Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Минералогия и генетические типы вещества углистого хондрита Ефремовка

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Минералогия и генетические типы вещества углистого хондрита Ефремовка"

« Ь ,".'■>

'■■'•> и;,.

На правах рукописи

Бирюков Владислав Васильевич

Минералогия и генетические типы вещества углистого хондрита Ефремовна

04.00.20 — минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва - 1998

Работа выполнена на кафедре минералогии Геологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

доцент А.А.Ульянов

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

доцент В.И.Фельдман

Ведущая организация: Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН

Защита состоится,!'. /3 " марта 1998 г. в /Г час. в аудитории 4 ^ на заседании Диссертационного совета К.053.05.09 по минералогии и кристаллографии Геологического факультета Московского Государственного Университета им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899 Москва, Воробьевы горы, МГУ, Геологический ф-т

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Геологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова

Автореферат разослан"_//_" февраля 1998 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

доктор химических наук, Е.Г.Осадчий

кандидат геолого-минералогических наук

:-л^Л'Н.А.Ямнова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Выяснение физико-химических условий и процессов формирования твердого вещества в ранней Солнечной системе является одной из фундаментальных проблем современного естествознания. Поскольку практически все планетарное и метеоритное вещество в истории своего становления в той или иной степени подверглось процессам позднего изменения, решение данной проблемы связано о поиском и изучением объектов, испытавших минимальную степень преобразования за последние 4,5 млрд. лет. По всей видимости,'наилучшими претендентами для этого являются углистые хондриты, вещество которых содержит как реликтовые досолнечные минеральные зерна, так и наиболее древние объекты, образованные непосредственно в раннем протосолнечном облаке, за счет процессов конденсации и испарения. Среди углистых хондритов метеориты CV3 группы (особенно восстановленной подгруппы) выделяются сравнительно невысокими степенями метаморфизма (в отличие, например, от СК хондритов) и флюидного метасоматоза (в отличие от СМ хондритов), а, следовательно, наиболее пригодны для реконструкции первичных процессов формирования хондритового вещества. В то же время вещество многих представителей восстановленной CV3 подгруппы, в том числе и метеорита Ефремовка, исследовано далеко не так детально, как, например, материал хондрита Allende (окисленная CV3 подгруппа)^ До сих пор большинство ссылок, касающихся петрографии и минералогии метеорита Ефремовка (за исключением тугоплавких включений), делается на работу Мак-Свина 20 летней давности (McSween, 1977).

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы состояла в реконструкции процессов генезиса различных составляющих вещества углистых хондритов (на примере метеорита Ефремовка), выяснении последовательности протекания и взаимосвязи этих процессов.

В соответствии с этим, были поставлены и решены следующие основные задачи:

1. Детальное минералого-петрографическое исследование главных морфологических составляющих вещества хондрита Ефремовка (тугоплавких включений, хондр, матрицы, темных включений).

2. Изучение особенностей химического состава минералов из различных парагенетических ассоциаций хондритового вещества.

3. Проведение цикла работ по компьютерному моделированию процессов равновесной и фракционной конденсации.

4. Получение генетической информации об условиях формирования и эволюции вещества различных составляющих углистых хондритов.

Практическая значимость и научная новизна. Впервые в СУЗ хондритах восстановленной подгруппы обнаружен вайрауит (а:РеСо) и Со-тэнит. Установлен и детально охарактеризован гранат с высокими (до 76 мол.%) содержаниями кохаритового (Мд3Ре23130,2) минала, ранее неизвестный в метеоритном веществе и земных горных породах.

Получены тренды изменения состава высокотемпературных твердых продуктов в ходе равновесной и фракционной конденсации (компьютерное моделирование). Представлены новые доказательства образования вещества тонкозернистых тугоплавких включений за счет высокотемпературной конденсации, а также показана роль процессов плавления включений и испарения летучих элементов в формировании текстурно-структурных особенностей объектов.

Установлено аномально низкое значение отношения Са/А1 в хонд-рах метеорита Ефремовка, что, возможно, связано с локальной неоднородностью распределения элементов в протосолнечном облаке. Установлена взаимосвязь между температурами завершения процесса кристаллизации хондр и их структурными типами. Представлены новые свидетельства протекания процессов фракционирования элементов при кристаллизации вещества хондр.

Впервые проведено детальное минералого-петрографическое, геохимическое и изотопное исследование темных включений в хондрите Ефремовка. Охарактеризована уникальная минеральная ассоциация из темных включений, содержащая такие редкие минералы, как кирштей-нит (СаРеБЮд), вайрауит, обогащенные Со камасит и тэнит, кохарито-вый гранат. Показана роль процессов метасоматического преобразования хондритового вещества в образовании темных включений. Рассмотрены вероятные сценарии формирования темных включений, включающие в себя комплекс небулярных и планетарных процессов. Полученные данные уточняют современные представления о характере эволюции хондритового вещества на раннем планетарном этапе развития.

Защищаемые положения.

1. Протовещество тонкозернистых тугоплавких включений было образовано в ходе высокотемпературной фракционной конденсации в газово-пылевом облаке. Текстурно-структурные особенности включений обусловлены наложенными процессами плавления и испарения.

2. Протовещество хондр было смесью различных компонентов, причем продукты высокотемпературной конденсации не являлись главным компонентом. Структурные типы хондр связаны с

температурами завершения процесса кристаллизации (в ряду от колоснйковых к порфировым магнезиальным хондрам температуры кристаллизации мезостазиса понижаются от 1630 до 1350°С). Плавление некоторых хондр происходило неоднократно.

3. Хондры и некоторые тугоплавкие включения образованы одним и тем же комплексом процессов (конденсация, плавление, испарение), однако физико-химические параметры среды минералообразования при формировании этих объектов различались.

4. Впервые для хондритов восстановленной CV3 подгруппы установлены: вайрауит, Со-тэнит, кохаритовый гранат (последний обнаружен вообще впервые).

5. Темные включения являются продуктами планетарного метасо-матического преобразования хондритового вещества. Протовеществом темных включений являлось либо вещество вмещающего метеорита, либо фракция материала углистых хондритов. Преобразование прото-вещества происходило на родительском теле (или телах) хондритов и включало в себя два этапа: водный метасоматоз и последующий термальный метаморфизм.

6. Изменение химического состава вещества при метасоматиче-ском преобразовании темных включений контролировалось подвижностью элементов в водных растворах. Метасоматоз происходил под действием водного флюида в относительно низкотемпературных условиях в окислительной обстановке.

Фактический материал. В основу диссертационной работы положены данные, полученные автором при детальном минералого-петрографическом изучении вещества метеорита Ефремовка (35 образцов). Было исследовано более -.сотни - разнообразных объектов (среди которых 40 тугоплавких включений, 54 хондры, 8 темных включений); проведено компьютерное моделирование процессов высокотемпературной равновесной и фракционной конденсации (30 расчетов). В работе использовались методы электронно-зондового микроанализа (более 2500 анализов, из которых около 80% выполнены при непосредственном участии автора); нейтронной активации; масс-спектро-метрические определения изотопного состава кислорода и ксенона; инфракрасной спектроскопии. Также использованы'результаты проведенных автором исследований вещества углистых хондритов Allende (CV3), Lance (СОЗ), Kaidun (CR2) и антарктических метеоритов РСА91082 (CR2), TIL91722 (С2), WIS91600 (С2).

Публикации и апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации были представлены на XXII метеоритной конференции (Черноголовка, 1994); XX и XXIV микросимпозиумах по сравнительной планетологии (Москва, 1994, 1996); XIII Российском совещании по экспериментальной минералогии (Черноголовка, 1995); XXVI и XXVIII Лунно-планетных конференциях (Хьюстон, 1995, 1997); 57 и 59 конференции Метеоритного общества (Прага, 1994 и Берлин, 1996); XX и XXI Ассамблеях Европейского Геофизического общества (Гамбург, 1995 и Гаага, 1996); XX и XXI Симпозиумах по Антарктическим метеоритам (Токио, 1995, 1996). По результатам исследований опубликовано 17 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, имеет общий объем страниц машинописного текста, содержит 25 таблиц, 63 рисунков, 2 приложений. Список литературы включает //<Ь наименований.

Благодарности. Автор выражает глубокую искреннюю признательность своему научному руководителю А.А.Ульянову за помощь и участие на всех этапах написания работы. Автор благодарит профессора А.С.Марфунинина за поддержку, профессора Э.М.Спиридонова за консультации, сотрудников кафедр петрологии и минералогии: Н.Н.Коротаеву, Е.В.Гусеву, Н.Н.Кононкову, Е.Б.Бушуеву за помощь в получении аналитических материалов. Автор благодарен Н.Г.Зиновьевой, А.В.Иванову, О.В.Кононову, Д.Г.Кощугу, О.Б.Митрейкиной, М.А.Назарову, И.В.Пекову, О.И.Яковлеву, А.А.Ярошевскому за советы и консультации. Автор считает своим долгом поблагодарить зарубежных коллег А.Бриарли, Д.Вуда, Р.Клэйтона, А.Н.Крота, Т.Маеду, Д.МиттлефельДа, Т.Свиндла за предоставленные аналитические данные и программное обеспечение. Финансовая поддержка была оказана Фондом Дж. Сороса (ISSEP) и РФФИ.

Список использованных символов минералов: Ак — окерманит, An — анортит, Di — диопсид, En — энстатит, Fa — фаялит, Fo — форстерит, Fs — ферросилит, Gh — геленит, Hd — геденбергит, Ks — кирштейнит, Mtc — монтичеллит, Wo — волластонит.

Глава 1. Минералогия, классификация, предполагаемый генезис вещества CV3 хондритов и изученность метеорита Ефремовка (по литературным данным)

Углистые хондриты представляют собой агломерат разнородных составляющих, имеющих весьма различные геохимические особенности и генезис (Додц, 1986). Для CV3 хондритов основными из них являются хондры, минеральные зерна, агрегаты, тугоплавкие включения, темные включения и матрица метеорита.

Тугоплавкие или обогащенные кальцием и алюминием включения (CAIs) представляют собой наиболее высокотемпературную составляющую хондритового вещества. Об этом свидетельствует их обогащение Са, Al, Ti, рядом редких и рассеянных тугоплавких элементов {Grossman et al.. 1974). Согласно петрографической классификации тугоплавких включений выделяются тонкозернистые и грубозернистые объекты (Grossman, Ganapathy, 1975); последние, в свою очередь, подразделяются на несколько типов (А, В, С, I) по минералогическим критериям (Wark, 1987).

В настоящее время общепринятой является модель полигенной природы тугоплавких включений, предусматривающая для каждого типа объектов свой сценарий формирования. Предполагается, что основными процессами, участвовавшими в образовании вещества тугоплавких включений, были высокотемпературная конденсация, испарение, плавление и метасоматическое изменение (MacPherson et al., 1988).

Грубозернистые тугоплавкие включения в хондрите Ефремовка были детально изучены в работах (Назаров-и др., 1984; Ульянов, 1986; Ульянов, 1997), поэтому их подробное рассмотрение не входит в задачи настоящего исследования. Тонкозернистые тугоплавкие включения обычно интерпретировались как агломераты независимо образованных зерен (Brigham et al., 1985; Ульянов, 1986), однако относительно механизма образования и последующей консолидации этих зерен существовали разные точки зрения (конденсация, испарение и т.д.)

Хондры являются важнейшей составляющей CV3 хондритов и представляют собой среднетемпературную составляющую • вещества (Додц, 1986). Существующие классификации хондр основаны на различиях в химическом составе объектов (McSween, 1977), структурно-минералогических особенностях (Лаврухина, 1989), составе некоторых минеральных фаз (Sears, 1994).

Общепринятая модель генезиса хондр подразумевает, что их вещество образовалось в ранних стадиях развития протосолнечного облака, прошло через этап полного или частичного плавления, затем относительно быстро кристаллизовалось и некоторое время до аккреции существовало в виде независимых твердых частиц (Ярошевский. 1993). Протовещество хондр, по-видимому, состояло из компонентов различного происхождения, таких как небулярные конденсаты, реститы испарения, пылевые частицы, фрагменты ранее сформированных пород и др. (Lavrukhina, 1988). Предложены и альтернативные модели образования хондр за счет магматических процессов на родительских телах хондритов (Маракушев, 1992).

Несмотря,на^, то, -нто исследованию хондр посвящено довольно большоел-число-публикаций, многие аспекты их происхождения до сих пор остаются неясными (Wood, 1994). В частности, не вполне ясны взаимоотношения между хондрами и тугоплавкими включениями, образованы ли они одним и тем же процессом или нет (Wood, 1994). Дискуссионными остаются и механизмы возникновения хондр различных структурных типов, возможно, особенности кристаллизации хондр контролируются кинетическими факторами (Connoly, Hewins, 1995).

Матрица CV3 хондритов представляет собой черный непрозрачный агрегат мелких зерен железистого оливина, пироксена, магнетита, сульфидов и Fe-Ni металла, цементирующий все остальные составляющие метеорита.

Темными включениями (Dis) принято называть литические ксенолиты в хондритах, обладающие набором сходных признаков. При макроскопическом наблюдении они выглядят как темные непрозрачные участки метеорита (отсюда название) размером от первых миллиметров до нескольких сантиметров.

Темные включения сложены теми же морфологическими составляющими, что и вмещающее их вещество метеорита, однако их химический и минеральный составы различаются. Большинство работ по изучению темных включений выполнено на материале метеорита Allende (Johnson et al., 1990; Buchanan et al., 1997), хотя есть и исследования по другим CV3 хондритам. Разработанная в настоящее время классификационная схема темных включений (Krot et al.. 1995) основана на структурно-минералогических особенностях.

По всей видимости, темные включения сформировались в результате процесса изменения С\/3-хондритоподобного вещества, однако относительно механизма, места и времени процесса преобразования существует ряд противоположных точек зрения. Темные включения рассматривались как:

• • агрегаты небулярных конденсатов, обогащенных Fe за счет метасо-матической реакции с газовой фазой в небуле (Kurat et al., 1989; Palme et al., 1989);

• фрагменты CV3 астероида, измененные тем же путем (Johnson et al., 1990);

• отсортированная по размеру фракция материала CV3 хондритов (Fruland et al.. 1978; Bishoff et al., 1988);

• вещество, эволюционировавшее отдельно в небуле и на родительском теле и сформировавшееся ранее аккреции вмещающего метеорита (Grossman et al., 1976);

• метаморфизованное и переплавленное вещество реголита на поверхности родительского тела CV3 хондритов (Bunch, Chang, 1983);

• фрагменты родительского тела CV3 хондритов, претерпевшие водное метасоматическое изменение с последующей дегидратацией при термальном метаморфизме (Kracher et al., 1985; Kojima. Tomeoka, 1994).

Последняя модель широко обсуждается в настоящее время.

Глава 2. Методы исследования

В работе использовались фрагменты углистых хондритов Ефремовка (CV3), Allende (CV3), Lance (СОЗ), Kaidun (CR2), РСА91082 (CR2), TIL91722 (С2), WIS91600 (С2), предоставленных КМЕТ РАН и Космическим центром им. Л.Джонсона (HACA, США). Химический состав минералов и полиминеральных областей определялся на сканирующем электронном микроскопе CAMSCAN, оборудованном энергодисперсионным анализатором Unk-10000, и с помощью микрозонда САМЕСА SX-50. CAMSCAN использовался для проведения первичных анализов минералов и получения валового состава полиминеральных областей, a SX-50 для анализа предварительно выделенных минеральных фаз и областей. Для изучения образцов темных включений Е53 и Е39 применялись также методы аналитической просвечивающей электронной микроскопии, нейтронной активации, масс-спектрометрического определения изотопного состава кислорода и ксенона.

Глава 3. Минералого-петрографическое описание вещества метеорита Ефремовка

3.1. Тугоплавкие включения. Тонкозернистые тугоплавкие включения в метеорите Ефремовка представляют собой агрегаты многочисленных концентрически-зональных микротелец размером 10-50 мкм, находящихся в клинопироксеновой матрице. Центральные части телец обычно сложены зернами шпинели (иногда включенными в мелилит) и окружены каймами плагиоклазового состава. К тонкозернистым тугоплавким включениям примыкают амебовидные оливиновые агрегаты, образования со сходными текстурно-структурными признаками, но несколько обедненные тугоплавкими элементами. Главными минеральными фазами изученных тонкозернистых включений (табл. 1) являются мелилит (Ак2-37), алюмомагнезиальная шпинель, плагиоклаз (Ап90-100) и титанистый пироксен— фассаит или алюмодиопсид (до 23,3 вес.% AI^O;,; 19,1 вес.% ТЮ2); для амебовидных оливиновых агрегатов характерны оливин (Fo99-82), плагиоклаз и пироксен [Biryukov et al., 1994]. Акцессорные минералы представлены гибонитом, нефелином, перовскитом, ильменитом, камаситом, тэнитом и троилитом.

Около 20% включений зональны, обычно выделяются 2-3 концентрические зоны. Многослойные каймы, широко распространенные вокруг грубозернистых объектов, нехарактерны [Бирюков, Ульянов, 1994]. Специфической чертой тонкозернистых объектов является наличие среди микротелец более крупных тел— нодулей, часто отличающихся от материала включения-хозяина валовым химическим составом. Нодули более характерны для амебовидных агрегатов [Бирюков, Ульянов, 1996].

3.2. Хондры. В настоящей работе, используется комбинация [Бирюков, Ульянов, в печати] двух наиболее распространенных классификационных схем хондр, использующих разделение объектов по химическому и минеральному составу (МсБууееп, 1977) и структурно-минералогическим особенностям (Лаврухина, 1989). По химическому составу выделяются магнезиальные и железистые хондры (табл. 2), первые значительно преобладают. Дальнейшая классификация производится на основании структуры хондры (порфировая, колосниковая, радиально-лучистая и т.п.), а также минерального состава (оливиновая, оливин-пироксеновая, пироксеновая).

Порфировые оливиновые хондры являются наиболее распространенным типом. Они состоят из крупных идиоморфных зерен магнезиального оливина, в мезостазисе находится стекло пироксен-плагиоклазового состава, иногда частично раскристаллизованное. В стекле часто присутствуют зерна кальциевого пироксена (авгит-диопсид, реже фассаит).

3.3. Матрица. Вещество матрицы метеорита Ефремовка состоит из тонкозернистой (1-10 мкм) смеси оливина (Ро40-96), кирштейнита (Кз77-96), пироксена (энстатит, клиноэнстатит, Мд-авгит, диопсид, алюмодиопсид, реже геденбергит и фассаит) и рудных минералов — камасита, тэнита и троилита. Оливин преобладает.

Таблица 2. Основные различия между магнезиальными и железистыми хондрами в метеорите Ефремовка.

Характерные черты: магнезиальные хондры железистые хондры

Валовое содержание ЯеО в 2-13 18-50

силикатной части (вес.%)

Оливин Ро 100-94 Ро75-12

Низкокальциевый пироксен Ре 1-7 Рз9-23

Кальциевый пироксен РЭ1-4 Рб2-54; содержит №

Хромит нет обычно присутствует

Таблица 1. Минералогия метеорита Ефремовка (содержания элементов даны в вес %)

Минерал Тугоплавкие включения Хондры Матрица Темные включения «♦

оливин Ро100-82 магнез. Ро100-94; железист. Ро75--12 Ро96-40 агрегат оливина Ро70-50, хлорита, хромита

пироксен А1-диопсид, фассаит энстатит, Мд-авгит, ДИОПСИД энстатит, диопсид салит-ферросалит

плагиоклаз Ап 100-90 Ап 100-54 редок —

шпинель МдА1204 обычна редка — —

хромит ГеСг204 — в железист, хондрах — обычен

мелилит йИ Са2А125Ю7 Ак Са2МдБ1207 Ак2-37

кирштейнит редок СаРей/О^ — обычен обычен

нефелин редок КЫа3[№Ю4]4 редок — —

гранат — — — андрадит СазРе231зО,2 + кохарит Мд3Гер5/30);.

гибонит обычен СаА11Р0,д — — —

перовскит СаТЮ2 обычен, акцессорный — — —

ильменит РсТЮ2 редок, по перовскиту — — —

ЗЮ2 — редок — . —

тэнит у-Ре,№ обогащены тугоплавкими элем. обычен обычен тетратэнит; до 12% Со

камасит а-Ре, АЛ обычен обычен до 14% Со

вайрауита-РеСо — — —- 33-35% Со; 2-3% N1

троилит РеБ редок обычен обычен —

** Примечание: приведена только новообразованная минеральная ассоциация в темных включениях; реликтовая ассоциация состоит из минералов остальных колонок.

3.4. Темные включения. Темные включения в хондрите Ефремовка, представляют собой ксенолиты пород, сходных с веществом вмещающего метеорита, но состоящих в основном из железистого оливина Fo70-50. Темные включения содержат реликтовые фрагменты хондр и тугоплавких включений, близких к аналогичным объектам в метеорите-хозяине.

Размеры темных включений колеблются от первых сантиметров (Е53, Е80) до 1-2 мм (Е82). Текстура темных включений меняется от чисто хондритовой, с четко выделяющимися тугоплавкими включениями, хондрами и матрицей (£53), до перекристаллизованной блочно-ячеистой, с практически отсутствующими реликтами хондр и включений (Е80). Текстуры первого типа преобладают. Средние размеры хондр и тугоплавких включений внутри темных включений (200 и 150 мкм, соответственно) значительно меньше, чем для аналогичных объектов в метеорите Ефремовка (730 и 790 мкм).

Граница темных включений с вмещающим метеоритом обычно достаточно четкая, часто темные включения окружены каймами шириной до 200 мкм, вещество которых по своей текстуре, минеральному и химическому составу близко к материалу матрицы метеорита. Некоторые темные включения (Е81), возможно, являются брекчиями, так как содержат фрагменты вещества, измененного в меньшей степени, чем вмещающее темное включение-хозяин [Biryukov et al.t 1997].

Минеральный состав темных включений определяется совокупностью минеральных ассоциаций исходного реликтового (хондр, тугоплавких включений) и новообразованного вещества (табл. 1). Распространенность реликтовых минералов обусловлена степенью их устойчивости к замещению новообразованной ассоциацией [Krot et al., 1998]. Для реликтов как хондр, так и тугоплавких включений наиболее характерен кальциевый пироксен, оливин встречается значительно реже. Остальные реликтовые минералы (алюмомагнезиальная шпинель, Fe-Ni металл, плагиоклаз, низкокальциевый пироксен, гибонит, мелилит, трои-лит) имеют незначительное распространение и встречаются в виде отдельных зерен в малоизмененных темных включениях (Е53).

Ассоциация новообразованных минералов (железистый оливин, хлорит, хромит, Fe-Ni металл, гранат, кирштейнит, салит-ферросалит) характеризуется относительно высокой железистостью всех фаз. Наиболее распространен железистый оливин, тонкозернистый агрегат которого замещает практически все минералы хондр, тугоплавких включений и матрицы, наследуя особенности структуры и морфологии первичного вещества.

Глава 4. Химический состав минералов

Оливин является наиболее распространенной минеральной фазой во всех главных составляющих метеорита Ефремовка кроме тугоплавких включений. Морфология выделений этого минерала весьма различна: от зерен размером в первые миллиметры в крупнозернистых хонд-рах до субмикронных выделений железистого оливина в веществе темных включений. Крупные зерна оливина часто проявляют зональность; обычно периферические участки обогащены фаялитовым миналом [Бирюков, Ульянов, 1996]. Как правило, подобная зональность установлена на контакте магнезиального оливина с относительно железистой матрицей или в периферических частях хондр и тугоплавких включений, подвергшихся процессам вторичного изменения (процессы химического изменения происходили и после аккреции самого метеорита).

Железистость оливина меняется в весьма широких пределах: от Fo100 в магнезиальных хондрах и тугоплавких включениях, до Fo12 в железистых хондрах Суммарное содержание элементов примесей (СаО, МпО, Сг,0;„ Al,0:t) в оливинах хондр обычно не превышает 1 вес.%

Железистый оливин темных включений сохраняет свой состав приблизительно постоянным (Fo70-50 со значительным количеством примесей Al (до 5,2 вес.% А1?03), Сг (до 3,2 вес.% Сгя03), S, Na, К, Ni) независимо от химического состава замещаемого минерала. Проведенные нами совместные исследования методом ПЭМ [Krot et al., 1997] позволили установить, что изучаемые образования являются тонкозернистыми (<0.2 мкм) агрегатами зерен железистого оливина с включениями хромита, филлосиликатов (вероятно, хлорита) и плохо раскристаллизо-ванной Si-Al содержащей фазы. Аналогичная смесь оливина с частично дегидратированными филлосиликатами ранее была описана в мета-морфизованных СМ хондритах, где ее образование связывается с водным метасоматозом и термальным метаморфизмом (Akai, 1988).

Кирштейнит встречается в качестве второстепенного минерала в матрице метеорита и темных включений; особенно богаты им каймы, окружающие последние. Как правило, минерал образует ксеноморф-ные выделения до 3-4 мкм в поперечнике в ассоциации с зернами оливина и клинопироксена. Отмечена также единичная находка алюмоса-лит-кирштейнитового обособления внутри одного из грубозернистых тугоплавких включений.

До недавних пор кирштейнит считался сравнительно редким минералом. Наши исследования позволяют предположить значительно более широкую его распространенность в веществе углистых хондритов, чем считалось ранее. Полученные нами данные по кирштейнитам в метеорите Ефремовка несколько расширяют

известную область составов этого минерала в земном и метеоритном веществе (рис. 1). Для изученных нами анализов отмечается преимущественный изоморфизм в ряду кирштейнит-форстерит, тогда как составы земных и синтетических кирштейнитов тяготеют к линии смешения с монтичеллитом (рис. 1).

Пироксены широко распространены практически во всех составляющих метеорита Ефремовка (рис. 2). Для тугоплавких включений характерны Тьфассаит, "П-содержащий алюмодиопсид, реже встречаются диопсид и магнезиальный авгит. Пироксен хондр представлен низкокальциевым пироксеном (энстатит и клиноэнстатит), пижонитом, авгитом до алюмодиопсида и, реже, фассаитом. В железистых хондрах встречается также геденбергит и Ре-авгит. Кальциевый пироксен образует обычно идиоморфные зерна в раскристаллизованном стекле мезо-стазиса, низкокальциевый пироксен — крупные порфировые выделения или удлиненные балки в радиально-лучистых пироксеновых хондрах. Мелкие идиоморфные зерна новообразованного салита-ферросалита характерны внутри выделений фаната в темных включениях.

Для пироксенов хондр и тугоплавких включений, содержащихся как в неизмененном метеорите, так и внутри темных включений, выявлен ряд типоморфных признаков.

1. Содержания Сгг03 и МпО в пироксенах тугоплавких включений и амебовидных оливиновых агрегатов, как правило, не превышают 0,2 вес.%, тогда как для низкокальциевых и особенно кальциевых пироксенов хондр характерны сравнительно высокие содержания этих элементов (до 2-3 вес.% Сг,00).

2. Кальциевый пироксен в железистых хондрах (и некоторых хондрах темных включений) содержит постоянную примесь ЫагО и РгСХ (до 1,7 и 2,1 вес.%, соответственно).

3. Реликтовые пироксены тугоплавких включений внутри темных включений содержат меньше ТЮг чем пироксены тугоплавких включений в матрице метеорита (максимальные содержания 7,7 и 19,1 вес.%, соответственно).

4. В изученных клинопироксенах всех фракций проявлена тенденция к увеличению содержания ТЮ2 по мере возрастания глиноземисто-сти. Для пироксенов тугоплавких включений наблюдается также систематическая корреляция дефицита суммы катионов и содержания титана [Бирюков, Ульянов, 1996].

Алюмомагнезиальная шпинель обычна для тонкозернистых тугоплавких включений, где она образует округлые выделения в центральных частях микротелец. Представлена рядом от чисто магнезиальной разновидности до относительно обогащенной герцинитовым миналом (до 17,8 вес.% РеО).

Ca,SiO.

Mtc / . g Ks

\

Fo

Mg?Si04 Fe2Si04

Рис. 1. Составы исследованных кирштейнитов (мол.%) в метеорите Ефремовка ( +тугоплавкие включения; X матрица; о темные включения), а также составы природных и синтетических кирштейнитов ( □ ) по данным (Белянкин и др., 1956; Sahama, Hytonen, 1957; Sahama, Hytonen, 1958; Widerko, Mazanek, 1968; Конев и др., 1970; Keil et al., 1976; Linastrom et al., 1988) ^

▲ тугоплавкие включения □ хондры

+ матрица

X темные включения

L * Р х

En

Fs

Рис. 2. Составы изученных пироксенов метеорита Ефремовка (мол.%)

Некоторые зерна обладают зональностью, периферические участки обогащены железом. Содержание Ч/г03 в исследованных шпинелях достигает 0,5 вес.%, а Сг703 до 0,8 вес.%. Шпинель тугоплавких включений сохранилась только в относительно малоизмененном темном включении Е53 и содержит 2,0-15,9 вес.% РеО. Отмечаются также постоянные примеси "П. Сг и Мп. Крупные (100 мкм) порфировые зерна шпинели обнаружены также в магнезиальной хондре в ассоциации с фассаито-вым пироксеном и магнезиальным оливином.

Хромит является характерным акцессорным минералом железистых хондр и темных включений, обычно образует идиоморфные зерна. Состав минерала описывается формулой

32-1 обМдо.о4-об7)(СГо4и 74р63*о 31-1.27^0оз-1 61 "Г'4+о 01-0.15)Ол. Хромиты темных включений часто обнаруживают зональность: периферические участки зерен обогащены Сг и Ре. С увеличением степени метасоматиче-ского изменения темного включения в хромитах возрастает доля трехвалентного железа (от Ре'7(Рег++Ре3*)=0,97-1,00 для Е53 до 0,72-0,93 для Е80). Хромиты темного включения Е80 отличаются повышенными содержаниями Мп (до 1,2 вес.%), а включения Е53 характеризуются минимальными железйстостью и хромистостью.

Плагиоклаз и фельдшпатоиды. Практически чистый анортит является характерным минералом тонкозернистых тугоплавких включений (слагает каймы вокруг шпинель-мелилитовых или оливиновых ядер микротелец). В порфировых пироксеновых хондрах плагиоклаз (Ап54-100) образует крупные идиоморфные удлиненные балки. Последние часто содержат многочисленные удлиненные выделения нефелина размером в несколько микрометров, ориентированные перпендикулярно удлинению балок. Минералы группы фельдшпатоидов (нефелин, возможно канкринит) встречены в нескольких тонкозернистых тугоплавких включениях.

Гранаты. Гранат довольно специфичного состава (таблица 3; рис. 3) является второстепенным минералом большинства темных включений. Минерал образует небольшие ксеноморфные выделения в измененном мезостазисе хондр и матрице внутри темных включений. По-видимому, все Ре является трехвалентным, поскольку в противном случае не соблюдается стехиометричность составов. Корреляция между №, А1 и указывает на присутствие примеси К-№ полевого шпата; некоторый избыток Б!, Са и Мд, возможно, связан с захватом при анализе очень мелких выделений салитового пироксена (его более крупные идиоморфные кристаллы часто отмечаются внутри гранатов). Характер корреляций между элементами дает основания предполагать следующую формулу минерала; (Са,Мд,Мп)3(Ре,А1,Сг)2(81,'П)30(12.т)0Нт. Присутствие гидроксильной группы является чисто гипотетическим. Хотя спектроскопические исследования валового состава темных включений

не подтвердили наличия гидрограната, отрицательный результат может быть объяснен низкими валовыми содержаниями минерала. Оценить количество воды, используя стехиометрические построения, не представляется возможным ввиду присутствия примесей посторонних фаз.

Андрадит

Сс1зРв2^з012

Рис. 3. Составы гранатов темных включений (мол.%)

\

\

Кохарит Мд3Рег3130!г

Таблица 3. Составы гранатов темных включений (мол.%). Несоответствие суммы миналов 100% обусловлено примесями посторонних фаз или нестехиометричностью минерала.

N анализа 3488 3113 3455 3160 184 403 293

Темное включение Е53 Е39 Е39 Е80 Е90 Е83 Е82

Андрадит 67,7 73,4 21,0 80,2 69,1 34,7 74,5

Уваровит 0 7,1 1.6 8,6 6,6 7,8 13,7

Гроссуляр 27,5 4,4 3,5 4,7 3,9 7,2 5,3

СаДГ^зО,, 0 0 0 0 19,9 0 0

Кохарит 1,8 14,6 76,0 1.4 0 53,8 4,3

Сумма миналов: 93,0 99,5 102,1 94,9 99,5 103,5 97,8

\

Гроссуляр СадА^О

Даже принимая во внимание некоторую произвольность порядка выделения миналов (а она диктовалась наблюдаемыми корреляциями между элементами и имеющимися данными по существованию твердых растворов), составы гранатов весьма своеобразны. В основном это ан-драдит с варьирующими содержаниями уваровитового (до 14 мол.%), гроссулярового (до 28 мол.%) и особенно кохаритового (Мд3Ре281301г) (до 76 мол.%) минала. Гранаты различных темных включений довольно значительно различаются: с увеличением степени метасоматического изменения темного включения в гранатах уменьшается содержание гроссуляра, увеличивается кохарита и уваровита.

Следует отметить, что подобные гранаты ранее не были описаны ни в земном, ни в метеоритном веществе. Нельзя, однако, исключать и вероятность анализа тонкой смеси фаната и нескольких посторонних фаз.

Мелилит, гибонит, перовскит и ильменит являются характерными минералами тугоплавких включений. Мелилит представлен геленитом с содержанием окерманитового (Са2Мд51207) минала от 2 до 37 мол.%. Гибонит содержит от 1,9 до 8,2 вес.% ТЮ? и от 1,1 до 3,9 вес.% МдО. В перовскитах фиксируется примесь ванадия до 1,2 вес.% \/?03. Ильменит редок (отмечен внутри темного включения), развивается по перовскиту, содержит до 34 мол.% гейкилитового (МдТЮ3) минала.

Ре-ЬН металл и сульфиды. Тугоплавкие включения содержат в основном тэнит и камасит (иногда обогащенные тугоплавкими сидеро-фильными элементами), троилит встречается редко.

Хондры и матрица характеризуются приблизительно одинаковым набором рудных минералов, это обычные тэнит, камасит и троилит. Камасит и тэнит железистых хондр значительно обогащены Со (в меньшей степени !\П) по сравнению с металлом магнезиальных хондр и матрицы.

Темные включения наряду с обычными тэнитом и камаситом (возможно реликтовым) содержат Ре-№ металл, экстремально обогащенный Со (рис. 4), вплоть до появления новых минеральных фаз: вай-рауита (до 35,3 вес.% Со), Со-камасита (до 14,0 вес.% Со) , Со-тэнита (до 11,6 вес.% Со) [В1гуикоу, Шуапоу, 1996^. Для Со-тэнитов увеличение содержания Со преимущественно реализуется за счет замещения им N'1. Для минералов ряда камасит — Со-камасит — вайрауит с увеличением содержания Со доля N1 уменьшается весьма незначительно, а Со замещает в основном Ре. Содержание N1 в тэнитах темных включений выше, чем в тэнитах хондр и матрицы, часто встречается тетратэнит. В отличие от хондр и матрицы метеорита, в темных включениях сульфиды очень редки (2 находки троилита).

Со

40 )

35 ■ ^ ваирауит

30 - ♦

25

20

15 ♦.

10 • камасит

5 ; и»

0 1

10

20

а 1 <> 2 ♦ 3

тэнит ♦ »

♦ ♦ ч*

30

40

50

60 ;

№

Рис. 4. Состав Ре-№ металла метеорита Ефремовка (вес.%) 1 - хондры; 2 - матрица; 3 - темные включения.

Глава 5. Валовый химический и изотопный состав вещества хондрита Ефремовка

Химический состав. Химический состав тугоплавких включений контролируется летучестью элементов, включения обогащены тугоплавкими элементами (А1, Са, "Л) и обеднены летучими (№, К). Вещество хондр в целом обогащено Са, Сг и обеднено К, Р (относительно других составляющих метеорита). Магнезиальные хондры обогащены труднолетучими элементами (в значительно меньшей степени, чем тугоплавкие включения) и обеднены Ре, Мп, Р, К; железистые хондры обогащены Э!, Са, Сг, Мп, N8 и обеднены И. Б и К, по сравнению с другими составляющими метеорита Ефремовка. Матрица метеорита обогащена Яе, Мп, Э и обеднена N3, К, ТК

Темные включения обогащены летучими (№, К, Вг) элементами, а также Р, Аэ, Аи; обеднены Э, Эе и тугоплавкими элементами (А1, Са, ТО относительно СУЗ хондритов (рис. 5). Обеднение тугоплавкими связано с более низким объемным отношением тугоплавкие включе-ния+хондры/матрица в темных включениях, чем в неизмененном метеорите. Все остальные перечисленные элементы подвижны в водных растворах в окислительной обстановке (в гидротермальных и поверхностных водах)

Для темных включений в метеорите Ефремовка (в отличие от Allende) не наблюдается корреляции между валовым химическим составом и текстурно-структурными особенностями.

Изотопный состав ксенона. Измеренный методом 1-Хе датировки возраст темного включения Е53 на 5,4 млн. лет меньше чем у эталона Bjurbole, и на 5,9 млн. лет меньше, чем у включения Е39. Таким образом, темное включение Е39 было изменено позже (либо дольше подвергалось процессу изменения) чем Е53. Это не противоречит данным минералого-петрографического изучения, согласно которым темное включение Е39 изменено в значительно большей степени, чем Е53.

Работы по 1-Хе датировке неизмененных хондр и тугоплавких включений в метеорите Ефремовка не дали положительных результатов: получены намного более поздние возрасты (лежащие за пределами временных рамок современной модели образования хондритового вещества), чем для темных включений. Данный факт может быть объяснен как с позиций земной контаминации вещества, так и возможного непостоянства отношения изотопов ,?91 и 1"1 в веществе ранней Солнечной системы [Swindle et al., 1998].

Изотопный состав кислорода. Точки составов темных включений в метеорите Ефремовка на стандартной трехизотопной диаграмме лежат на линии СМ хондритов, подвергшихся процессам водного метасоматоза (как и для других CV3 хондритов восстановленной подгруппы). Более измененный объект Е39 обладает и более тяжелым изотопным составом кислорода fi1íf012,7%o, 8,70=4.87%о. против S'sO=9,79%o, л"0=4,09%о для Е53.

Согласно модели изменения вещества СМ хондрита Murchison, подобное отклонение от линии ¡V'0=61S0 вызвано изотопным обменом с водой при метасоматозе (Clayton, Mayeda, 1984). Составы термально-метаморфизованных частично дегидратированных СМ хондритов, например Belg¡ca7904, существенно не отличаются от других СМ хондритов (Mayeda et al., 1991), что свидетельствует о малом влиянии термального метаморфизма невысоких степеней на изотопный состав кислорода хондритового вещества. Таким образом, данные по изотопному составу кислорода темных включений в метеорите Ефремовка не противоречат модели водного метасоматоза и термального метаморфизма на родительском теле (Kojlma, Tomeoka, 1994).

10.0

л

а 1 + 2 А 3

О щ

т to о.

О

1.0 -5 :

а-

15 ^ ■ i'.

♦' V»

0.1

Se Са Ni Со Fe Аи As Sb Se Br Cs К Na

Рис. 5. Валовые химические составы объектов, нормализованные к составу Cl-хондритов [2 и 3 по (Buchanan et al., 1997).]

1 - темные включения Е53 и Е39 в метеорите Ефремовка;

2 - темные включения в метеорите Allende

3 - метеорит Allende

Глава 6. Компьютерное моделирование процессов конденсации

Поскольку тугоплавкие включения состоят из минералов, которые должны первыми конденсироваться из газа солнечного состава, предполагается, что генезис этих объектов связан с процессами высокотемпературной конденсации.

Для оценки фазового состава минеральной ассоциации при равновесной конденсации в закрытой системе использовалась программа PHEQ (Wood, Hashimoto, 1993). Условия фракционной конденсации моделировались корректировкой исходного состава системы [Birjukov, Ulyanov, 1996а],

На рис. 6 представлены рассчитанные тренды изменения валового химического состава твердых продуктов конденсации для условий равновесного процесса и в случае удаления из системы различного количества ранних конденсатов (в нашей модели— фракционной конденсации). При сравнении полученных трендов с валовыми

19

химическими составами тугоплавких включений и хондр в метеорите Ефремовка видно, что вещество тонкозернистых тугоплавких включений и амебовидных оливиновых агрегатов, в отличие от вещества хондр, могло быть образовано в ходе конденсационного процесса.

Другой характеристикой процесса конденсации, несущей важную генетическую информацию, является последовательность выделения твердых фаз из газа. При малых вариациях относительно предполагаемых в ранней Солнечной системе значений таких факторов как давление, состав системы и степень удаления твердых продуктов общий порядок выделения фаз (мелилит-шпинель-форстерит-диопсид-плагиоклаз) меняется незначительно [Бирюков, Ульянов, 1995].

Глава 7. Генезис вещества углистых хондритов

7.1. Тонкозернистые тугоплавкие включения и амебовидные оливиновые агрегаты. Валовые химические составы изученных тонкозернистых объектов приведены на рис. 6. Анализ данных показывает, что вариации составов тонкозернистых включений совпадают с трендом высокотемпературной конденсации или испарения силикатного вещества. Однако происхождение всех включений за счет испарения существенно магнезиально-кремнистого вещества противоречит данным по обогащению большинства тонкозернистых тугоплавких включений легкими изотопами Мд и (МасРЬегвоп е1 а!., 1988). Если генезис включений связан с испарением, то они должны были быть обогащены тяжелыми изотопами Э| и Мд, чего в действительности не наблюдается.

На рис. '6 видно; что трендам составов тонкозернистых включений наилучшим образом удовлетворяют тренды фракционной конденсации для давления 10"5 бар с удалением от 33 до 76% всего алюминия в системе. Для моделирования образования амебовидных оливиновых агрегатов требуется удалить около 88% всего алюминия в системе, причем, как видно на рис. 6, область составов агрегатов наиболее приемлемо описывается конденсационным процессом.

Зональность изученных включений предполагает наличие в истории объектов стадий частичного плавления и испарения летучих компонентов [В1пикоу. (Луапоу, 1995а]. Присутствие тугоплавких нодулей-ксенолитов в амебовидных оливиновых агрегатах указывает на более раннее формирование объектов, обогащенных тугоплавкими элементами,' что хорошо согласуется с конденсационной моделью, а также на наличие стадии плавления для амебовидных оливиновых агрегатов. Вероятно, здесь реализовался тот же механизм, что и при формировании составных хондр.

БЮг

А 1 ▼ 2 + 3

X 4

-5

--6

---7

% - + Л . ....... 8

X ' X

V

▲ л V

СаО+А1гОэ МдО

Рис. 6. Валовые химические составы изученных тугоплавких включений и хондр в метеорите Ефремовка (мол.%) и расчетные тренды конденсации:

1 - тонкозернистые тугоплавкие включения;

2 - амебовидные оливиновые агрегаты;

3 - магнезиальные хондры;

4 - железистые хондры:

5 - тренд равновесной конденсации;

6 - тренд фракционной конденсации (удалено 33% А1 от солнечного соотношения компонентов);

7 - то же для 76% А1;

8 - то же для 88% А1.

Для большинства изученных включений метеорита Ефремовка последовательность выделения фаз (шпинель-мелилит-плагиоклаз-пироксен для тонкозернистых тугоплавких включений и оливин-плагиоклаз-пироксен для амебовидных оливиновых агрегатов) не совпадает с расчетной для равновесной или фракционной конденсации при давлениях 10"3 — 10"5 бар (см. главу 6). Наблюдаемые структурные соотношения минералов не могут быть связаны и с испарением, поскольку в этом случае периферические участки микротелец должны были бы быть обогащены тугоплавкими компонентами, чего в действительности не наблюдается. В то же время наблюдаемая последовательность выделения минералов хорошо описывается моделью кристаллизации из расплава (практически все валовые составы объектов в системе СМАБ попадают в поле кристаллизации шпинели).

Мы предполагаем следующие две возможных модели образования тонкозернистых тугоплавких включений и амебовидных оливиновых агрегатов [Бирюков, Ульянов, 1996].

Материал объектов образовался в ходе равновесной (или близкой к равновесной) конденсации и в дальнейшем эволюция его валового состава была незначительной (в основном за счет испарения). При нагреве газово-пылевой туманности, содержащей включения, последние были расплавлены полностью или частично (с сохранением наиболее тугоплавких фаз — шпинели в тонкозернистых включениях и оливина в амебовидных агрегатах); плавление сопровождалось в ряде случаев испарением летучих компонентов с поверхности объектов. Дальнейшая кристаллизация расплава проходила при понижении температуры и в силу ряда кинетических особенностей развивалась во всем объеме включений одновременно.

Вторая модель предполагает образование отдельных микротелец в ходе равновесной конденсации, их плавление (полное или частичное), кристаллизацию от центра к периферии и затем аккрецию, возможно в частично расплавленном состоянии. Консолидация телец проходила либо за счет внешних жидких пироксеновых оболочек, либо при позднейшем термическом событии, в ходе которого были расплавлены лишь пироксеновые и, возможно, плагиоклазовые каймы.

7.2. Хондры. Поскольку некоторая часть летучих элементов была потеряна в ходе плавления вещества хондр (1Час1отзку, Не\л/тз, 1990), наиболее достоверную информацию о химическом составе протовещества хондр можно получить из соотношения труднолетучих элементов, не претерпевших значительного фракционирования. На рис. 6 видно, что совокупность точек валовых составов различных типов хондр в координатах Са0+А1?03-5Ю2-Мд0 не соответствует трендам конденсации-испарения. Следовательно, роль небулярных конденсатов

и реститов испарения в протовеществе хондр не была доминирующей (в отличие, например, от тугоплавких включений).

В отличие от хондр обыкновенных хондритов (Ярошевский, 1993) и большинства CV хондритов (Bishoff, 1984), точки составов хондр метеорита Ефремовка не описываются космическими отношениями Ca и AI, а аппроксимируются прямой с более низким атомным отношением этих элементов (Ca./Al=0,5). Валовый химический состав метеорита Ефремовка также отличается низким отношением Ca/Al. равным 0,67 (атомн.) (Wolf et al., 1996). Мы предполагаем, что обеднение Ca связано с гетерогенным его распределением в достаточно крупных интервалах пространства солнечной небулы. Альтернативным объяснением может являться непредставительность попавшего на Землю, в качестве метеорита Ефремовка, фрагмента родительского тела CV хондритов.

Анализ сооношений Na и AI в химическом составе хондр предполагает большую потерю летучих элементов для непорфировых магнезиальных хондр по сравнению с другими типами объектов, что хорошо согласуется с данными по экспериментальному воспроизведению структур хондр (Radomsky, Hewins, 1990).

Оценка температур кристаллизации мезостазиса хондр по данным клинопироксенового термометра (Kretz, 1982) демонстрирует устойчивые корреляции значений температур с химическим составом и структурно-минералогическим типом исследованных хондр. Максимальные температуры зафиксированы для магнезиальных колосниковых оливи-новых хондр (1627-1583°С), далее по мере уменьшения температур следуют радиальные и порфировые пироксеновые хондры (1574-1570°С), порфировые оливин-пироксеновые и оливиновые (1550-1350°С). Для железистых хондр наблюдается такая же тенденция, но со сдвигом в более низкотемпературную область (от 1200 до 760°С). Полученный нами ряд уменьшения температуры от колосниковых к порфировым хондрам совпадает с экспериментальными данными по начальной температуре кристаллизации вещества хондр (Radomsky, Hewins, 1990). Очевидно, наблюдаемая разница в температурах кристаллизации клинопироксена мезостазиса для разных структурных типов хондр обусловлена причинами кинетического характера.

Наличие у некоторых хондр мелкозернистых мантийных зон предполагает их многоактное формирование. Сначала сформировалось центральное ядро, вокруг которого затем аккретировала пыль. Последующий нагрев привел к частичному плавлению и агломерации пыли, практически не отразившись на структуре ядра. Поскольку подобный механизм был предложен для объяснения происхождения составных хондр (Wasson et al., 1995), грань между вышеописанными зональными объектами и составными хондрами может заключаться лишь в интенсивности и продолжительности повторного нагрева.

В отличие от пироксенов тугоплавких включений, пироксены хондр в метеорите Ефремовка (как и некоторых других хондритах [Biryukcv, Ulyanov, 1996с]) содержат значительное количество Сг. Это связано с накоплением Сг в остаточном расплаве, и преимущественным вхождением его в поздний кальциевый пироксен мезостазиса (аналогично концентрируются Na и Р в пироксенах железистых хондр).

Одним из важнейших и пока не решенных вопросов формирования хондритового вещества считаются взаимоотношения хондр и тугоплавких включений (Wood, 1994). Несомненно, генезис этих объектов имеет много общих черт. И те, и другие были образованы при участии небулярных конденсатов, однако во время образования хондр в системе присутствовала гораздо большая доля низкотемпературных конденсатов (и других типов вещества); кроме того, значительная часть конденсатов претерпела различные наложенные преобразования. Если хондры образовались в обстановке значительного смешения компонентов, то относительно тугоплавких включений таких данных у нас нет. И хондры и тонкозернистые тугоплавкие включения прошли через стадию плавления-кристаллизации, однако условия и кинетика этих процессов, несомненно, различались, о чем свидетельствует разница в структурах объектов. Таким образом, по крайней мере некоторые тугоплавкие включения и хондры формировались сходным путем.

7.3. Темные включения. Материал темных включений состоит из тех же компонентов (тугоплавкие включения, хондры, матрица), что и вещество хондритов, Наблюдаемые структуры хондр в темных включениях и веществе CV3 хондритов весьма близки. Распространенность тугоплавких включений говорит о сходстве протовещества темных включений и углистых хондритов, поскольку тугоплавкие объекты редки в обыкновенных, энстатитовых и R-хондритах. С другой стороны, средний диаметр хондр и, особенно, тугоплавких включений в темных включениях Ефремовки и Allende (Buchanan et al., 1997) меньше, чем для соответствующих объектов в матрице метеоритов (также как и объемное содержание).

Подобные взаимоотношения могут быть объяснены с привлечением двух моделей.

1. Протовещество темных включений —фракция вещества углистых хондритов, претерпевшая сортировку по размерам частиц в небуле и затем сформировавшая собственное планетное тело(а), измененное процессами водного метасоматического преобразования (подобно СМ хондритам). В дальнейшем произошла инъекция вещества на родительское тело CV3 хондритов и термальный метаморфизм.

2. Если исключить роль небулярной сортировки, то меньший средний диаметр грубозернистых объектов может быть объяснен только интенсивными процессами брекчирования на родительском теле. При

этом крупные хондры и тугоплавкие включения дробились на мелкие объекты, многие из которых затем почти полностью исчезали при мвта-соматической переработке. Брекчирование, возможно, спровоцировало высокую проницаемость пород водными растворами и, соответственно, метасоматические изменения. Последовавший затем термальный метаморфизм привел к дегидратации филлосиликатов и появлению граната.

Образование кайм вокруг темных включений из вещества матрицы метеорита однозначно указывает на то, что по крайней мере часть процессов образования темных включений происходила «in situ», уже после их аккреции на родительском теле CV3 хондритов. Наиболее вероятно, что это был процесс термального метаморфизма, в ходе которого гид-ратированное вещество темных включений теряло воду.

Минералогия реликтовой ассоциации минералов темных включений мало отличается от минералогии хондр и тугоплавких включений в метеорите Ефремовка. При этом устойчивость минеральных фаз к замещению близка к изученной при экспериментах по водному метасоматозу хондритового вещества (Tomeoka, Kojima, 1995). Реликтовый пироксен тугоплавких включений содержит значительно меньше Ti, чем пироксены большинства типов тугоплавких включений в метеорите Ефремовка (Ульянов, 1986; Бирюков, Ульянов, 1996). Либо высокотитанистые фассаиты были неустойчивы при метасоматическом преобразовании вещества темных включений, либо, что более вероятно, наблюдаемые различия отражают разницу в составе протовещества темных включений и CV3 хондритов. Обеднение реликтовых магнезиальных оливинов темных включений Cr по сравнению с оливинами хондр Ефре-мовки, вероятно, обусловлено наложенным процессом метаморфизма и. следовательно, исключает вещество родительского тела CV3 хондритов, как возможный источник протовещества темных включений. Поскольку процесс обеднения Cr практически не проявлен для пироксенов темных включений, степень термального метаморфизма должна быть сравнима с преобразованием LL3.0 хондрита в LL3.5 (Jones, 1996).

Образования, подобные агрегату железистого оливина, замещающего реликтовые минералы темных включений, были изучены в частично дегидратированных филлосиликатах метаморфизованных СМ хондритов (Akai, 1988). Происхождение их связывается с водным метасоматозом и последующим циклом термального метаморфизма-дегидратации. Наличие металла, обогащенного Ni и Со. можно объяснить растворением части металлических зерен и последующим восстановлением металла на сульфидах. При этом часть окисленного Fe, в отличие от Ni и Со, перешла в силикаты. Большая степень обогащения Со по сравнению с Ni, возможно, связана с геохимическим фракционированием этих элементов в окислительной обстановке

(Со, как и Ре, в отличие от N1 способен окисляться до трехвалентного состояния и сохранять при этом подвижность в растворах/. Оценки температур равновесия металла по соотношению 'Со . в . тэните и камасите укладываются в интервал 430-650°С и показывают гетерогенность металлических частиц. Аномальное количество кохаритового минала в гранате может быть связано с выносом Са или крайне окислительной средой образования (все железо трехвалентное).

Все элементы (кроме тугоплавких), обедняющие или обогащающие темные включения (см. главу 5), подвижны в низкотемпературных водных растворах в окислительной обстановке. Доказательствами окислительных условий метасоматоза является: наличие минералов трехвалентного железа (гранат, хромит), миграция Сг из силикатов (оливин, пироксен) в оксиды (хромит), переотложение Ре-№ металла с накоплением Со, исчезновение сульфидов (вынос Б и Бе), подвижность Аэ (миграционно способен в окисленной форме [Аэ^О,,3"]). По всей видимости, метасоматоз протекал при средних — низких температурах гидротермальной деятельности и частично при температуре гипергенеза. Об этом свидетельствуют: уменьшение содержания (рис. 5) в веществе темных включений щелочных элементов ряда СБ->-К->-Ма (в этом ряду увеличивается подвижность ионов в растворах и уменьшается сорбция на глинах), повышенные концентрации Вг (накапливается в поверхностных низкотемпературных водах) и других летучих элементов, рассеяние БЬ и накопление Аэ (разделение этих элементов происходит при гипер-генезе), подвижность Аи (миграционно способно при образовании комплексных соединений с С1 в гидротермах).

Заключение

Все морфологические составляющие хондрита Ефремовка имеют сложную комплексную историю и образовались независимо друг от друга. Тугоплавкие включения и хондры формировались в газово-пылевом облаке, темные включения — на одном из родительских тел хондритов.

Протовеществом тонкозернистых тугоплавких включений послужили продукты фракционной конденсации из высокотемпературного газа. Для протовещества хондр конденсаты уже были одной из многих составляющих, так как к тому времени объем твердого вещества в небуле многократно вырос. И тонкозернистые тугоплавкие включения, и хондры за время своей эволюции в протосолнечном облаке были расплавлены по крайней мере один раз.

Исходным материалом для темных включений послужило либо вещество того же родительского тела, из которого сформировались СУЗ хондриты, либо независимо аккретировавшая планетезималь,

состоявшая из сходного вещества. Под действием низкотемпературных растворов в окислительной обстановке произошло метзсоматическое замещение хондритового вещества с образованием филлосиликатов, обогащенного Со металла и других минералов. Водные растворы играли ключевую роль в перераспределении подвижных элементов (Na, К, Au, As, Br, S, Se) между различными участками развития метасоматитов, что предопределило образование нескольких типов темных включений. Последовавший затем нагрев (возможно, неоднократный) привел к дегидратации водосодержащих фаз, частичному выносу подвижных элементов и образованию кайм вокруг включений. В промежутке между метасоматозом и термальным метаморфизмом (вероятно, также и после) происходило интенсивное брекчирование и перемешивание вещества.

Публикации по теме диссертации

1. Бирюков В.В., Ульянов А.А. Особенности состава и происхождения тонкозернистых тугоплавких включений в углистых хондритах. XXII Метеоритная конференция, 1994, с. 19-20.

2. Biryukov V.V., Korotaeva N.N., Ulyanov A.A. The origin of the ,finegrained refractory inclusions in the carbonaceous chondrites. 20 Vernadsky-Brown Microsymposium on Comparative Planetology, 1994, p. 14-15.

3. Ulyanov A.A., ivanov A.V.. BrandstatterF.. KuratG.. Biryukov V.V. Spinel-rich metasomatized CAI from Kaidun. Meteoritics, 1994, vol. 29, N 4, p. 542-543,

4. Birjukov V.V., Ulyanov A. A. The evidence of multistage origin of the finegrained refractory inclusions in the carbonaceous chondrites. XXVI Lunar Planet. Sci. Conf., 1995a, p. 121-122.

5. Birjukov V.V., Ulyanov A.A. On the origin of FGIs & AOAs in CV, CR chondrites. Annales Geophysicae Supplement, 1995b, vol. 13, p. C732.

6. Birjukov V.V., Ulyanov A.A. Alterated CAIs in chondrite Lance (СОЗ). Annales Geophysicae Supplement, 1995c, vol. 13, p. C732.

7. Birjukov V.V., Ulyanov A.A. Petrological study of new Antarctic carbonaceous chondrites PCA-91082, TIL-91722, WIS-91600. XX Symposium on Antarctic meteorites, 1995d, p. 12-15.

8. Бирюков В.В., Ульянов А.А. Применение компьютерного моделирования фракционной конденсации к выяснению генезиса вещества углистых хондритов. XIII Российское совещание по экспериментальной минералогии, 1995, с. 130.

9. Бирюков В.В., Ульянов А.А. Минералогия, петрология и генезис тонкозернистых тугоплавких включений в углистых хондритах. Петрология, 1996, т. 4, N. 1, с. 57-77.

10. Birjukov V.V., Ulyanov A.A. Application of computer modeling of fraction condensation to determination of genesis of refractory inclusions in carbonaceous chondrites. Experiment in Geoscience, 1996a, 5, N. 1, p. 64-65.

11. Biryukov V.V., Ulyanov A.A. A compound P-enriched chondrule in PCA-91082 (CR2). Annates Geophysicae Supplement. 1996b, vol. 14, p. C834.

12. Biryukov V.V., Ulyanov A.A. High temperature components of Antarctic meteorite PCA90182 (CR2), their nebular evolution. XXI Symposium on Antarctic meteorites, 1996c, p. 8-10.

13. Biryukov V.V., Ulyanov A.A. Mineralogy, origin of chondrules in Antarctic CR2 chondrite PCA91082. Meteoritics, 1996d, vol. 31, p. A14-A15.

14. Birjukov V.V., Ulyanov A.A. Petrology, classification of new Antarctic carbonaceous chondrites PCA-91082. TIL-91722, WIS-91600. Proceedings of XX Symposium on Antarctic meteorites. 1996e, v. 9, p. 8-19.

15. Biryukov V.V., Ulyanov A.A. Mineralogy of the dark inclusion E80 in Efremovka CV3 chondrite. 24 Vernadsky-Brown Microsymposium on Comparative Planetology, 19961, p. 7-8.

16. Biryukov V.V., Korotaeva N.N., Gouseva E.V., Krot A.N., Ulyanov A.A. Dark inclusions in the CV3 carbonaceous chondrite Efremovka: textural, mineralogical observations. XXVIII Lunar Planet. Sci. Conf., 1997, p. 115-116.

17. Krot A.N., Brearley A.J., Biryukov V.V., Ulyanov A.A., KeilK., Swindje T.D., Mittlefehldt D.W. Dark inclusions in the reduced CV3 chondrite Efremovka: evidence for various degrees of aqueous alteration, thermal metamorphism. XXVIII Lunar Planet. Sci. Conf., 1997, p. 769-770.

18. Krot A.N.. Brearley A.J., Ulyanov A.A., Biryukov V.V., Swindle T.D., KeilK.. Mittlefehldt D.W., Scott E.R.D., Clayton R.N., MayedaT.K. Mineralogy, petrography, bulk chemical, l-Xe, oxygen isotopic compositions of dark inclusions in the reduced CV3 chondrite Efremovka: evidence for aqueous alteration, thermal metamorphism. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1998 (в печати).

19. Swindle T.D., Cohen В., Li В., Olson E., Krot A.N., Biryukov V.V., Ulyanov A.A. Iodine-xenon studies of separated components of the Efremovka (CV3) meteorite. XXIX Lunar Planet. Sci. Conf., 1998 (в печати).

20. Бирюков В.В., Ульянов А.А. Минералогия и генезис высокотемпературных фракций вещества антарктического CR2 хондрита РСА-91082. Метеоритика (в печати).