975 г. в 43-м и 44-м рейсах (легах) бурового судна "Гломар Челленджер" в Северо-Аме-риканской котловине (северо-западная часть Атлантического океана): 386, 387, 391А, 391С, причем последние две пробурены в одной и той же точке 391 (рис. 1, табл.). Данные о литологии и
Данные о изученных скважинах
№ скважины Координаты Глубина воды, м Район Изученные Количество
с.ш. з.д. интервалы, м образцов
386 31 ° 11.21' 64°14.94' 4783 ЮВ подножие Бермудского поднятия 148-964 83
387 32°19.2' 67°40.0' 5118 З подножие Бермудского поднятия 147-791 61
391A 28°13.61' 75°36.76' 4974 Впадина Блейк-Багама 149-649 46
391C 689-1395 145
стратиграфии вскрытых скважинами разрезов взяты из отчетов глубоководного бурения [Tu-cholke et al., 1979; Benson et al., 1978], а также из монографии [Мурдмаа и др., 1979] и неопубликованных наблюдений участника обоих рейсов И.О. Мурдмаа. Коллекция отобранных проб охватывает возрастной диапазон от поздней юры до миоцена. При оценке представительности имеющейся в распоряжении авторов коллекции следует иметь в виду, что, во-первых, образцы были отобраны в указанных рейсах с целью исследования их литологии и процессов осадкообразования, а не специально для термомагнитного анализа. Во-вторых, выход керна, удовлетворительный для сла-болитифицированных пород кайнозоя и части мела, был очень мал для разрезов мела и верхней юры, затронутых процессами катагенеза.
Основной (массовый) метод исследований — термомагнитный анализ (ТМА) — описанн в наших предыдущих публикациях [Грачев и др., 2008; Печерский и др., 2011а, б, в; и другие]. Главные достоинства ТМА по сравнению с другими методами анализа сверхмалых концентраций мельчайших (микро- и нанометровых) частиц самородного железа, а также ряда других магнитных минералов, следующие: а) возможность получения информации о минералах, содержащихся в горной породе без их извлечения; б) очень высокая чувствительность (фиксируется присутствие в породе менее 10-6% металлического железа и других железосодержащих минералов); в) простота приготовления образцов (на анализ берется кусочек произвольной формы массой около 0.1 г, причем не требуется никакой предварительной обработки образца); г) быстрота анализа (примерно 20 минут на один анализ).
ТМА проводился в палеомагнитной лаборатории геологического факультета Казанского университета с помощью экспресс-весов Кюри [Буров и др., 1986]. Он включал измерение удельной намагниченности в поле 500 мТл при комнатной температуре и ее зависимости от температуры — М(Т). Скорость нагрева — 100°/мин. Для всех об-
разцов получены кривые М(Т) первого и второго нагревов до 800°С.
Для оценки концентрации магнитного минерала в образце от каждой точки Кюри до комнатной температуры строилась термомагнитная кривая 0-типа. Разность между полученной величиной намагниченности при комнатной температуре и величиной исходной намагниченности образца является величиной удельной намагниченности насыщения минерала с данной точкой Кюри. Отношение полученной величины удельной намагниченности насыщения данного минерала к известной величине есть содержание данного минерала в образце. В наших экспериментах относительная точность определения вклада удельной намагниченности данного магнитного минерала в величину удельной намагниченности образца не меньше 10%, соответственно, не выше и точность определения концентрации самородного железа. Точность определения точки Кюри около 10°, чему соответствует содержание никеля в сплаве 2—2.5%, то есть можно принять, что ошибка каждого определения не превышает 3%. Недостатки в точности ТМА компенсируются простотой приготовления проб и их ТМА, быстротой и массовостью получения данных, т.е. большой статистикой результатов.
Известно, что в частицах железа космического происхождения основная примесь — это никель. Как видно из фазовой диаграммы состояния Бе— N1 сплавов [Са881ашаш е! а1., 2006], в области температур, близких к точкам Кюри (Тс) камасита (а-фаза с объемно-центрированной кубической решеткой) и тэнита (у-фаза с гранецентрирован-ной неупорядоченной кубической решеткой), происходит структурный переход а о у, температуру которого легко принять за Тс. В большинстве случаев камасит содержит не более 10% N1, а для такого состава температура структурного перехода камасит ^ тэнит выше Тс камасита, следовательно, при ТМА, как правило, фиксируется именно его точка Кюри. Фазовая диаграмма показывает также, что тэнит, содержащий менее 30% N1, имеет отрицательную Тс, т.е. при комнат-
ной температуре и выше такой тэнит — парамагнетик. Следовательно, в области содержаний в сплаве 0—30% Ni обнаруженные Тс > 700°C относятся исключительн
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.