Автореферат на тему: "Петрология обыкновенных хондритов"

Зиновьева Н.Г.

Кафедра Петрологии МГУ

5.3.Явления распада твердых растворов в минералах хондр и матрицы обыкновенных хондритов. В работе описан широкий набор реликтовых зерен, обнаруженных как в хондрах, так и в матрице обыкновенных хондритов [Rambaldi and Wasson, 1982; Маракушев и др., 1992; Zinovieva et al., 1995; Jones and Danielson, 1997 и многие другие], представленных оливином, пироксеном и камаситом со структурами распада в их центральных частях и мономинеральными каймами, лишенными микровключений. Для земных пород известны структуры распада твердых растворов в магматических (связанные, главным образом, с понижением температуры) и в высокобарных метаморфических породах (образующиеся в результате почти изотермической декомпрессии). Структуры распада твердых растворов земных пород, обусловленные декомпрессией [Liou et al., 1998], включают: а) кварцевые иглы в клинопироксене; б) магнетитовые иглы и пластины в оливине; в) ильменитовые иглы в оливине и многие другие. Хотя механизм распада высокобарных фаз до конца не ясен, каждый минерал, насыщенный ламеллями другой фазы, несет информацию о своем гомогенном предшественнике и позволяет судить о физико-химических условиях его образования.

Структуры распада в пироксене. Впервые обнаруженные нами в хондритах кристаллы пироксена, содержащего ориентированные в одном направлении удлиненные ламелли кварца, по структуре и составу сопоставимы с характерными для земных высокобарных пород структурами распада пересыщенного кремнеземом клинопироксена, образующимися при понижении температуры и, главным образом, давления [Tsai, 1998 и др.]. Экспериментальное изучение пересыщенных кремнеземом клинопироксенов различного состава показало, что они устойчивы при давлениях выше 35 кбар [Ханухова и др., 1976; Zharikov и др., 1984; Angel et al., 1988].

Структуры распада в оливине. В хондрах и матрице различных хондритов I типа описано большое количество реликтовых оливиновых зерен, центральные части которых насыщены мельчайшими зернами не содержащего никеля самородного железа, образующими субпараллельные цепочки. Как было показано выше присутствие в Fe^o -содержащем оливине обратной зональности, более интенсивное замещение краевых частей реликтовых зерен и проникновение новообразованного агрегата внутрь зерен железистого оливина по системе субпараллельных трещин, иногда приводящее к образованию петельчатых структур, свидетельствуют о том, что процесс разложения железистого оливина происходил под воздействием восстановленного флюида. Причем результаты экспериментального изучения замещения железистого оливина магнезиальным оливином и самородным железом [Boland and Duba, 1981; Danielson and Jones, 1995] показали, что главную роль играет низкий химический потенциал кислорода, а не конкретный состав флюида (водород, аргон, смеси H₂/CO₂ и СО/CO₂).

Структуры распада в камасите. Вхождение в твердый раствор железа углерода, фосфора, хрома и кремния в различных количествах хорошо известно в металлургии [Бочвар, 1956; Натанов, 1956]. При разных температурах и давлениях железо обладает различной изоморфной емкостью по отношению к разным элементам, поэтому при изменении физико-химических условий происходит распад твердых растворов с образованием обособленных фаз. Выше приводились примеры обнаруженных в обыкновенных хондритах структур распада во внутрихондровом и матричном камасите, в котором в зависимости от окислительно-восстановительной обстановки, присутствуют восстановленные формы или окисные соединения соответствующих элементов.

Экспериметальные исследования системы железо - углерод показали [Lipschutz and Anders, 1964], что распад твердого раствора углеродсодержащего железа и обособление алмаза или графита в самородном железе происходит в результате понижения температуры и давления. Таким образом, вхождение углерода в твердый раствор камасита на раннем этапе формирования хондритов и последующий распад твердого раствора при падении температуры и давления может являться одним из источников мелкодисперсного матричного алмаза, тем более что углистое вещество углистых и обыкновенных хондритов, а также обнаруженные в них мельчайшие зерна алмаза приурочены преимущественно к тонкозернистой железо-силикатной матрице [Huss, 1990; Вальтер и др., 1992; Makjanic et al., 1993].

О том, что кристаллизация хондритового расплава на раннем этапе его формирования происходила при значительных давлениях можно судить и по кристаллизации самородного кремния в камасите. В.И.Фельдманом с соавторами [1999] было показано, что кристаллизация микронных обособлений самородного кремния в самородном железе ликвационно отделившихся от силикатного расплава железных шариков, происходила при значительных давлениях еще до полного снятия импульсной нагрузки, вызвавшей плавление гранатового песка и расслоение полученного расплава.

Таким образом, присутствие в хондритах реликтовых зерен со структурами распада, сопоставимыми со структурами распада твердых растворов, крайне характерными для соответствующих земных минералов, формировавшимися в условиях высоких давлений, а также кристаллизация самородного кремния одновременно с камаситом и находки алмаза в хондритах свидетельствуют о том, что этапу кристаллизации расщепленных хондритовых расплавов, зафиксированному в структуре хондритов, предшествовал период их развития в восстановительных условиях под значительным давлением внутри больших родительских планет.

Второй этап кристаллизации хондритовых расплавов происходил в условиях повышения окислительной обстановки, по-видимому, уже после развала родительских планет внутри небольших тел (возможно, до первых сотен километров), о чем свидетельствует кристаллизация в хондритах II и III типов жадеит-юриит-содержащих пироксенов. Сопоставление минерального состава и структуры обыкновенных хондритов различных типов (I, II, III) показало резкое преобладание хондритов III типа с затушеванной хондритовой структурой, лишенных вулканического стекла, что характеризует относительно глубинные условия их образования, над стеклосодержащими хондритами (II и I типы), сформировавшимися в условиях резкого переохлаждения.

Подтверждением существования вертикальной зональности в родительских телах обыкновенных хондритов может также служить широкое развитие в хондритах I и II типов (менее характерое для хондритов III типа) протопироксенов, особенности инверсии которых свидетельствуют о более быстрой скорости кристаллизации пироксеновых хондр в хондритах I типа по сравнению с хондритами II и III типов [Ashworth et al., 1984; Ashworth, 1980], а сама возможность кристаллизации протопироксена в хондритах III типа ограничивает давление внутри тела ~ 8 кбар [Boyd et al., 1964; Gasparik, 1990].

Таким образом, особенности минерального состава структур распада фаз, присутствующих как в хондрах, так и в матрице обыкновенных хондритов, свидетельствуют о двухэтапности формирования расщепленного хондритового расплава сначала в условиях усиления восстановительного потенциала при значительных давлениях внутри крупных родительских тел, а затем в обстановке усиления окислительного потенциала, видимо, в телах существенно меньшего размера.