Инструментальный нейтронно-активационный анализ является одним из основных методов определения элементного состава внеземного вещества в образцах массой от нескольких мг до мкг. В лаборатории, совместно с ЦЛАВ, разработана методика анализа и получения информации о процессах фракционирования элементов для образцов неизвестной массы и образцов, масса которых определяется на уровне точности используемых микровесов. Кроме того, ИНАА также используется в качестве метода выделения из валовых проб хондритов включений мкм-размеров с необычным микроэлементным составом – сильно обогащенных относительно основных фаз метеоритов элементами с определенными физико-химическими свойствами. Ниже приведены некоторые результаты исследования отдельных компонентов метеоритов методом ИНАА.
Энстатитовые метеориты
Обриты
С целью уточнения процессов образования обритов получены данные по элементному составу силикатных (отдельные зерна энстатита и фракций энстатита кластов размером от <40 до 160 мкм) и металлических (нодули и тонкозернистый металл) компонентов обрита Norton County. Установлено наличие двух трендов фракционирования элементов в силикатной и металлической фракциях обрита (рис. A) Так, наблюдаемое обогащение индивидуальных зерен энстатита тяжелыми РЗЭ (рис. A1а) и подобие трендов фракционирование в нодулях обрита таковым в металле энстатитовых хондритах (рис. A1b) согласуется с конденсационной моделью образования этих компонентов, частично измененных вторичными процессами в родительском теле метеорита. Однако, обеднение размерных фракций энстатита La и отрицательные аномалии Eu (рис. A2а), а также значительное обеднение тонкозернистой фракции металла тугоплавким Ir (рис. A2b) свидетельствуют о протекании на родительском теле обритов магматических процессов, приведших к удалению плагиоклаза и частичному плавлению первичного металла Norton County. Следовательно, обширное плавление родительского тела в ударных процессах, не привело к полной переработке первичного вещества обрита. Также возможно, что сосуществование в обрите фракций с различным генезисом является результатом вторичной агломерации фрагментов первичного тела, разрушенного при столкновении с другим астероидом.
Хондриты
Результаты поиска следов ударного фракционирования сидерофильных элементов в металле энстатитовых хондритов по данным о содержании Ni, Co, Cu, Ga, Au, As и Ir в гранулометрических фракциях металла с разными ударно-термическими историями Adhi Kot ЕН4, Abee EH4 и Пилиствере EL6. Вариации отношения содержаний Ir/Au (индикатора интенсивности магматических процессов) в размерных фракциях металла энстатитовых хондритов и двух фракциях металла обрита Norton County представлены на рис B.
Из особенностей фракционирования элементов в металле энстатитовых хондритов можно отметить следующее: 1. Наблюдаемое обогащение тугоплавким Ir относительно Au (а также Ni, As и Ga) тонкозернистой (<45 мкм) фракции металла Adhi Kot ЕН4 с признаками частичного плавления может быть следствием испарения более летучих элементов в процессе ударного нагрева вещества хондрита. 2. Плавление класта брекчии Abee ЕН4 привело к более заметному фракционированию между этими элементами и, в отличие от металла Adhi Kot, обеднению частицы металла класта Ir относительно более летучего Au (отношение Ir/Au<1). 3. Слабые вариации отношения Ir/Au в металле равновесного Пилиствере EL6 с признаками сильного до-метаморфического и слабого постметаморфического ударного воздействия (Sears, 1997) свидетельствуют о практически полном уничтожении следов ударного фракционирования элементов в результате их перераспределения между зернами металла в процессе метаморфизма вещества хондрита. 4. Сильное обеднение иридием тонкозернистого металла Norton County указывает на его кристаллизацию из частичного расплава, обогащенного более летучими элементами. Однако, интервал вариаций отношения Ir/Au в крупные нодулях металла обрита практически совпадает с таковым для неравновесных энстатитовых хондритов.
Различие в степени фракционирования элементов по летучести в металле энстатитовых хондритов и ахондрита обусловлены разной интенсивностью ударных процессов, протекавших на их родительских телах. Менее интенсивные ударные процессы на родительском теле хондритов привели только к частичному испарению более летучих сидерофильных элементов, тогда как под воздействием интенсивных ударных процессов на родительском теле обрита металл претерпел частичное плавление с последующим отделением образованного расплава от первичного металла.
Реликты первых конденсатов Cолнечной системы - включения в углистых и обыкновенных хондритах
а) Полученные данные по элементному составу фрагментов хондрита Каинсаз свидетельствуют о присутствии в хондрите ультратугоплавких включений, обогащенных (до 104хCI) тугоплавкими сидерофильными и (или) литофильными элементами. Предполагается, что эти включения являются реликтами первых конденсатов протопланетного облака. Три типа фракционирования тугоплавких сидерофилов разной летучести в включениях и разное содержание в них вольфрама свидетельствуют об образовании высокотемпературного металла хондрита в разных процессах (конденсация в газе солнечного и несолнечного состава и испарение первичного металла) и окислительно-восстановительных условиях. Высокое содержание Sc2O3 (до 18 мас.%) и сильное фракционирование РЗЭ по летучести в включениях, обогащенных тугоплавкими литофильными элементами, указывают на их образование при высоких температурах на ранней стадии эволюции Солнечной системы. Основным отличием состава Sc-содержащих фаз метеоритов от состава наиболее распространенного земного минерала скандия – тортвейтита является обогащение внеземных фаз труднолетучими Al, Ti, и Ca (табл.). В Sc-алюминате, как и в тортвейтите, наблюдается сильное фракционирование между легкими и тяжелыми РЗЭ, но с одним существенным различием - сильным обеднением Sc-минерала хондрита летучими Eu и Yb (рис. C). Наличие отрицательной аномалии летучих РЗЭ в Sc-алюминате указывает на образование минерала хондритов при высоких (~ 1700 К) температурах с последующим быстрым остыванием. Внеземные и земные минералы скандия образовались на противоположных стадиях эволюции планетарного вещества: хондритовые - на первых стадиях конденсации элементов и являются реликтами первичных минералов Солнечной системы, изолированными от окружающего газа до полной конденсации всех РЗЭ, а земные - на последних стадиях гидротермального изменения земных пород.
б) По результатам анализа углистых включений хондрита Крымка LL3.1, сложенных смесью субмикронных зерен оливина, троилита, металла с алифатическими углеводородами и карбонильными азотсодержащими соединениями. установлено присутствие в них "мистерита" - фазы, сильно обогащенной летучими элементами (Ag, Sb, Zn). Возможно, мистерит является органическим веществом, образовавшим комплексные соединения с летучими элементами на последних этапах конденсации газопылевой туманности. Предполагается, что углистые включения хондрита Крымка сформировались в результате активного переноса и многостадийной агломерации их отдельных компонентов, образованных в разных Р–Т-условиях.
Распространенность элементов в включениях - реликтах первичных конденсатов протопланетного облака, изолированных от взаимодействия с окружающей средой при разных температурах, приведена на рис.D.
Хондры; первичный состав и вторичные процессы
По данным об элементном составе хондр хондритов разных химических групп и петрологических типов Murray CM, Каинсаз СО, Андреевка L3, Оханск Н4, Саратов L4 и Еленовка L5 сделаны следующие выводы. 1. Наличие в хондрах четкого фракционирования между литофильными и сидерофильными элементами и независимость степени обеднения хондр железом от химической группы обыкновенных хондритов, указывающее на образовании хондр из вещества, претерпевшего полное фракционирование металл-силикат. 2. Выявленные различия в составе хондр обыкновенных и углистых хондритов, свидетельствует об их образовании из предшественников разного состава. 3. Наблюдаемые корреляционные зависимости между содержанием элементов в хондрах хондритов разных химических групп определяются геохимическими свойствами элементов, их летучестью, различием в химическом составе предшественников, условиями кристаллизации индивидуальных хондр и степенью их последующих метаморфических изменений.
Для оценки влияния водных и термальных процессов на первичный состав хондр обобщены полученные и имеющиеся литературные данные по их элементному составу в хондритах разных химических групп и петрологических типов. Установлено, что вторичные процессы в родительских телах хондритов оказали существенное влияние на химический состав хондр (рис E), особенно на содержание Fe (термальные и водные), Na (водные) и Cr (термальные). Чувствительность элементов к водным процессам увеличивается в последовательности Na>Fe>Cr=Sc, а к термальным – Cr>Fe>Na>Sc. Следовательно, химический состав наиболее неравновесных обыкновенных хондритов Semarkona LL3.0 и Крымка LL3.1 с признаками водных изменений не является первичным. Возможно, только хондры хондрита Renazzo CR, слабо измененного термальными и водными процессами, сохранили свой первичный состав.
Литература
Лаврухина А.К., Люль А.Ю., Колесов Г.М., Барышникова Г.В. Oсобенности элементного состава хондр обыкновенных хондритов Оханск Н4, Саратов L3-4 и углистого хондрита Каинсаз. Геохимия, № 1, (1987) 44-63.
Люль А.Ю., Колесов Г.М., Лаврухина А.К. Распределение тугоплавких элементов в фрагментах углистого хондрита Каинсаз СО. Геохимия, № 10, (1990) 1467-1475.
Люль А.Ю., Колесов Г.М., Лаврухина А.К. Поиск и определение элементного состава ультратугоплавких включений в углистых хондритах. Активационный анализ. Методология и применение. "ФАН", Ташкент. 1990. С. 166-173.
Яковлев О.И., Люль А.Ю., Колесов Г.М., и др. Фракционирование элементов в ударном испарении - экспериментальные данные. Геохимия, № 11, (1992) 1426-1436.
Яковлев О.И., Люль А.Ю. Геохимия микроэлементов в ударном процессе. Геохимия, № 3, (1992) 323-337.
Семененко В.П., Колесов Г.М., Самолович Л.Г., Люль А.Ю. Углистые включения в хондрите Крымка LL3. Геохимия, № 8 (1992) 1111-1121.
Лаврухина А.К., Лаврентьева З.А., Люль А.Ю. Исследование изолированных включений и минеральных фракций углистого хондрита Каинсаз СО. Геохимия, № 2 (1994) 209-222.
Колесов Г.М., Шубина Н.А., Люль А.Ю. Оптимизация нейтронно-активационного анализа внеземного вещества: фрагменты лунных пород, метеориты, хондры и ультратугоплавкие включения. ЖАХ, 56 (2001) 1022-1028.
Lyul, A.Yu., Lavrentjeva Z.A., Kolesov G.M., Trace element fractionations in the metal of aubrites. Lunar and Planetary Science XXXVIII, Houston, 2007. #1059
Люль А. Ю., Лаврентьева З. А., Колесов Г. М. Элементный состав гранулометрических фракций металла энстатитовых хондритов Adhi Kot EH4 и Пилиствере ЕL6: поиск признаков ударно – индуцированного фракционирования элементов // Труды X юбилейной конференции "Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле" Вестник ОНЗ РАН. 2010. Т. 2. NZ6023. doi:10.2205/2010NZ000041.
Люль А.Ю. Минералы скандия в углистых хондритах // Труды Международного семинара «Структура и разнообразие минерального мира», г. Сыктывкар, Коми НЦ УрО РАН. 2008, с. 144-145.
Люль А.Ю., Колесов Г.М. Влияние термальных и водных процессов содержание Fe, Cr, Na и Sc в хондрах обыкновенных и углистых хондритов. URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2008/informbul-1_2008/planet-22.pdf
