Автореферат на тему: "Петрология обыкновенных хондритов"

Зиновьева Н.Г.

Кафедра Петрологии МГУ

Фиг. 7. Особенности строения хондр обыкновенных хондритов I типа

Выше было отмечено, что принципиальным отличием обыкновенных хондритов I типа являются переменные составы силикатов. Исследование сосуществующих минералов в порфировых, наиболее распространенных, хондрах обыкновенных хондритов позволило выявить закономерности в изменении условий хондрообразования, нашедшие свое подтверждение и в хондрах, обладающих другими структурами. В большинстве порфировых хондр проявлена только прямая зональность оливина и пироксена, но встречаются хондры, которые обладают сложной (от обратной к прямой) зональностью этих минералов. Порфировые пироксен-оливиновые и оливиновые хондры со сложной зональностью силикатов исследовались в обыкновенных хондритах Yamato-82133 НI(3) (PPO: х.15 и POP: х.19) и Yamato-74417 LI(3) (PO: х.03). Они представлены порфировыми зернами оливина (Fa_4-19 - Yamato-82133; Fa_1.7-16 - Yamato-74417) и пироксена (Fs_1-2Wol_0-1 - Yamato-82133), как правило, окруженного клинопироксеновыми каймами. Фенокристаллы оливина и пироксена сцементированы стеклом существенно плагиоклазового состава (Yamato-82133 HI(3) [Yamato-74417 LI(3)]: SiO₂ 63.59 [45.36]; TiO₂ 0.24 [1.40]; Al₂O₃ 18.79 [26.66]; Cr₂O₃ 0.16 [0.47]; FeO 1.31 [1.03]; MgO 3.09 [5.01]; CaO 3.22 [15.39]; Na₂O 7.91 [3.70]; K₂O 1.50 [0.78]; P₂O₅ 0.1 [0.1]; S 0.1 [0.1]) с игольчатыми и таблитчатыми зернами клинопироксена. В отличие от обычных, часто встречающихся, порфировых хондр с нормальной зональностью силикатов, в центральной части данных хондр присутствуют крупные зерна оливина, внутренняя часть которых сложена оливином (Fa_9-10 - Yamato-82133; Fa₉ - Yamato-74417), насыщенным микровключениями самородного железа (фиг. 7а), которое не содержит никеля, чем отличается от никелистого железа, входящего в состав матрицы и некоторых хондр. Центральные части зерен окружены каймами более магнезиального оливина (Fa₇ -->Fa₄ - Yamato-82133; Fa₈ -->Fa_5.5-->Fa_1.7 - Yamato-74417). Образование центральных частей оливиновых зерен пироксен-оливиновых хондр (Yamato-82133: х.15) хорошо описывается реакцией смещенного равновесия, моделирующей псевдоморфное замещение более железистого оливина (валовый состав агрегата Ol₁₀+ Fe^o отвечает составу Ol₁₅) более магнезиальным оливином и самородным железом:

1.92Mg_1.7 Fe_0.3SiO₄ + 0.24H₂ = 1.7Mg_1.8Fe_0.2SiO₄ + 0.21MgSiO₃ + 0.24Fe^o + 0.24H₂O.

Прямым петрографическим подтверждением, приведенной выше реакции, и свидетельством обогащения энстатитовым миналом остаточного расплава пироксен-оливиновых хондр является широкое развитие пойкилитовой структуры, в которой мелкие зерна железистого (раннего) оливина (Fa_16-19) и пироксена (Fs₁₉En₈₀Wol₁) находятся в виде пойкилитовых включений в крупных порфировых зернах пироксена одновременно с которыми кристаллизуется магнезиальный оливин (Fa_4-6). Для крупных порфировых зерен пироксена (фиг. 7б) также характерна обратная зональность (ядра: Fs₁₃En₈₇; кайма: Fs_2-7 En_92-97Wol₁). Следует отметить отсутствие безникелистого железа в кайме магнезиального оливина и мелких зернах магнезиального оливина (Fa₃), ассоциирующих с магнезиальным пироксеном (Fs₂En_97.7Wo_0.3). В тех случаях, когда крайне редко металлическая фаза встречается в виде мелких капельных выделений в магнезиальных оливине и пироксене, она представлена никелистым железом и, следовательно, захвачена при кристаллизации хондрового расплава. Завершается кристаллизация образованием кайм, таблитчатых и игольчатых зерен клинопироксена (Fs_1-2En_41-47Wo_40-47, 6-11 мас.% Al₂O₃), сцементированных стеклом плагиоклазового состава.

Факт присутствия мелкой сыпи субмикронных обособлений самородного железа (не содержащего никеля) в центральных частях некоторых оливиновых зерен, встречающихся в порфировых пироксен-оливиновых хондрах, неоднократно отмечался в литературе [Rambaldi and Wasson, 1981; Rambaldi 1981; Rambaldi and Wasson, 1982; Nagahara, 1981; Fredrikson et al., 1969; Fujita and Kitamura, 1993, Zinovieva et al., 1995 и др.] для обыкновенных хондритов Allan Hills A77011 LI(3.5), A77278 LLI(3.6), A77299 H3.7, Sharps HI(3.4), Bishunpur LLI(3.1), St. Mary's County LLI(3.3), Chainpur L/LLI(3.4), Ngawi LLI(3.2-3.7), Крымка LLI(3.1), Semarkona LLI(3.0), Yamato-82133 HI(3) и других. Е.Р.Рамбалди и Д.Т.Вассон [1982] выделили пять основных структурных типов оливинов, содержащих самородное железо. Два из них, уже рассмотренных выше, охватывают 90% случаев субмикронных выделений самородного железа в ядрах крупных (> 150 микрометров - мкм) зерен оливина с обратной зональностью - это железистые оливины оливиновых и пироксен-оливиновых хондр. В остальных случаях сыпь самородного железа приурочена: 1) либо к крупным зернам оливина, расположенным в хондрах и обладающим сложной зональностью; 2) либо к краевым частям зерен оливина, встречающегося как в матрице, так и в хондрах, с чистым, без самородного железа, ядром и содержащей самородное железо каймой, причем субмикронная сыпь самородного железа присутствует не только в кайме, но и проникает вглубь оливиновых зерен в виде лентообразных заливов, субпараллельных системе трещин в оливине; 3) либо к фрагментам оливиновых зерен, в которых полосы, обогащенные самородным железом, параллельны только одной из двух систем трещин оливина, ассоциирующего со сдвойникованным ортопироксеном.

Следует отметить, что валовая железистость кайм Fe^o-содержащего оливина равняется железистости чистых, лишенных самородного железа ядер оливина, а размеры зерен, обладающие подобной зональностью, в 1.5-2 раза крупнее оливиновых зерен, в которых самородное железо приурочено к ядрам. То есть, более крупные зерна оливина подвергаются восстановительным процессам только во внешних частях, в то время как их ядра остаются незатронутыми. Это подтверждается и характерным для некоторых оливиновых зерен восстановлением железа по системе параллельных трещин, в результате чего внешняя кайма, обогащенная безникелистым железом, образует лентообразные заливы внутрь не восстановленных оливиновых ядер.

Аналогичные по химизму закономерности наблюдались нами [35] при изучении процессов магматического замещения в уреилитах, в которых в результате воздействия углеводородного флюида на пироксен-оливиновый субстрат происходило интенсивное замещение железистого оливина магнезиальным с выделением мелкой сыпи безникелистого железа. При этом некоторые зерна железистого оливина заместились полностью, в других сохранилось незамещенное ядро, окруженное каймой магнезиального оливина с самородным железом, а в некоторых зернах замещение магнезиальным оливином и самородным железом происходило лишь по трещинам, проникая в неизмененные ядра. Железистый пироксен субстрата перекристаллизовывался гораздо слабее, чем оливин. Замещение пироксена проявилось в образовании тонких прерывистых каемок (присутствующих далеко не повсеместно) магнезиального ортопироксена, в котором иногда встречается самородное железо, но в незначительных количествах и далеко не всегда. Исходя из этого, становится понятным менее интенсивное восстановление пироксена (в котором не обнаружено сыпи самородного железа) по сравнению с оливином и в хондритах, а также образование разных типов зональности, насыщенного самородным железом оливина, обусловленных различной интенсивностью замещения последнего. В зависимости от интенсивности замещения, вызванного воздействием углеводородного флюида на крупные зерна железистого оливина, образуются либо обогащенные Fe^o каймы более магнезиального оливина (иногда сопровождаемые лентообразными заливами, проникающими вглубь богатых FeO зерен по системе субпараллельных трещин), либо, в случае более интенсивного воздействия, парагенезис самородного железа с магнезиальным оливином полностью замещает богатые закисным железом ядра крупных кристаллов оливина, окружаясь, в свою очередь, каймами магнезиального оливина, лишенного самородного железа. Это подтверждается и экспериментальными исследованиями процесса восстановления самородного железа в оливине при температурах 950-1500^o С под воздействием водорода и аргона [Danielson and Jones, 1995] или смесей Н₂/CO₂ и CO/CO₂ [Boland and Duba, 1981], воспроизводящими аналогичные структуры замещения.

Фиг. 8. Включения в металлических фазах обыкновенных хондритов.

Предложенный механизм объясняет все многообразие структурных типов Fe^o-содержащего оливина в порфировых оливиновых и пироксен-оливиновых хондрах и наглядно моделируется приведенной выше реакцией, отражающей нарастание восстановительных условий хондрообразования, фиксируемого обратной зональностью зерен оливина и пироксенов и образованием самородных металлов. Помимо железа и никеля в металлической фазе обыкновенных хондритов I типа описаны кремний, хром и фосфор, причем их присутствие характерно лишь для магнезиальных хондр, для которых, на основании обратной корреляции содержаний восстановленных форм Cr, P и Si с железистостью оливина, Б.Занда с соавторами [Zanda et al., 1994] доказали существование металл-силикатного равновесия. В магнезиальных хондрах и матрице хондрита Yamato-82133 HI(3) нами впервые в никелистом железе метеоритов были обнаружены [48, 54] высокоглиноземистые фазы (герцинит и корунд), формирующие (фиг. 8а) закономерно ориентированную структуру (или распада твердого раствора, или одновременной кристаллизации), и было показано, что в зависимости от окислительно-восстановительной обстановки алюминий мог присутствовать либо в самородном виде, либо образовывать равновесные окисные формы (герцинита и корунда) в тех же условиях, которые контролировали присутствие в камасите восстановленных форм хрома и кремния. В камасите железистых хондр Cr, P и Si в нуль-валентном состоянии либо отсутствуют, либо встречаются в виде каплевидных обособлений, отвечающих по составу их окисным соединениям (фиг. 8б,в).

Таким образом, в составе и морфологии обособлений Cr, P, Si и Al в железо-никелевых фазах отражается двухэтапность формирования обыкновенных хондритов I типа - смена восстановительных условий, зафиксированных в многообразии самородных металлических фаз (Fe^o , Ni^o , Si^o и примесь Si^o , Cr^o , P^o в никелистом железе), окислительными, что проявляется в образовании самостоятельных окисных соединений хрома, фосфора и кремния (хромит, фосфаты, кварцевое стекло или кристобалит, фиг. 8г).

Усиление окислительной обстановки проявляется и в составе хондровых силикатов обыкновенных хондритов I типа. Краевые части уже полностью раскристаллизованных хондр обыкновенных хондритов подвергаются интенсивному воздействию матричного вещества (фиг. 7в), вызывающему перекристаллизацию оливина на границе хондр с образованием более железистого оливина (Yamato-82133 H: Fa₂₈), а также развитие секущих прожилков камасита и троилита, которые при пересечении зерен энстатита окружены каймой железистого оливина (Yamato-82133 H: Fa₂₈), а при пересечении зерен оливина (Yamato-82133 H: Fa₁₃) вызывают его перекристаллизацию с образованием более железистого (Yamato-82133 H: Fa₂₀). Реакция сопровождается увеличением содержания Fe²⁺ за счет окисления никелистого железа. Резкое скачкообразное изменение характера зональности силикатов: смена обратной зональности оливина и пироксена на прямую свидетельствует о двухэтапном развитии хондр обыкновенных хондритов.

Два этапа кристаллизации, предшествующие переохлаждению, прослеживаются также в структуре и закономерном изменении состава оливина и пироксена хондр обыкновенных хондритов, обладающих колосниковой структурой. Двухэтапность фиксируется наличием в пироксен-оливиновых хондрах (хондры 06 и 27, Yamato-82133 НI) скелетных пластинчатых кристаллов железистого (Fa_26.3) оливина, составляющих основу колосниковой структуры, реакционно замещаемых (фиг. 7г) магнезиальным ортопироксеном (центр: Fs_0.5 En_87.8 Wo₈, край: Fs_1.3 En_79.7 Wo_14.2) и клинопироксеном (Fs_0.1 En_55.6 Wo_33.5), сцементированных стекловатой основной массой. Эти соотношения проливают свет на последовательность консолидации хондр, которые на первом этапе состояли из остаточного расплава и железистого оливина, образующего оливиновую оторочку хондры и колосниковые скелетные пластинки. Последующее развитие магнезиального ортопироксена обусловлено реакцией с оливином остаточного расплава, стирающей колосниковую структуру хондры, которая сохраняется в ортопироксеновых зернах только в виде реликтов. Смену кристаллизации железистого оливина магнезиальным ортопироксеном нельзя объяснить просто обычной реакционной последовательностью магматической кристаллизации оливин - ортопироксен - клинопироксен, происходящей на фоне понижения температуры, как это было сделано выше для колосниковых хондр хондритов II типа (хондра 23, Оханск НII). По аналогии с уже рассмотренными порфировыми пироксен-оливиновыми хондрами со сложной зональностью силикатов закономерности изменения состава оливина и ортопироксена колосниковых хондр также можно объяснить эволюцией окислительно-восстановительных условий сначала в сторону усиления восстановительного потенциала, а затем в сторону усиления окислительного потенциала, а развитие магнезиальных силикатов по более железистым - водородным воздействием, характеризующимся реакцией: MgFeSiO₄ + H₂ = MgSiO₃ + Fe^o + H₂O.

Принципиально важным является то, что в структуре и составе силикатов различных структурных типов хондр обыкновенных хондритов фиксируется два основных этапа хондрообразования, отражающихся в смене обратной зональности силикатов на прямую. В некоторых хондрах этот процесс сопровождается выделением самородного железа, в других прослеживается последовательная смена кристаллизации железистых оливинов и пироксенов более магнезиальными, а затем опять более железистыми. Формирование сложной зональности, по разному проявляющейся в различных по структуре и составу хондрах, но имеющей одинаковую химическую направленность, свидетельствует об общих для разных типов хондр и матрицы (так как зональные зерна оливина, обладающего сложной зональностью, описаны [Rambaldi and Wasson, 1982] и в матрице) причинах, связанных со сменой окислительно-восстановительной обстановки в процессе хондрообразования сначала в сторону усиления восстановительного потенциала (до восстановления самородного железа из состава оливина и замещения зерен оливина и пироксена более магнезиальными разностями), а затем в сторону резкого усиления окислительного потенциала, вызывающего кристаллизацию более железистого оливина.

Таким образом, в структуре и составе силикатов и металлических фаз хондр обыкновенных хондритов I типа (смена обратной зональности оливина и пироксена на прямую; смена парагенезиса восстановленных форм Cr, Si и P с камаситом на ассоциацию камасита с их окисными соединениями) фиксируется два основных этапа хондрообразования - восстановительный (с переходом железа в самородное состояние) и окислительный (с накоплением закиси железа в остаточных расплавах).