§4.
Хондриты
Наиболее
многочисленные каменные метеориты
делятся на две большие группы:
хондриты и ахондриты. Хондриты получили
свое название из-за наличия в них
необычных включений сферической
или эллиптической формы - хондр
- на более темном фоне, который называется
матрицей. Хондры можно видеть на поверхности
разлома метеорита, но лучше всего
они заметны на полированной поверхности
его распила. Размеры хондр могут
быть различны - от микроскопических до
сантиметровых. Занимаемый ими объем
иногда достигает 50% объема метеорита.
И хондры и матрица практически
не отличаются по составу и состоят
в основном из мелкокристаллических
железо-магнезиальных силикатов
и стекол. Однако по структуре хондры
все же состоят в основном из кристаллического
вещества. На этом основании некоторыми
учеными высказывается идея о
кристаллизации хондр из расплава.
Содержание никелистого железа в
хондритах не превышает 30%, и присутствует
оно в виде мелких частиц неправильной
или сферической формы. В целом
вещество хондритов сравнительно плотное
(от 2 до 3,7 г/см3), хотя и хрупкое. Достаточно
лишь небольшого усилия для того, чтобы
раскрошить в руках хондритовый
метеорит. Удивительно то, что хондры
до сих пор обнаружены только в
метеоритах. Их происхождение пока
остается загадкой, поскольку неизвестны
механизмы их возникновения. Другой
важной особенностью хондритов является
их предельно простой элементный
состав. Если не учитывать самые
летучие элементы (H, He, O и некоторые
другие), то получается, что состав хондритов
очень близок к элементному составу
Солнца. Причем такая близость прослеживается
не только по основным элементам, но и
по примесным, также являющимися
важными геохимическими индикаторами.
Примесные элементы делятся на три
группы: литофильные (Se, Sr, Rb, Ba, Ce, Cs, Th, U
и др.), халькофильные (Cu, Zn, Sn, Pb, Ag, Hg,
Cd, In и др.) и сидерофильные (Ga, Ge, Ru,
Pt, Pd, Os, Ir, Rh и др.), которые обнаруживают
сродство с минералами, богатыми кислородом,
серой и железом соответственно.
В частности, горные породы Земли, прошедшие
магматическую дифференциацию, содержат
в основном литофильные примесные
элементы. Халькофильные элементы встречаются
на земной поверхности только в ограниченных
областях рудных месторождений, а сидерофильные
практически отсутствуют. Оказалось,
что в хондритовых метеоритах
примесные элементы разных групп
присутствуют в тех же пропорциях
(с незначительными вариациями),
что и на Солнце. Это означает,
что хондриты образовались из вещества
солнечного состава и не проходили дифференциацию.
В то же время, очевидно, что они эпизодически
подвергались нагреванию, хотя и не очень
сильному, поэтому в них произошли некоторые
структурные и минералогические изменения,
называемые тепловым метаморфизмом.
Хондриты
четко делятся на три больших
класса по форме содержания железа,
точнее по степени его окисленности.
Хондритам этих классов дали следующие
названия и обозначения: энстатитовые
(Е), обыкновенные (О) и углистые (С). В
том же порядке в них увеличивается
содержание окисленного (двух- и трехвалентного)
железа. Все хондриты были еще поделены
на шесть петрологических типов,
в которых постепенно усиливаются
структурные и минералогические
проявления теплового метаморфизма
(от 1 до 6 типа). В наиболее распостраненнй
классификации большинство хондритов
относят (по составу преобладающих
силикатных минералов) к двум большим
группам - L и H.
а)
Углистые хондриты
Углистые
хондриты (обозначаемые буквой "C"
- от английского слова carbonaceous - углистый)
- самые темные, чем и оправдывают
свое название. Они содержат много
железа, но почти все оно находится
в связанном состоянии в силикатах.
Темную окраску углистым хондритам
придают в основном минерал магнетит
(Fe3O4), а также небольшие количества
графита, сажи и органических соединений.
Эти метеориты содержат также
значительную долю водосодержащих минералов
или гидросиликатов (серпентин, хлорит,
монтмориллонит и ряд других). C-хондриты
представляют собой неметаморфизованное
или слабо метаморфизованное
вещество. В настоящее время углистые
хондриты делятся на четыре группы
(CI, CM, CO и CV) на основании постепенного
изменения их свойств (эта классификация
была предложена Дж. Вассоном в 70-х годах).
В каждой из этих групп есть метеориты
- наиболее типичные представители, свойства
которых принимаются в качестве
эталонных. При обозначении этих
групп к латинской букве "C"
добавляется еще индекс, соответствующий
первой букве названия метеорита - типичного
представителя данной группы. (Следует
заметить, что каждому найденному
метеориту обычно присваивают имя
в соответствии с названием той
географической местности, где он был
найден). В упомянутых группах углистых
хондритов CI, CM, CO, CV типичными представителями
являются соответственно метеориты Ivuna,
Мигеи (метеорит, найденный на Украине,
в Николаевской области), Ornans и Vigarano. Несколько
раньше (в 1956 г.) Г. Вииком было предложено
деление углистых хондритов на три группы
(CI, CII и CIII), упоминания о которых можно
иногда встретить в литературе. Используемые
нами (вслед за Вассоном) группы CI и CM полностью
соответствуют группам CI и CII классификации
Виика, а группы CO и CV можно рассматривать
как составляющие группы CIII. В CI-хондритах
гидратированные силикаты занимают преобладающую
часть объема. Их рентгеновские исследования
показали, что преобладающим силикатом
является септехлорит (общая формула септехлоритов
Y6(Z4O10)(OH)8, где Y = Fe2+, Mg; Z = Si, Al, Fe3+). Причем,
все гидросиликаты находятся в аморфной
форме, то есть в форме стекла. Дегидратированных
силикатов (пироксенов, оливинов и др,
которые появляются при температурах
более 100° C) здесь вообще нет. CI-метеориты
представляют собой исключение среди
хондритов, поскольку их вещество вообще
не содержит хондр, а состоит как бы из
одной матрицы. Это подтверждает идею
о кристаллизации хондр из расплавленного
вещества, поскольку исследования показывают,
что вещество CI-хондритов не подвергалось
плавлению. Оно считается наиболее неизмененным,
по сути первичным веществом Солнечной
системы, сохранившимся с момента конденсации
протопланетного облака. Именно этим объясняется
высокий интерес ученых к CI-метеоритам.
В CM-хондритах содержится уже только 10-15%
связанной воды (в составе гидросиликатов),
а в виде хондр присутствует 10-30% пироксена
и оливина. В CO- и CV-хондритах содержится
только около 1% воды в связанном состоянии
и преобладают пироксены, оливины и другие
дегидратированные силикаты. В небольших
количествах в них имеется и никелистое
железо. Присутствие гидросиликатов заметно
снижает плотность углистых хондритов:
от 3,2 г/см3 в CV до 2,2 г/см3 в CI-метеоритах.
б)
Обыкновенные хондриты
Обыкновенные
хондриты названы так потому, что
они встречаются наиболее часто
в имеющихся метеоритных коллекциях
(Рис. 2). Они включают в себя три
химические группы: H, L и LL (H, L - первые буквы
от английских слов high - высокий и low
- низкий). Метеориты этих групп похожи
по ряду свойств, но отличаются по общему
содержанию железа и сидерофильных
элементов (H > L > LL) и по отношению
окисленного железа к металлическому
(LL > L > H). Хондриты группы H охватывают
петрологические типы от 3 до 6, а хондриты
групп L и LL относятся к петрологическим
типам 3-7. Структурные и минералогические
особенности О-хондритов свидетельствуют,
что эти метеориты испытали тепловой метаморфизм
при температурах примерно от 400° C (для
низкого петрологического типа 3) до более
950° C (для типа 7) и при ударных давлениях
до 1000 атм. (нарастающих при увеличении
температуры). По сравнению с более "правильными"
хондрами углистых хондритов хондры обыкновенных
чаще имеют неправильную форму и заполнены
обломочным материалом. Общее содержание
железа в О-хондритах по группам меняется
в следующих пределах: 18-22% (LL), 19-24% (L), 25-30%
(Н). Количество металлического железа
также увеличивается от группы LL к L и далее
- к H.
в)
Энстатитовые хондриты
В
энстатитовых (или Е-) хондритах железо
находится в основном в металлической
фазе, то есть в свободном состоянии
(при нулевой валентности). В то
же время в их силикатных соединениях
железа содержится очень мало. Практически
весь пироксен в них представлен
в виде энстатита (откуда и появилось
название данного метеоритного класса).
Структурные и минералогические
особенности энстатитовых хондритов
показывают, что они испытывали тепловой
метаморфизм при максимальных (для
хондритов) температурах, примерно в
диапазоне от 600° C до 1000° C. Как следствие,
Е-хондриты по сравнению с другими
хондритами являются наиболее восстановленными
и содержат наименьшее количество летучих
соединений. В этой группе выделяются
3 петрологических типа (Е4, Е5 и Е6),
в которых прослеживается нарастание
признаков теплового метаморфизма.
Было также обнаружено, что в Е-хондритах
имеют место широкие вариации
содержаний железа и серы в зависимости
от петрологического типа. На этом основании
некоторые ученые делят их еще
на типы I (куда входят Е4 и Е5) и II (Е6).
Хондры в энстатитовых хондритах
погружены в темную мелкодисперсную
матрицу, имеют неправильные очертания
и заполнены обломочным материалом.
§5.
Дифференцированные
метеориты
а)
Ахондриты
Менее
многочисленная группа каменных метеоритов
(около 10%) - ахондриты. В этих метеоритах
нет хондр и они химически
не похожи на хондриты, то есть имеют
несолнечный состав. Ахондриты составляют
ряд от почти мономинеральных
оливиновых или пироксеновых пород
до объектов, сходных по структуре
и химическому составу с земными
и лунными базальтами. Они бедны
железом и сидерофильными примесными
элементами, в них разное содержание
Fe, Mg и Ca. В сновном эти метеориты
похожи на изверженные породы Земли
и Луны, прошедшие магматическую
дифференциацию. Предполагается, что
ахондриты образовались из исходного
вещества хондритового состава в
одном процессе дифференциации, который
дал и железные метеориты, которые
обсудим несколько ниже. Ахондриты
делят на группы по минералогическому
составу. Название каждой из групп соответствует
либо названию основного минерала,
либо названию метеорита, который можно
считать типичным представителем данной
группы: обриты (97 вес. % составляет ортоэнстатит),
уреилиты (85 вес. % оливина), диогениты (95
вес. % ортопироксена), говардиты (40-80% ортопироксена)
и эвкриты (40-80% пижонита).
Кроме
ахондритов, дифференцированными метеоритами
являются еще железные и железокаменные
метеориты. Они вызывают значительный
интерес ученых не только потому, что
падают на земную поверхность реже
хондритов. Они представляют и другой
этап эволюции вещества в Солнечной
системе. В то время как в хондритах
записана история аккумуляции вещества
в допланетном облаке и при
образовании планетезималей, дифференцированные
метеориты "запечатлели" последовательность
процессов, протекавших в родительских
телах метеоритов, и их внутреннюю
структуру. Железные метеориты раньше
считались частью разрушенного ядра
одного большого родительского тела
размером с Луну или больше. Но, как
теперь известно, они представляют
множество химических групп, которые
в большинстве случаев свидетельствуют
в пользу кристаллизации вещества этих
метеоритов в ядрах разных родительских
тел астероидных размеров (порядка
нескольких сотен километров). Другие
же из этих метеоритов, возможно, представляют
собой образцы отдельных сгустков
металла, который был рассеян
в родительских телах. Есть и такие,
которые несут доказательства неполного
разделения металла и силикатов, как железо-каменные
метеориты.
б)
Железо-каменные метеориты
В
железо-каменных метеоритах имеется
два типа, которые отличаются по
химическим и структурным свойствам:
паласиты и мезосидериты. Палласитами
называются те метеориты, силикаты которых
состоят из кристаллов магнезиального
оливина или их обломков, заключенных
в сплошной матрице из никелистого
железа. Мезосидеритами называют те железо-каменные
метеориты, силикаты которых придставляют
собой в основном перекристаллизованные
смеси из разных силикатов, входящие
также в ячейки металла.
в)
Железные метеориты
Железные
метеориты почти целиком состоят
из никелистого железа и содержат
небольшие количества минералов
в виде включений. Никелистое железо
представляет собой твердый раствор
никеля в железе FeNi. При высоком
содержании никеля (30-50%) никелистое железо
находится в основном в форме
тэнита (g -фаза) - минерала с гранецентрированной
ячейкой кристаллической решетки,
при низком (6-7%) содержании никеля в
метеорите никелистое железо состоит
почти из одного камасита (a -фаза) - минерала
с объемно-центрированной ячейкой
решетки. Большинство железных метеоритов
имеет удивительную структуру: они
состоят из четырех систем параллельных
камаситовых пластин (по-разному
ориентированных) с прослойками, состоящими
из тэнита, на фоне из тонкозернистой смеси
камасита и тэнита. Толщина пластин
камасита может быть разной - от долей
миллиметра до сантиметра, но для каждого
метеорита характерна своя толщина
пластин. Если полированную поверхность
распила железного метеорита
протравить раствором кислоты, то проявится
его характерная внутрення структура
в виде "видманштеттеновых фигур".
Эти фигуры были названы в честь
А. де Видманштеттена, который наблюдал
их первым в 1808 г. Видманштеттеновы фигуры
были обнаружены только в метеоритах
и, как впоследствии выяснено, связаны
с необычайно медленным (в течение
миллионов лет) процессом остывания
никелистого железа и фазовыми превращениями
в его монокристаллах. До начала
50-х гг. железные метеориты классифицировали
исключительно по их структуре. Метеориты,
имеющие видманштеттеновы фигуры, стали
называть октаэдритами, поскольку составляющие
эти фигуры камаситовые пластины располагаются
в плоскостях, образующих октаэдр. В зависимости
от толщины l камаситовых пластинок (которая
связана с валовым содержанием никеля)
октаэдриты делят на следующие структурные
подгруппы: весьма грубоструктурные (l
> 3,3 мм), грубоструктурные (1,3 < l < 3,3),
среднеструкткрные (0,5 < l < 1,3), тонкоструктурные
(0,2 < l < 0,5), весьма тонкоструктурные
(l < 0,2), плесситовые (l < 0,2). У некоторых
железных метеоритов, имеющих низкое содержание
никеля (6-8%), видманштеттеновы фигуры не
проявляются. Такие метеориты состоят
как бы из одного монокристалла камасита.
Называют их гексаэдритами, так как они
обладают в основном кубической кристаллической
решеткой. Иногда встречаются метеориты
со структурой промежуточного типа, которые
называются гекса-октаэдритами. Существуют
также железные метеориты, вообще не имеющие
упорядоченной структуры - атакситы (в
переводе "лишенные порядка"), в которых
содержание никеля может меняться в широких
пределах: от 6 до 60%.