Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Расплавные стёкла жаманшинитов и иргизитов 51
Результаты исследований 51
Расплавные стёкла жаманшинитов 51
Неразделённая проба жаманшинита 51
Цветные стёкла жаманшинитов . 54
Расплавные стекла изгизитов 89
Обсуждение 98
Цвет стёкол жаманшинитов 98
Расплавное стекло жаманшинитов 99
Расплавное стекло иргизитов (стекло-1) 103
Выводы: 105
ГЛАВА 2. Конденсатные стёкла жаманшинитов и иргизитов 106
Результаты исследований 106
Конденсатные стёкла иргизитов 106
Конденсатные стекла жаманшинитов 125
Неразделённая проба жаманшинита 125
Цветные стёкла жаманшинитов. 130
Обсуждение 147
Конденсатные стёкла иргизитов 147
Конденсатные стёкла жаманшинитов 150
Конденсатное стекло иргизитового типа 150
Конденсатное стекло жаманшинитового типа. 152
Выводы: 156
ГЛАВА 3. Сравнение земных и лунных импактных стёкол 157
Классификация стёкол 157
Цветовая классификация 157
Классификация по составу 157
Расплавные стёкла Земли и Луны
Лунные расплавные стёкла HASP 158
Результаты изучения 158
Стёкла типа HASP в лунном реголите 158
Стёкла HASP в жаманшинитах. 162
Тектитоподобные стёкла на Земле и на Луне 170
Обсуждение 172
Конденсатные стёкла Земли и Луны 174
Результаты изучения 174
Обсуждение 182
Выводы: 185
ГЛАВА 4. Плёночные конденсаты земли и луны 186
Результаты изучения 186
Обсуждение 209
Неокисляемость 212
Результаты исследования 212
Обсуждение 228
Выводы: 229
ГЛАВА 5. Тип ударника и реконструкция импактного события, образовавшего кратер жаманшин 230
Тип ударника кратера Жаманшин 232
Результаты исследования 232
Обсуждение 241
Реконструкция импактного события Жаманшин 245
Выводы: 253
Заключение 254
Литература 255
- Цветные стёкла жаманшинитов
- Конденсатные стекла жаманшинитов
- Классификация по составу
- Результаты исследования
Цветные стёкла жаманшинитов
Однако существуют и другие классификации стёкол. Первоначально классификацию импактитов по текстурно-структурным признакам предложил Масайтис (Масайтис и др., 1980). Изох (1991) взял за основу классификацию Масайтиса и предложил разделение стёкол кратера Жаманшин на два типа: импактиты 1-го и 2-го рода. Импактиты 1-го рода, представляют собой полностью аморфизированные породы фундамента, превращённые в диаплектовые стёкла; импактиты 2-го рода – расплавные стёкла.
В отдельную группу Глассом с соавторами (Glass et al., 1983) были выделены микронные стеклянные шарики переменного состава, частично перекрывающегося с тектитами и кислыми жаманшинитами, а в некоторых случаях с экстремально высокими содержаниями Cr, Co и Ni даже по сравнению с иргизитами, которые были названы микроиргизитами. Позднее было предложено разделение микроиргизитов на несколько групп отличающихся по морфологии, содержанию главных и редких элементов. Кроме того, для обозначения микроиргизитов близких по составу к кислым жаманшинитам было предложено использовать термин «микрожаманшиниты» (Скублов и др., 2005).
Ещё одна классификация импактных стёкол кратера Жаманшин была предложена на основании результатов нейтронно-активационного анализа. Они были разделены на богатые и бедные Ni, которые, в свою очередь, подразделялись на две подгруппы, гомогенные и неоднородные. Таким образом, блестящие, богатые Ni стёкла были классифицированы как иргизиты. Для бедных никелем жаманшинитов была изменена начальная классификация: неоднородные стекла были классифицированы как жаманшиниты, среди которых был выделен новый подтип матовых гомогенных стёкол основного состава обозначенный «акмуруниты» (Vtvika et al., 2004).
Поскольку главные критерии, по которым отличали два основных типа стёкол (наличие включений и однородность химического состава) себя не оправдали (Vtvika et al., 2008), так как не только иргизиты являются однородными, но и среди жаманшинитов описаны гомогенные разности. То, по мнению авторов (Vtvika et al., 2010), основным критерием для классификации должны быть размер и морфология образцов, а не их химический состав.
Таким образом, на данный момент не существует чётких критериев разделения между иргизитами и жаманшинитами. В тоже время возникла терминологическая путаница, когда разные авторы называют одни и те же стекла различными терминами. Не вступая в дискуссию по поводу правомерности тех или иных терминов, в настоящей работе было принято решение использовать терминологию, предложенную первоначально П.В. Флоренским, разделяя все импактные стёкла на два принципиально разных типа: иргизиты и жаманшиниты, которые и явились предметом исследования. Предмет исследования
Иргизиты и жаманшиниты были обнаружены непосредственно на дневной поверхности, образуя разобщённые поля рассеяния в пределах кратера и на его кольцевом валу. Наиболее значительные концентрации иргизитов отмечались на юго-восточной части вала на площади 1-2 км2, в то время как жаманшиниты - по всему кольцевому валу (Флоренский, Дабижа, 1980).
Морфология, химический состав и структура жаманшинитов, как и иргизитов, изучались различными методами. В частности использовались электронная сканирующая микроскопия (Флоренский, Диков, 1980; Vtvika et al., 2008), рентгеноспектральный анализ (Glass et al., 1983; Heide et al., 1982; Масайтис, Селивановкая, 1987) и оже-спектрометрия (Фрих-Хар, Цилек, 1983), масс-спектрометрия с лазерной абляцией (Vtvika еt аl., 2010), нейтронно-активационный анализ (Bouka еt аl., 1981; Mizera еt аl., 2012), спектроскопия комбинационного рассеяния (Еремяшев, Рыбаков, 2006), малоугловой рентгеноструктурный анализ (Голубков и др., 1986), электронный парамагнитный резонанс (Raikhlin et al., 1987). Состав поверхностных отложений на стенах пузырьков в иргизитах был изучен с использованием ионной масс-спектрометрии (TOF-SIMS) (Zbik et al., 2000).
Изучением микроструктуры импактных стёкол кратера Жаманшин методом малоуглового рассеяния было установлено, что тектиты и жаманшиниты имеют микронеоднородности структуры размером 1.2-2 нм, отвечающие группировке нескольких кремнекислородных тетраэдров (Голубков и др., 1986).
Дифрактометрическое исследование показало, что все стёкла кратера Жаманшин имеют неупорядоченную рентгеноаморфную структуру со следами включений различных минералов (Лебедева и др., 2004). По результатам изучения анионной структуры импактных стёкол из кратера Жаманшин методом спектроскопии комбинационного рассеяния было обнаружено, что жаманшиниты являются химически и структурно гетерогенными стёклами со сложным анионным строением, а иргизиты имеют более упорядоченную структуру близкую к высокополимеризованным алюмосиликатным стёклам (Еремяшев, Рыбаков, 2006). Жаманшиниты изучались также методами ПЭM, с помощью которых были обнаружены фазовые аморфные обособления размером порядка 100 нм (Фрих-Хар и др., 1988а; Zolensky, Koeberl, 1991). Однако никаких сведений о строении этих включений не было получено.
Иргизиты – это чёрное стекловатое вещество с глянцевой поверхностью, флюидальной структурой, имеющее форму капель и застывших брызг размером от 1-3 мм до 2-6 см. Часто в поверхность более крупных частиц внедрены мелкие шарики стекла, захваченные ими в полете (Флоренский, Дабижа 1980). Как показали микрозондовые исследования полированных шлифов, эти шарики имеют тот же состав, что и матрица (Glass et al.,1983; Heide et al., 1982).
Иргизиты, по мнению большинства исследователей (Флоренский, 1977; Bouka et al., 1981; Изох, 1986; Zolensky, Koeberl 1991), тектитоподобные стёкла, которые составляют химически гомогенную группу с незначительным диапазоном колебания содержания основных оксидов. Так, содержание SiO2 изменяется в пределах от 70 до 79 мас.%. Основной особенностью иргизитов, как подчёркивалось многими исследователями, является практически полное отсутствие минеральных включений (Флоренский, Диков, 1981; Скублов, Тюгай, 2004; Mizera et al., 2012; Отмахов и др., 2006; Kapustkina, 1991). Были отмечены лишь отдельные зёрна лешательерита (Bouka et al., 1981).
Иргизиты в некоторых случаях значительно обогащены NiO, которое составляет около 0.19 мас.%, что в 10 раз выше по сравнению с жаманшинитами, в которых содержание NiO – около 0.02 мас.% (Vtvika et al., 2010). Такое высокое содержание никеля, по мнению многих исследователей (Флонеский, Дабижа, 1980; Taylor, McLennan, 1979), является результатом контаминации иргизитов внеземным веществом.
Жаманшиниты – сильно пузыристые стекловатые или частично раскристаллизованные породы, встречающиеся в форме нерегулярных блоков размером до 50 см, некоторые из которых напоминают вулканические шлаки (Флоренский, Дабижа, 1980; Masaitis, 1999).
Первые исследования жаманшинитов были посвящены изучению их морфологических и оптических характеристик, а также химического состава. В результате были предложены классификации жаманшинитов по их цвету, а также по содержанию SiO2. Так, П.В. Флоренским с соавторами (Флоренский, 1975; Флоренский, Дабижа, 1980) были выделены чёрные, жёлтые и голубые разновидности. Позднее другими исследователями эта классификация была дополнена (Glass еt аl., 1983; Фрих-Хар и др., 1988; Скублов и др., 2005).
Конденсатные стекла жаманшинитов
Конденсатные стёкла иргизитов
Среди образцов иргизита, изучаемых в настоящей работе, для более детального изучения, под оптическим микроскопом был отобран скол, содержащий фрагмент матовой внешней поверхности (рис. 2.1). Из него, включая зону контакта с матовой плёнкой, были приготовлены образцы для СЭМ, а также препараты для ПЭМ.
При СЭМ изучении фрагмента скола иргизита с матовой поверхностью была выявлена тонкая плёнка, покрывающая матричное стекло (рис. 2.2). При этом, несмотря на морфологические отличия, заметной разницы в составе выявить не удалось. В отличие от основной матрицы иргизита, в теле плёнки обнаружен ряд довольно крупных включений частично или полностью погруженных в неё. Так, в их числе обнаружены обильные фрагменты фазы, обогащённой никелем и фосфором, размером от 5 до 20 мкм (рис. 2.3, 2.4), а также самородное железо такого же размера.
Кроме того, в теле покрывающей плёнки было выявлено несколько силикатных фаз размером 3-10 мкм, диагностировать которые однозначно не представлялось возможным ввиду близости их составов к составу плёнки. Других включений, достаточно крупных для СЭМ, в изученном препарате скола обнаружено не было.
При изучении фрагментов иргизита методами ПЭМ с локальностью порядка 5 нм зафиксированы, помимо расплавных стёкол, составы стёкла с более высокой кремнизёмистостью в диапазоне колебания содержания SiO2 - от 80 до, практически, 100 мас.%. Эти стёкла также отличаются от расплавных по морфологии и характеру включений, и при этом они разбиваются на три различающихся по составу (прежде всего по кремнезёмистости) типа. Для дифференциации стёкол была использована нумерация с учётом того, что стекло-1 – описанное выше расплавное матричное стекло иргизита, стёкла с номерами -2, -3 и -4 – стёкла с отличной от расплавного стекла кремнезёмистостью, морфологией и размером включений.
Стекло – 2. В гораздо меньших количествах, чем расплавное стекло-1, в препарате иргизита представлены частицы, имеющие наглядные признаки дифференциации состава. Это стекло с кремнеземистостью порядка 80 мас.% имеет заметное морфологическое отличие от матричного расплавного стекла-1 (рис. 2.5). На рисунке 2.6 хорошо видны близкие к сферической форме выделения, анализ состава которых (Приложение, таблица 3, анализ 1) показал заметное увеличение содержания Al, Na, K при снижении Si по сравнению
Стекло – 3. Третий тип стекла отличается более высокой кремнезёмистостью по сравнению со стеклом-2 (содержание SiO2 превышает 87 мас.%) (Приложение, таблица 3, анализ 3). Морфология этих стёкол также имеет глобулярный характер (рис. 2.9), при этом размер составляющих его глобул (не имеющих чётких границ), не превышает 5-10 нм (рис. 2.10). Одновременно надо отметить отсутствие признаков сегрегации элементов, наблюдаемых в стекле-2. Никакой разницы в составах глобул в пределах чувствительности ЭДС установить не удалось. Но, также как и в стекле-2, в них обнаружены наноразмерные включения разнообразных фаз.
В стекле-3 часто фиксировались наноразмерные включения рутила как в виде одиночных выделений (рис. 2.11, 2.12), так и в виде агрегатов (рис. 2.13). Картины высокого разрешения подтвердили их монокристаллический характер (рис. 2.11, 2.14). При этом микродифракционная картина от скоплений нанокристаллов рутила имела дискретно-кольцевой характер, что подтверждало их независимую ориентацию в стекле (рис. 2.15). Зачастую в составе рутила определялось до 12 мас.% ZrO2 (рис. 2.16), хотя встречались зародыши рутила у которых Zr не определялся (рис. 2.12) или его значения были ниже пределов обнаружения (порядка 0.2 мас.%). Усреднённый состав стекла-3, содержащего такие включения, приведён в Приложении, таблица 3, анализ 4.
Самостоятельная циркониевая фаза также была обнаружена в стекле-3 (рис. 2.17, 2.18). Однако, в отличие от рутила, она представляла собой неупорядоченный агрегат структурных фрагментов различных ориентаций, который не может стать зародышем монокристалла. В то же время иногда фиксировалось образование нескольких агрегированных зародышей такого же типа размером 5-25 нм, содержащих в своём составе ZrO2, имеющих чрезвычайно слабую микродифракционую кольцевую картину циркона. Суммарный состав этих выделений вместе с вмещающим стеклом приведён в Приложении, таблица 3, анализ 5. Несмотря на высокую локальность анализа, на долю циркониевой фазы пришлось всего 1.6 мас.% ZrO2 из общего состава, из чего следует, что циркон занимает лишь незначительную долю объёма по сравнению со стеклянной матрицей.
В стекле-3 были найдены ленты кристаллического углерода (рис. 2.19), которые были частично погружены в него, что хорошо видно на рисунке 2.20. При более детальном рассмотрении с бльшим увеличением (рис. 2.21, 2.22) заметно, что углеродная лента входит в матрицу стекла-3 (рис. 2.21) сочетаясь с его структурой без чёткой границы с торца ленты (рис. 2.22).
В ЭДС спектре частицы (рис. 2.23), приведённой на рисунке 2.24, интенсивности пиков L-серии меди сравнимы с интенсивностями пиков K-серии. Это говорит о том, что медь реально присутствует в её составе, а появление её пиков вызвано не только флюоресценцией от медной сеточки. Расчёт доли вклада флюоресцентной меди в этом спектре дал примерное соотношение содержаний серы и меди для анализируемой фазы как 1:2. Учитывая, что картины высокого разрешения, полученные от этой фазы, выявили её угол моноклинности около 115 можно предположить, что она является халькозином. Состав вмещающего стекла приведён в Приложении, таблица 3, анализ 6.
Стекло - 4. К четвёртому типу стёкол отнесены те, содержание SiO2 в которых превышает 95 мас.%. При этом они насыщенны различными наноразмерными фазами на начальной стадии кристаллизации. Один из таких нанокристаллов представлен на рисунке 2.25. Расчёт его микродифракционной картины в сочетании с точечным анализом состава (рис. 2.26) позволил определить, что он является бадделеитом. При этом чётких границ между стеклом (Приложение, таблица 3, анализ 7) и элементами структуры не наблюдается.
Другим примером наноразмерных кристаллических выделений является несколько раз встреченная Al-Zn-фаза. Кроме того в стекле-4 присутствовали несколько структурированных наноразмерных фаз, представленных разориентированными монокристаллами (рис. 2.27, 2.28), состав которых незначительно отличался от состава матрицы (Приложение, таблица 3, анализ 8), что затруднило их идентификацию. Так, нанокристалл, приведённый на рисунке 2.28, даёт микродифракционную картину лишь с двумя центросимметричными отражениями и отличается от стеклянной матрицы (рис. 2.29) только несколько завышенным содержанием Mg, Al, и Fe (рис. 2.30), что является недостаточным для её точной диагностики.
В отличие от предыдущих примеров, нанокристалл Zri-Nb-фазы в стекле-4 (Приложение, таблица 3, анализ 9) имеет чётко очерченные границы (рис. 2.31). Отношение Zr:Ti:Nb примерно отвечает 4:3:2 (рис. 2.32), что довольно близко к метрике минералов группы цирконолита. Микродифракционная картина и картина высокого разрешения не позволили точнее диагностировать эту фазу.
Классификация по составу
Конденсатные стёкла находятся в тесной ассоциации с расплавными, что подтверждается как настоящими исследованиями, так и данными других авторов (Dikov et al., 2000). Так на основании измерения изотопов магния и кремния в HASP-стёклах (Herzog et al., 2012) был сделан вывод, что они, возможно, могли включать продукты конденсации из газового облака.
В ходе настоящего исследования на ПЭМ-уровне была отмечена значительная неоднородность состава лунных стёкол. Кроме расплавных, были зафиксированы и фрагменты высококремниевого стекла, содержащего помимо SiO2 лишь только 2-7 мас.% Al2O3, которые, с наибольшей вероятностью, и являются конденсатом (рис. 3.25, 3.26). В некоторых случаях такие стёкла находятся в ассоциации с расплавными.
Многие исследователи приписывали иргизитам (Флоренский, Диков, 1981; Margolis et al., 1991), да и тектитам вообще (Engelhardt et al., 1987) конденсатное происхождение. Как было показано выше, размер конденсатных капель при импакте не может превышать первых сотен нанометров, и их рост до размеров в несколько сантиметров невозможен (Зельдович, Райзер, 2008; Яковлев и др., 2003; Лушнипов, 1991; Rietmeijer, 2006).
Что касается минимального размера конденсатов, то по экспериментальным данным самые маленькие сферы имеют размер около 6 нм (Rietmeijer et al., 2006). По полученным в настоящем исследовании данным, минимальный размер отдельной сферы в лунных конденсатных стёклах составляет порядка 5-10 нм (рис. 3.25, 3.35), примерно в такой же диапазон размеров характерен и для конденсатных стёкол кратера Жаманшин (рис. 3.27, 3.37). Максимальный размер одиночных конденсатных глобул для синтезированного конденсата лежит в диапазоне от 100 нм до 400 нм (Rietmeijer et al., 2006). Среди выявленных в рамках настоящей работы лунных (рис. 3.29, 3.31, 3.32) и земных (рис. 3.33) конденсатных стёкол также зафиксированы сопоставимые по размеру (от 100 до 300 нм) сферы.
Одним из основных критериев образования лунных стёкол при конденсации из импактного облака является их высокая кремнезёмистость (Keller, McKay 1992а, 1997; Christoffersen et al., 1994; Warren, 2008). Из теоретических основ и экспериментальных работ относительно испарительного процесса известно, что основным компонентом импактно-образованного паров является кремний, что, соответственно, отражается на составе конденсата, приводя к его высокой кремнезёмистости, независимо от состава пород мишени (Иванов, 1975).
Келлер и Маккей (1992a) описали наносфероиды, которые содержали в среднем SiO2 – 89 мас.%, а в некоторых случаях до 93 мас.% при небольшой примеси Al. Высокая кремнезёмистость и сферическая форма, по мнению авторов, является признаком их образования в результате конденсации из газового облака. Именно такие наносфероиды и были зафиксированы в рамках настоящей работы как в образцах лунного реголита (рис. 3.29, 3.31, 3.32), так и в препаратах жаманшинита (рис. 3.33).
Однако стоит отметить, что состав конденсатных стёкол никогда не состоит только лишь из SiO2. Так, в изученных, в рамках настоящей работы, иргизитах и жаманшинитах, даже самые высококремниевые конденсатные стёкла, не состояли на 100% из SiO2, в них все-же содержалось до 3 мас.% Al2O3. В найденных на ПЭМ гомогенных конденсатных стеклянных сферах из образцов лунного грунта также фиксировалась небольшая примесь Al2O3 (1-3 мас.%). В небольших количествах (в пределах чувствительности метода) могли фиксироваться и другие элементы. Надо отметить, что такая ситуация характерна и для синтезированного конденсата. Так по результатам экспериментов было отмечено, что кремниевый конденсат обычно содержал небольшие количества Al и Fe (Rietmeijer, Karner 1999; Rietmeijer et al., 1999).
Так, именно на основании сферической формы и высокой кремнезёмистой (SiO2 от 81 до 97 мас.%) стёкла GASP (Gas-Associated Spheroid Precipitate) (ассоциированный с газом сферический конденсат) – высококремнезёмистые стёкла размером менее 10 мкм, найденные в лунных образцах (Warren, 2008), были отнесены к конденсатным. Однако, как было обосновано выше, сфероиды GASP размером около 10 мкм не могут иметь конденсатное происхождение. Кроме того, в настоящем исследовании было показано, что иргизиты – капли расплава, покрытые нанометровым слоем конденсатного стекла. Видимо аналогичный механизм образования и у стёкол типа GASP. Так GASP-сферулы были найдены в матрице стёкол HASP (Warren, 2008). Автор (Warren, 2008) объясняет это тем, что капли расплава, застывшие в воздухе, попали обратно в ещё горячий расплав. На приведённых им электронно-микроскопических фотографиях чётко зафиксированы сферулы GASP, имеющие на поверхности некоторую оболочку. Можно предположить, что, аналогично иргизиту, GASP, пролетая через импактное облако покрывались конденсатом, который, видимо, и зафиксировал Bоррен (Warren, 2008) как некую оболочку на их поверхности. Причём, судя по контрасту в отражённых электронах, на приведённых им снимках конденсат, покрывающий сферулы GASP, был существенно более железистым, чем высококремниевый конденсат иргизитов. Этот факт можно объяснить бльшим содержанием железа в газово-плазменном облаке импакта и пролётом GASP-шариков сквозь это облако в более высокотемпературном интервале конденсационного окна по сравнению с условиями образования иргизита.
В отдельных случаях, помимо значительной кремнизёмистости в составе конденсатных стёкол из образцов лунного грунта отмечались и некоторые количества летучих элементов, прежде всего K и Na. Так Келлер и Маккей (Keller, McKay, 1992b) обнаружили конденсатные стёкла VRAP" (volatile-rich alumina-poor) – богатые лёгкими и бедные алюминием сфероиды, размер которых находился в диапазоне 200-400 нм, а содержание SiO2 составляло порядка 54-70 мас.% и A12O3 менее 5 мас.%, при K2O – 2-3.5 мас.% и Na2O – 0.4-1.4 мас.%. Для них также характерно высокое содержание FeO – 20-32 мас.%. Такое высокое содержание железа объясняется наличием значительного количества наноразмерных железных включений, обнаруженных авторами (Keller, McKay, 1992b) в этих стёклах. Они считают, что стёкла VRAP представляют собой конденсаты, образованные при дифференциации силикатных паров из расплава во время формирования HASP. Позднее (Warren, 2008) было высказано предположение, что высокое содержание летучих в стёклах VRAP, могло быть вызвано осаждением этих элементов на поверхностях сфероидов при пролёте через низкотемпературную зону. Фактически некоторые экспериментально полученные конденсатные стёкла (Яковлев и др., 2000) также очень близки к стёклам VRAP (Keller, McKay, 1992b).
Для каждого соединения характерна определённая температура испарения и конденсации. Как известно из экспериментальных данных, K и Na испаряются первыми, а конденсируются последними. Причём наблюдается значительный температурный разрыв в этих процессах относительно остальных элементов (Petaev et al., 2014). В случае низкотемпературного конденсата образуются обогащённые летучими компонентами конденсатные стёкла. Такой низкотемпературный процесс может осуществляться либо на смой завершающей стадии конденсационного окна, либо в замкнутом поровом пространстве при высокой концентрации летучих компонентов в парах. Исходя из этого, можно проследить схожие черты лунных стёкол VRAP и порового конденсата. Такой поровый конденсат был зафиксирован в ходе настоящей работы среди расплавных стёкол жаманшинита (рис. 3.37, 3.38). Его формирование, по всей видимости, связано с конденсационными процессами в замкнутой системе пры на её стенках из насыщенных лёгкими элементами паров. Аналогичный конденсат на Луне, найденный в рамках настоящей работы, может образовываться в вулканогенных стёклах скорее, чем в импактных, поскольку поверхностный слой лунного грунта обеднён летучими элементами (Флоренский К.П., Николаева, 1984; Иванов, 2014). Однако, в отличие от вулканогенного конденсата, стёкла VRAP имеют явные признаки импактного процесса (Keller, McKay, 1992b; Warren, 2008). Соответственно, их образование возможно только на финишном низкотемпературном интервале конденсационного окна.
Результаты исследования
В качестве доказательства импактной природы какой-либо кольцевой структуры неоспоримым аргументом является находка в нём космогенного вещества, которое может быть обнаружено как в геохимически рассеянном виде, так и в виде обломков или фрагментов ударника. Находки таких фрагментов в основном характерны для сравнительно небольших кратеров, в которых были обнаружены осколки железных метеоритов (Фельдман и др., 1984; Grieve, 1991). В случае же падения гигантских метеоритов в результате взрыва в момент импакта их вещество большей частью испаряется, а остальное рассеивается в образующихся расплавах пород мишени (Вальтер, 1982; Koeberl et al., 2004). Как правило, метеоритное вещество не обнаруживается в виде компактных фрагментов ударника, а находится именно в геохимически рассеянной форме. В таком случае выявление факта контаминации метеоритным веществом и определение типа ударника обычно производится на основе количественного сопоставления содержания элементов-индикаторов в породах мишени и импактитах. Принципы отбора элементов-индикаторов подробно были сформулированы Колесовым (1982): они должны иметь высокую температуру кипения (конденсации), низкую распространённость в земной коре и устойчивость к окислению и восстановлению.
Первоначально такими индикаторами являлись Ni и Co (Вальтер, Рябенко, 1977; Lambert, 1976). Возможность использования отношения Ni/Co обусловлена его низким значением в земных породах, где оно колеблется в пределах от 1 до 3, исключая ультраосновные породы, редко встречающиеся в качестве вмещающих пород метеоритных кратеров. В хондритах же оно составляет 16.3-23.2, в железных метеоритах 8.4-18.6, а в ахондритах 10 (Mason, 1971). В целях определения типа метеорита-ударника также использовались содержания Ni, Ir, Cr, Co и их парные отношения. Однако интервалы отношений Ni/Co, Ni/Ir, Co/Ir частично перекрываются, затрудняя идентификацию ударника (Mason, 1971).
Позднее к индикаторам добавились соотношения в импактитах и в породах мишени благородных сидерофилов Ir, Os, Pd вместе с Ni, Cr, Co, Ge, Re, Au, и других элементов, которыми в значительной степени обеднена земная кора, но сильно обогащены почти все метеориты, за исключением хондритов (Капусткина, Фельдман, 1988; Сахно, Крымский, 2012). Помимо повышенных содержаний элементов-индикаторов ещё одним доказательством контаминации пород внеземным компонентом признается обнаружение космогенных радионуклидов, например 26Al. Тип ударника возможно уточнить по изотопным соотношениям, в частности 187Os/188Os и 187Re/188Os (Koeberl, Shirey, 1993).
Для кратера Жаманшин получен большой объём данных по геохимии космогенного компонента в импактитах, который, однако, не позволил сделать однозначный вывод о природе вещества ударника (Taylor, McLennan, 1979; Флоренский, Дабижа, 1980; Bouka et al., 1981; Изох, Ле Дык Ан, 1983; Vtvika et al., 2010; Mizera et al., 2012). Это объясняется прежде всего тем, что для расшифровки типа метеорита-ударника использовались результаты валовых анализов. При этом следует отметить, что во многих достаточно хорошо изученных кратерах распределение метеоритного вещества неоднородно (Wolf et al., 1980; Вальтер, 1982). При импактном плавлении обломков метеорита в силикатном расплаве, дальнейшем перемешивании и диффузии метеоритное вещество остаётся неравномерно распределённым по объёму расплава. Использование же высоколокальных методов, а именно аналитической электронной микроскопии, может позволить диагностировать фазы, однозначно относящиеся к метеоритному веществу. С целью поиска таких характеризующих ударник фаз и были привлечены эти методы.
За прошедшие годы у ряда исследователей сложилось мнение, что иргизиты являются продуктом высокотемпературной конденсации (Флоренский и Дабижа, 1980; Флоренский, Диков, 1981; Melosh, 1990; Margolis et al., 1991) из газово-плазменного облака, возникающего при импакте. Однако, как описано во Введении, для возникновения и протекания процесса конденсации необходимыми условиями являются высокая плотность насыщенных паров и значимая разница температур между паром и окружающей средой. Основной причиной прекращения процесса в случае импакта будет снижение плотности газово-плазменного облака ниже критического. Модельные расчёты для вакуума (Зельдович, Райзер, 2008) показали, что такое снижение плотности произойдёт примерно через 2.5 сек после взрыва. Для атмосферы такие расчёты не проводились, но порядок этой величины будет сопоставимым. Вторым по значимости фактором является градиент падения температуры. Скорость снижения температуры оценивается, например при формировании иргизитов, в среднем порядка 5000 градусов в минуту (Bagdassarov et al., 2003). Поэтому конденсационный процесс, в случае импакта, возможен лишь в течение кратковременного конденсационного окна для каждого элемента или их соединения. Как уже указывалось во Введении, конденсационное окно для тугоплавких элементов будет совсем коротким, для Fe и Si оно будет измеряться единицами секунд (Зельдович, Райзер, 2008), а для самых легколетучих элементов и соединений оно может растянуться на десятки секунд.
При СЭМ изучении фрагмента скола иргизита с матовой поверхностью была выявлена тонкая плёнка конденсата (Горностаева и др., 2015; Горностаева и др., 2016), покрывающая чёрное матричное стекло (рис. 5.1, 5.2). В этой плёнке на поверхности иргизитов было обнаружено несколько десятков довольно крупных (5 - 30 мкм) включений фосфида никеля и металлического железа (рис. 5.3, 5.4). Эти фазы располагались в стеклянной матрице и были покрыты тончайшей плёнкой стекла. При сопоставлении снимков в отражённых электронах, на которых частицы фосфида никеля и железа имеют высокий контраст (рис. 5.5), и во вторичных электронах (рис. 5.6), на их поверхности хорошо видно тонкое стеклянное покрытие. Диагностику частиц фосфида никеля и металлического никелистого железа, выполненную на основании точечных ЭДС-анализов, подтверждают карты распределения элементов (рис. 5.7), на которых чётко видно отсутствие в этих включениях кислорода. ЭДС-спектры от всех включений показали наличие, кроме основных, пиков кремния различной интенсивности (рис. 5.8, 5.9), что подтверждает факт их покрытия тонким слоем стекла. В результате количественного анализа с нормировкой, выполненного с вращением этих частиц относительно детектора, и с учётом влияния матричного стекла для частиц фосфида никеля получено усреднённое атомное отношение Ni:P равное 3:1. В частицах металлического железа содержание никеля колебалось в пределах 6-8 мас.%. Таким образом, обнаруженные фазы диагностируются как никельфосфид Ni3P и самородное никельсодержащее -железо - камасит.
Эти же образцы иригизитов были детально изучены с помощью ПЭМ. Состав конденсатной матовой плёнки, как было показано в Главе 2, отличался от матричного стекла иргизита повышенной кремнезёмистостью (80 - 100% SiO2) и наличием кристаллических зародышей различных фаз в диапазоне размеров 5-20 нм. Эти признаки указывают на её конденсатное образование из газово-плазменного облака (Горностаева и др., 2015; Горностаева и др., 2016).