Том 64, № 8 (2019)

Наиболее актуальные научные вопросы планетологии, космохимии, метеоритики, импактных процессов и кратерообразования обсуждались на 81-ой ежегодной международной конференции собрания Метеоритного общества, которая впервые проходила в России, 22–27 июля 2018 г. в Москве. Ученые из разных стран обсуждали проблемы формирования досолнечных зерен, межпланетной пыли и микрометеоритов, тугоплавких включений, летучих, а также вопросы хронологии образования вещества Солнечной системы и формирования углистых, обыкновенных и энстатитовых хондритов, хондр, ахондритов, дифференцированных тел, Марсианских и Лунных метеоритов, импактных структур, а также современных методов исследования, методик и оборудования для иследования внеземного вещества.

В статье рассматриваются некоторые черты геохимии Земли и Луны, в которых проявляется специфика механизма их образования путем фрагментации протопланетного газо-пылевого сгущения (Galimov, Krivtsov, 2012). Принципиальное отличие этой модели от других гипотез образования системы Земля–Луна, в том числе гипотезы мегаимпакта, состоит в том, что она предполагает существование длительной стадии дисперсного состояния вещества, начиная с формирования протопланетного газо-пылевого сгущения, его сжатия и фрагментации и кончая завершающей аккрецией на образовавшиеся высокотемпературные зародыши Земли и Луны. Наличие дисперсного состояния позволяет определенным образом интерпретировать наблюдаемые свойства системы Земля–Луна. Частичное испарение твердых частиц вследствие адиабатического прогрева сжимающегося сгущения приводит к утрате летучих, в том числе FeO. Компьютерное моделирование показывает, что заключительная аккреция в основном совершается на больший фрагмент (зародыш Земли) и лишь ненамного увеличивает массу меньшего фрагмента (зародыш Луны).

Это объясняет относительное обеднение Луны железом и летучими и повышенную концентрацию тугоплавких компонентов по сравнению с Землей. Обратимый характер испарения в дисперсное пространство, в отличие от кинетического режима, и вынос летучих в гидродинамическом потоке за пределы газо-пылевого сгущения определяет утрату летучих без эффекта фракционирования изотопов. Обратимый характер испарения летучих обеспечивает также, в отличие от кинетического режима, сохранение части высоколетучих компонентов, например, воды, в планетном теле, в том числе в Луне. Из существа модели следует, что по крайней мере, значительная часть земного ядра образуется не путем сегрегации железа в расплаве силикат-металл, а путем испарения и восстановления FeO в дисперсной среде с последующим осаждением кластеров элементного железа к центру масс. Этот механизм образования ядра объясняет причину избытка сидерофильных элементов в земной мантии. Он позволяет также дать правдоподобное объяснение наблюдаемому характеру изотопного фракционирования железа (δ⁵⁷Fe‰) на Земле и на Луне. Он решает проблему формирования металлического ядра из первично окисленного железа FeO. Дисперсное состояние вещества в период аккреции дает основание предполагать, что утрата летучих происходила в течение времени аккреции. Используя тот факт, что изотопные системы U–Pb, Rb– Sr, ¹²⁹J–¹²⁹Xe, ²⁴⁴Pu–¹³⁶Xe содержат летучие компоненты, удается оценить хронологию событий в процессе эволюции протопланетного состояния. В результате получаются согласованные оценки времени фрагментации первичного протопланетного сгущения и образования зародышей Земли и Луны: от 10 до 40 млн лет, и время завершения аккреции Земли и рождения ее как планетного тела: 110–130 млн лет после возникновения солнечной системы. Представленная интерпретация согласуется с тем фактом, что минеральные образования на Луне уже возникли по крайней мере через 60 млн лет после зарождения солнечной системы (Barboni et al., 2017), а металлические ядра Земли и Луны не могли образоваться раньше 50 млн лет от момента зарождения солнечной системы, как следует из анализа Hf–W системы (Kleine et al., 2009). В работе показано, что гипотеза мегаимпакта не удовлетворяет многим ограничениям и не создает основу для объяснения особенностей геохимии Земли и Луны.

Представлен термодинамический подход к моделированию процессов испарения лунного и метеоритного вещества. Сопоставление результатов модельных расчетов и экспериментальных данных показало высокую точность разработанного подхода в описании термодинамических свойств расплавов лунного и метеоритного вещества и его поведения при испарении. Наблюдаемые закономерности испарения расплавов согласуются с термодинамическими величинами, характеризующими остаточные расплавы.

Металл метеоритов группы IIE несет свидетельства фракционирования в недрах астероида, однако наличие мелкозернистой структуры несовместимо с его эндогенным происхождением. Было предположено, что металл подвергся повторному плавлению на поверхности родительского тела. Данные о минераграфии, минеральном и химическом составе железных метеоритов группы IIE (Эльга, Верхнеднепровск, Тобычан, Miles и Watson) указывают на то, что относительно мелкозернистая структура металла и ксеноморфные зерна шрейберзита, вероятно, образовались путем кристаллизации из расплава. Согласно расчетным данным по валовому составу металла метеорита Эльга и фазовым диаграммам Fe-Ni-P, кристаллизация первых зерен γ-Fe началась при температуре ~1511°С и завершилась при температуре ~1060–1100°С с образованием полигональных кристаллов никелистого железа сантиметрового размера и ксеноморфных агрегатов шрейберзита вдоль их границ. Одинаковый состав ксеноморфного шрейберзита как вдоль границ зерен тэнита, так и на каймах вокруг неметаллических включений указывает на их одновременное формирование. Среди четырех генераций шрейберзита ксеноморфный шрейберзит отличается более железистым составом. Также отмечено, что чем выше температура кристаллизации шрейберзита, тем меньше никеля содержится в нем. Подобные структуры металла обнаруживаются и в других типах метеоритов: железных группы IAB, в некоторых металлических нодулях мезосидеритов и аномально богатых металлом мезосидеритах, для которых импактный механизм образования считается наиболее вероятным. Таким образом, механизм образования метеоритов группы IIE путем ударного переплавления фракционированного металла и смешения с силикатными фрагментами в условиях поверхности родительского, возможно, имеет аналоги среди метеоритов других типов.

В работе приводятся результаты исследования крупных ударно-расплавных жил в L6 хондрите NWA 5011. В них установлено широкое разнообразие высокобарических фаз, которые отвечают контрастным значениям РТ-параметров на равновесных фазовых диаграммах. По оливину образуются рингвудит и вадслеит, по ортопироксену – мэйджорит, акимотоит и бриджманитовое стекло, по маскелиниту – жадеит (+SiO₂) и лингунит, по апатиту – туит, по хромиту – фаза со структурой феррита кальция (mCF-FeCr₂O₄). Пиковые параметры для хондрита NWA 5011 являются одними из самых высоких среди ранее исследованных хондритов судя по широкому развитию лингунита и бриджманитового стекла и составляют существенно выше 25 ГПа и 2500 К. Впервые описаны кристаллы акимотоита в закаленной матрице ударно-расплавных жил. Вероятно, они первоначально кристаллизовались в виде бриджманита, так как акимотоит не является ликвидусной фазой в родственных системах. Установлены плагиоклаз-хромитовые агрегаты, которые характеризуют поздние стадии ударного процесса и образуются при последовательной кристаллизации из изолированных порций ударного расплава.

«Каталог минералов метеоритов» является первым изданием такого рода, подготовленным в 21-м столетии. Он включает все обнаруженные в метеоритах минералы, утвержденные Комиссией по новым минералам и названиям минералов Международной минералогической ассоциации до 1 января 2017 г., а также минеральные фазы. Для всех минералов и минеральных фаз приводятся русские и английские названия, химический состав, а также метеориты или метеоритные группы, для которых характерны рассматриваемые минералы. Для всех минералов и фаз приводится ссылка на публикации, преимущественно первое описание. Приведены также выборки минералов, происхождение которых связано со специфическими процессами: это досолнечные минералы метеоритов, ультратугоплавкие солнечные конденсаты, продукты ударного воздействия в метеоритах и продукты земного изменение метеоритов.