Деформационная микроструктура, металлическое железо и включения полых отрицательных кристаллов в оливине из палласита сеймчан: свидетельство твердофазного восстановления Fе2+

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Оливины из палласита Сеймчан исследованы методами оптической микроскопии, рамановской спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Оливин характеризуется наличием полых прямолинейных каналов шириной <1 мкм и включений полых отрицательных кристаллов призматического габитуса толщиной 1–2 мкм. Каналы ориентированы параллельно [001] оливина и развиты по винтовым дислокациям [001]. Оси удлинения отрицательных кристаллов также ориентированы параллельно [001]. В каналах полые сегменты чередуются с сегментами, заполненными металлическим железом. Негативные кристаллы представляют собой кристаллографически ограненные пустоты в оливине; наиболее крупные из них содержат вкрапления металлического железа. Прямолинейная конфигурация и кристаллографическая ориентация каналов соответствуют характеристикам [001] винтовых дислокаций, что позволяет считать [001] дислокации прекурсорами каналов. Полученные данные впервые демонстрируют эволюцию [001] дислокаций в оливине в результате восстановления двухвалентного железа при взаимодействии оливина с вмещающим FeNi металлом. Предложена модель преобразования дислокаций с образованием в оливине Сеймчана каналов и полых отрицательных кристаллов в соответствии с одной из реакций:

2Fehost+ (Mg1−nFen)2SiO4 = 2n[FeO]host + [nSiO2 + 2nFe0 + (1 − n)Mg2SiO4 + 2nv2− + 2nv2+ ]ol,

2Fehost+ (Mg1−nFen)2SiO4 = 2n[FeO]host + [nMgSiO3 + nFe0 + (1 − n)Mg2SiO4 + nv2− + nv2+ ]ol.

Согласно модели, при T > 1000°C восстановительный процесс сопровождается возрастанием концентрации Fe0 и ассоциирующих вакансий (v2− и + v2+) в зонах дислокаций. Пустоты в каналах и в отрицательных кристаллах являются продуктом аннигиляции анионных и катионных структурных вакансий, имеющих противоположные заряды. Фазовая ассоциация, образующаяся в данном твердофазном превращении оливина, соответствует буферным равновесиям OSI (оливин ↔ SiO2 + 2Fe0) или OPI (оливин ↔ пироксен + Fe0). Результаты в дальнейшем могут использоваться для сравнительной реконструкции термической и ударной истории разных типов палласитов.

Об авторах

Н. Р. Хисина

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: khisina@gmail.com
Россия, ул. Косыгина, 19, Москва, 119991

Д. Д. Бадюков

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: badyukov@geokhi.ru
Россия, ул. Косыгина, 19, Москва, 119991

К. А. Лоренц

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: c-lorenz@yandex.ru
Россия, ул. Косыгина, 19, Москва, 119991

Ю. Н. Пальянов

Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН

Email: palyanov@igm.nsc.ru
Россия, просп. Ак. Коптюга, 3/1, Новосибирск, 630090

И. Н. Куприянов

Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН

Email: spectra@igm.nsc.ru
Россия, просп. Ак. Коптюга, 3/1, Новосибирск, 630090

Б. Б. Шкурский

Московский государственный университет им. М.И. Ломоносова

Email: shkursky@yandex.ru

Геологический факультет

Россия, Ленинские горы, 1, Москва, 119991 Россия

Список литературы

  1. Вернадский В. И. (1943) Бюллетень Центральной Комиссии по метеоритам, кометам и астероидам Астрон. совета АН СССР. 37, 1.
  2. Доливо-Добровольская Г.И., Коломенская В. Д., Гаврилова Н. Н., Перелыгин В. П., Стеценко С. Г. (1976) Треки тяжелых космических ядер и дефекты структуры в кристаллах оливина из палласитов. Геохимия. (10), 1476–1484.
  3. Кашкаров Л. Л., Багуля А. В., Владимиров М. С., Гончарова Л. А., Ивлиев А. И., Калинина Г. В., Коновалова Н. С., Окатьева Н. М., Полухина Н. Г., Русецкий А. С., Старков Н. И. (2011) Методика определения энергии ядер сверхтяжелых элементов (Z>30) галактических космических лучей по трекам в кристаллах оливина из палласита Марьялахти. Вестник ОНЗ РАН. 3, NZ6015. https://doi.org/10.2205/2010NZ000033
  4. Кукушкин С. А., Осипов А. В., Редьков А. В. (2020) Вакансионный рост ограненных пор в кристаллах по механизму Чернова. Известия РАН. Механика твердого тела. 1, 94–100.
  5. Отгонсурэн О., Перелыгин В. П. (1974) Об идентификации следов тяжелых ядер первичного космического излучения в минералах из метеоритов. Атомная энергия. 37, вып. 2, 164–165.
  6. Сорокин Е. М., Яковлев О. И., Слюта Е. Н., Герасимов М. В., Зайцев М. А., Щербаков В. Д., Рязанцев К. М., Крашенинников С. П. (2020) Экспериментальная модель образования нанофазного металлического железа в лунном реголите. ДАН. Серия Науки о Земле. 492(2), 49–52.
  7. Khisina N. R., Badyukov D. D., Senin V. G., Burmistrov A. A. (2020) Evidence for local shock melting in Seymchan meteorite. Geochem. Int. 58(9), 994–1003.
  8. Хисина Н. Р., Вирт Р. (2012) Наноструктурные особенности (Au, Ag)-микросферул из рудных геологических проб. Зап. РМО. 141(1), 80–87.
  9. Boesenberg J. S., Delaney J. S., Hewins R. H. (2012). A petrological and chemical re-examination of main group pallasite formation. Geochim. Cosmochim. Acta. 89, 134–158.
  10. Boland J. N., Duba A. (1981) Solid-state reduction of iron in olivine – planetary and meteoritic evolution. Nature. 294(12), 142–144.
  11. Boland J. N., Duba A. (1985) Defect mechanisms for the solid state reduction of olivine. In Point defects in minerals (Ed. R. N. Schock). Geophysics Monograph Ser. Vol. 1, AGU, Washington, D.C., 211–225.
  12. Boland J., Duba A. G. (1986) Electron microscope study of the stability field and degree of nonstoichiometry in olivine. J. Geophys. Res. 91(B5), 4711–4722.
  13. Boland J. N. and Buiskool Toxopeus J. M.A., (1977) Dislocation mechanisms in peridotite xenoliths in kimberlites. Contrib. Mineral. Petrol. 60, 17–30.
  14. Bondar Yu.V., Perelygin. V.P. (2003) Cosmic history of some pallasites based on fossil track studies. Radiation measurements. 36, 367–373.
  15. Buseck P. (1977) Pallasite meteorites: mineralogy, petrology and geochemistry. Geochim. Cosmochim. Acta. 6, 711–740.
  16. Christie J. M., Ardell A. I. (1976) Deformation structures in menerals. In Electron microscopy in mineralogy (Ed. H.-R. Wenk). Spinger-Verlag Berlin-Heidelberg-New York, 374–403.
  17. Connolly H. C., Jr., Hewins R., Ash P. et al. (1994) Carbon and the formation of reduced chondrules. Nature. 371, 136–139.
  18. Cotterill C. B. A. (1961) Generation of vacancy aggregates upon quenching. Phil. Mag.6, 1351.
  19. Dellagiustina D. N., Habib N., Domanik K. J., Hill D. H., Lauretta D. S., Goreva Y. S., Killgore M., Hexiong Y., Downs R. T. (2019) The Fukang pallasite: Characterization and implications for the history of the Main group parent body. Meteorit. Planet. Sci. 54, 1781–1807.
  20. Demouchy S. (2021) Defects in olivine. Eur. J. Mineral. 33, 249–282.
  21. Herzog G. F., Cook D. L., Cosarinsky M., Huber L., Leya I., Park J. (2015) Cosmic-ray exposure ages of pallasites. Meteorit. Planet. Sci. 50, 86–111.
  22. Green H. W. (1976) Plasticity of olivine in peridotites. In Electron microscopy in mineralogy. (Ed. H.-R. Wenk). Spinger-Verlag Berlin-Heidelberg-New York, 443–465.
  23. Green H. W., Radcliffe S. V. (1975) Fluid precipitates in rocks from the Earth’s mantle. Geol. Soc. Am. 86, 846–852.
  24. Jaoul O. (1990) Multicomponent diffusion and creep in olivine. J. Geophys. Res. 95, 17631–17642.
  25. Jung S., Yamamoto T., Ando J.-i., Jung H. (2021) Dislocation creep of olivine and amphibole in amphibole peridotites from Aheim, Norway. Minerals 11(9), 1018.
  26. Karato S. I. (1987) Scanning electron microscope observation of dislocations in olivine. Phys. Chem. Min. 14, 245–248.
  27. Karato S. I. (2008) Deformation of earth materials. New York: Cambridge university press, 463 pp.
  28. Karato S. I., Wenk H.-R., eds. (2002) Plastic deformation of minerals and rocks. Rev. Mineral. Geochem. 51, The Mineralogical Society of America, Berlin, Boston: De Gruyter, 420 pp.
  29. Khisina N. R., Wirth R., Matsyuk S., Koch-Műller M. (2008) Microstructures and OH-bearing nano-inclusions in “wet” olivine xenocrists from the Udachnaya kimberlite. Eur. J. Mineral. 6, 1067–1079.
  30. Klosterman M. J., Buseck P. R. (1973) Structural analysis of olivine in pallasitic meteorites: deformation in planetary interiors. J. Geophys. Res. 78(32), 7581–7588.
  31. Kohlstedt D. L., Goetze C., Durham W. B., Sande J. V. (1976) New technique for decorating dislocations in olivine. Science 191, 1045–1046.
  32. Krishnaswami S., Lal P., Prabhu N., Tamhane A. G. (1971) Olivines: revelation of tracks of charged particles. Science 174, 287–291.
  33. Lemelle L., Guyot F., Fialin M., Pargamin J. (2000) Experimental study of chemical coupling between reduction and volatilization in olivine single crystals. Geochim. Cosmochim. Acta. 64, 3237–3249.
  34. Lemelle L., Guyot F., Leroux H., Libourel G. (2001) An experimental study of the external reduction of olivine single crystals. Am. Mineral. 86, 47–54.
  35. Leroux H., Libourel G., Lemelle L., Guyot F. (2003) Experimental study and TEM characterization of dusty olivines in chondrites: Evidence for formation by in situ reduction. Meteorit. Planet. Sci. 38, 81–94.
  36. Liu W., Xu H., Shi F. (2021) Decorated dislocations in naturally deformed olivine with C-type fabric: A case study in the Lüliangshan garnet peridotite from the North Qaidam ultrahigh-pressure belt, NW China. Tectonophys. 814, 228971.
  37. Matsui T., Karato S.-I., Yokokura T. (1980) Dislocation structures of olivine from pallasite meteorites. Geophys. Res. Let. 7, 1007–1010.
  38. Mittlefehldt D. W. (2005) Origin of Main-Group pallasites. Met. Planet. Sci. 40, A104.
  39. Mori H. (1986) Dislocation substructures of olivine crystals from pallasite meteorites. Lunar Planet. Sci. Conf. 17, 571–572.
  40. Mussi A., Cordier P., Demouchy S., Vanmansart C. (2014) Characterization of the glide planes of the [001] screw dislocations in olivine using electron tomography. Phys. Chem. Miner. 41, 537–545.
  41. Mussi A., Nafi M., Demouchy S., Cordier P. (2015) On the deformation mechanism of olivine single crystals at lithospheric temperatures: an electron tomography study. Eur. J. Mineral. 27, 707–715.
  42. Mussi A., Cordier P., Demouchy S., Hue B. (2017) Hardening mechanisms in olivine single crystal deformed at 1090°C: an electron tomography study. Phil. Mag. 97, 3172–3185.
  43. Nakamura A., Schmalzried H. (1983) On the nonstoichiometry and point defects of olivine. Phys. Chem. Mineral. 10, 27–37.
  44. Nitsan U. (1974) Stability field of olivine with respect to oxidation and reduction. J. Geophys. Res. 79, 706–711.
  45. Ohashi T. (2018) Generation and accumulation of atomic vacancies due to dislocation movement and pore annihilation. Phil. Mag. 98, 2275–2295.
  46. Righter K., Arculus R. J., Delano J. W., Paslick C. 1990. Electrochemical measurements and thermodynamic calculations of redox equilibria in pallasite meteorites: Implications for the eucrite parent body. Geochim. Cosmochim. Acta. 54(6), 1803–1815.
  47. Sharygin V. V., Kovyazin S. V., Podgornykh N. M. (2006) Mineralogy of olivine-hosted inclusions from the Omolon pallasite. Lunar Planet. Sci. Conf. 37, abstract #1235.
  48. Shima M., Okada A., Yabuki H. (1980) Mineralogical and petrographic study of the Zaisho meteorite, a pallasite from Japan. Z. Naturforsch. 35a, 64–68. Minerals, 10, 27–37.
  49. Schwab R. G., Freisleben B. (1988) Fluid CO2 inclusions in olivine and pyroxene and their behavior under high pressure and temperature conditions. Bull. Minéral. 111, 297–306.
  50. Steele I. M. (1994). Chemical zoning and exsolution in olivine of the Pavlodar pallasite: Comparison with Springwater olivine. Lunar Planet. Sci. Conf. 25, 1335–1336.
  51. Stevens M. R., Bell D. R., Buseck P. R. (2010). Tubular symplectic inclusions in olivine from the Fukang pallasite. Meteorit. Planet. Sci. 45(5), 899–910.
  52. Tamada O., Shen B., Morimoto N. (1983) The crystal structure of laihunite 0.4(Fe2+)0.8(Fe3+)0.8SiO4. Mineral. J. 11, 382–391.
  53. Thieme M., Demouchi S., Mainprice D., Barou F., Cordier P. (2018) Stress evolution and associated microstructure during transient creep of olivine at 1000–1200°C. Phys. Earth Planet. Inter. 278, 34–46.
  54. Tingle T. N., Roedder E., Green H. W. (1992) Formation of fluid inclusions and etch tunnels in olivine at high pressure. Am. Mineral. 77, 296–302.
  55. Viti C., Frezzotti M. L. (2000). Re-equilibration of glass and CO2 inclusions in xenolith olivine: a TEM study. Am. Mineral. 85, 1390–1396.
  56. Viti C., Frezzotti M.-L. (2001) Transmission electron microscopy applied to fluid inclusion investigations. Lithos. 55, 125–138.
  57. Yang H. (2009) Deformation fabrics of olivine in Val Malenco peridotite found in Italy and implications for the seismic anisotropy in the upper mantle. Lithos. 109, 341–349.
  58. Yurimoto H., Morioka M., Nagasawa H. (1992) Oxygen self-diffusion along high diffusivity paths in forsterite. Geochemical J. 26(4), 181–188.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024