X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение

Современные теории происхождения солнечной системы базируются на той информации, что дают нам астрономия, астрофизика и метеориты. Метеориты имеют отношение к этому вопросу потому, что это старейшие, самые примитивные остатки планетного вещества. Пока на Землю не были доставлены образцы лунного грунта, метеориты оставались единственными образцами внеземного вещества. Геологи, химики, физики собирают и изучают метеориты уже более 200 лет, из этих исследований возникла наука метеоритика.^[1] На основании интереса к глобальной проблеме изучения образования Земли посредством исследования энстатитовых хондритов была сформулирована цель данной работы – определение термодинамических свойств сульфидов железа и хрома. Для осуществления поставленной цели необходимо выполнение такой задачи, как составление литературного обзора, в который будет включено изучение классификации метеоритов и их минерального состава.

Классификация метеоритов

Падение

Метеориты – твёрдые тела космического происхождения, регулярно падающие на поверхность планет солнечной системы, а также на Землю. Если размер космического тела, летящего по орбите и попадающего в атмосферу Земли, доходит до нескольких метров, то его называют метеороидом. Более крупные тела называются астероидами. Явления, порождаемые при прохождении метеороидами сквозь атмосферу Земли, носят названия метеоров; особо яркие метеоры называют болидами.^{[2], [3]}

Метеороид влетает в атмосферу Земли со скоростью от 11 до 72 км/с. На высоте около 100 км из-за трения о воздух метеороид начинает нагреваться; его поверхность раскаляется, и слой толщиной в несколько миллиметров плавится и испаряется. Если небольшое тело входит в атмосферу Земли на скорости 25 км/с и более, оно сгорит почти без остатка. Если метеорное тело не сгорело в атмосфере, то по мере торможения оно теряет горизонтальную составляющую скорости. Это приводит к изменению траектории падения от часто почти горизонтальной в начале до практически вертикальной в конце. По мере торможения свечение метеорного тела падает и оно остывает.^[4]

Морфология и магнитные свойства

В результате значительной аэродинамической нагрузки и абляции метеориты приобретают характерные внешние признаки:

ориентировано-конусообразную форму;

кору плавления;

особый рельеф поверхности.

Отличительный признак настоящих метеоритов – это кора плавления. По цвету и структуре она может существенно. У хондритов кора плавления чёрная и матовая, у ахондритов – блестящая. В редких случаях она может быть светлой и полупрозрачной.^[5] Ещё одним отличительным внешним признаком, которым обладает настоящий метеорит, является наличие на поверхности углублений, называемых пьезоглиптами (или регмаглиптами) – они напоминают отпечатки пальцев на мягкой глине. Их размеры и структура зависят от условий движения метеорита в атмосфере.^[6]

Магнитными свойствами обладают не только железные и железокаменные метеориты, но и каменные (хондриты). Это объясняется присутствием достаточно большого количества никелистого железа (камасит и тэнит^[7]). Однако, некоторые довольно редкие типы метеоритов из класса ахондритов лишены металлических включений или содержат их в незначительных количествах. Поэтому такие метеориты не обладают магнитными свойствами.

Виды метеоритов

По вещественному составу метеориты делят на три большие группы:

каменные (минеральный материал): хондриты (углистые, обыкновенные и энстатитовые) и ахондриты;

железные (металлический материал): сидериты^[8];

железокаменные (смешанный материал): мезосидериты и палласиты.

1.Каменные метеориты встречаются чаще всего, составляя 92.8% падений, и в основном состоят из силикатов: оливинов и пироксенов. Данный вид метеоритов разделяют на два подкласса – хондриты, составляющие большинство, и ахондриты.^[4]

Хондриты названы так из-за наличия светлых образований сферической или эллиптической формы – хондр, включённых в более тёмное вещество – матрицу. Хондры наблюдают на поверхности разлома метеорита, но лучше всего они заметны на полированной поверхности его распила. Содержание никелистого железа в хондритах не превышает 30%, и присутствует оно в виде мелких частиц неправильной или сферической формы.^[1]

Хондриты чётко делятся на три больших класса по форме содержания железа, а точнее по степени его окисленности. Хондритам этих классов дали следующие названия и обозначения: углистые (C), обыкнoвенныe (O) и энстатитовые (E).

Углистые хондриты – содержат много железа, но оно почти целиком находится в связанном состоянии в силикатах. Тёмную окраску углистым хондритам в основном придает минерал магнетит, 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).^[5]

Обыкновенные хондриты – эти метеориты названы так потому, что они встречаются наиболее часто (87%) в метеоритных коллекциях. Они включают в себя три химические группы: Н, L и LL. Метеориты этих групп похожи по ряду свойств, но отличаются по общему содержанию железа и сидерофильных элементов (Н > L > LL) и по отношению окисленного железа к металлическому (LL > L > Н).^[1]

Энстатитовые хондриты – Е-хондриты состоят в основном из железа в его свободном состоянии, то есть при нулевой валентности, и силикатных соединений, в которых железо почти отсутствует. Пироксен в метеоритах этого типа содержится в виде энстатита, от которого и произошло название класса хондритов. Энстатитовые хондриты, судя по их структурным и минералогическим особенностям, были подвергнуты тепловому метаморфизму при максимальных для них температурах (600°C – 1000°C), поэтому в них присутствует меньше всего летучих соединений, а среди других классов хондритов энстатитовые признают самыми восстановленными. Хондры, заполненные обломочным материалом, находятся в тёмной мелкодисперсной матрице и имеют неправильную форму.^[5]

Ахондриты – менее многочисленная группа каменных метеоритов (около 10%). В них нет хондр и они химически не похожи на хондриты, так как 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. Предполагается, что ахондриты образовались из исходного вещества хондритового состава в одном процессе дифференциации, который дал и железные метеориты. Ахондриты делят на группы по минеральному составу. Название каждой из групп соответствует либо названию основного минерала, либо названию метеорита, который можно считать типичным представителем данной группы: обриты, уреилиты, диогениты, эвкриты.^[9]

2. Железныеметеориты гораздо больше по размерам, чем каменные или железокаменные метеориты. Они редко меняют форму при входе в атмосферу и гораздо меньше страдают от последствий абляции. Все железные метеориты составляют примерно 89.3% от массы всех известных метеоритов. Несмотря на эти факты, железные метеориты всё же встречаются редко. Среди найденных метеоритов они встречаются лишь в 5.7% случаев.^[4]

Железо и никель в железных метеоритах встречается в виде двух различных минералов. Наиболее распространёнными минералом является камасит. Этот минерал образует крупные кристаллы, которые проявляются в виде широких полос или лучеподобных структур на протравленной поверхности железного метеорита. Другой минерал – тэнит. Он обычно образует меньшие кристаллы, которые выглядят как тонкие ленты на поверхности травления железного метеорита.

В зависимости от возникновения и наличия этих никеле-железных минералов, железные метеориты относят к трём основным классам:

Октаэдриты, содержащие от 7 до 15% никеля. Известно 6 подгрупп, базирующихся на ширине линий камасита, потому что существует прямая зависимость между этой шириной и содержанием никеля. Эти подгруппы кодируются как Ogg, Og, Om, Of, Off, Opl (от «очень грубая структура» до «очень тонкая»);

Гексаэдриты, состоящие в основном из камасита и содержащие 5-6% никеля. Свое название получили от формы кристаллической структуры камасита - шестигранника. Чистая форма камасита – кубический кристалл с шестью равными сторонами под прямым углом друг к другу;

Атакситы, состоящие из богатых никелем тэнита и камасита. Встречаются только в виде микроскопических ламелей и шпинделей. Следовательно, атакситы – наиболее богатые никелем железные метеориты и являются одними из самых редких типов метеоритов. Крупнейший метеорит, найденный на Земле, известный как Гоба, принадлежит к этому редкому структурному классу.^[10]

3. Железокаменные метеориты. Этот класс метеоритов составляет обширную категорию, в которую включены все метеориты, состоящие из приблизительно равных долей металла и камня. В настоящее время большинство исследователей относят к железокаменным две группы метеоритов – палласиты и мезосидериты.

По частоте встречаемости железокаменные метеориты относятся к самому маленькому классу, поскольку на их долю приходится лишь около 1.5% всех наблюдавшихся случаев. Несмотря на то, что они достаточно тяжелые вследствие высокого содержания железа, до настоящего времени найдено лишь около 10 тонн таких метеоритов, что составляет всего 3.5% общей массы всех известных метеоритов.^[11]

Состоят железокаменные метеориты из таких минералов, как: тэнит, оливин, гиперстен, пироксен.

Палласиты являются железно-никелевой основой с вкраплениями кристаллов оливина. Оливины в палласитах имеют сходный состав и структуру. Они обеднены кальцием и никелем по сравнению с земными образцами. Содержание никеля в металле около 10%. По происхождению палласиты тесно связаны с железными метеоритами. В то время как железные метеориты происходят из глубины ядра дифференцированных астероидов, палласиты представляют его внутреннее покрытие, зону, где встречаются и смешиваются металлическое ядро и богатая силикатами кора астероидов.^[12]

Мезосидериты состоят из примерно равных частей железа, никеля и силикатных минералов (оливин, пироксены и кальциевые полевые шпаты). Имеют неоднородную брекчиевидную структуру. Силикатные минералы и металлы часто присутствуют в них виде округлых и остроугольных обломков и мелкозернистых срастаний.^[13]

Минеральный состав

К настоящему времени изучен минеральный состав более 2800 метеоритов. Наблюдается огромное разнообразие их состава, структур, текстур и возраста.

В метеоритах отмечается более ста различных минералов. Самыми распространёнными являются оливин и пироксен, камасит и тэнит, троилит, шрейберзит и графит. Из редких минералов, не встречающихся на Земле, известны ольдгамит ((Ca,Mg,Fe)S) ^[7], лавренсит (Fe²⁺,Ni)Cl₂ ^[14], добреелит (Fe²⁺Cr_2S4) ^[7], брецинаит (Cr_3S4) и хейдеит ((Fe,Cr)_1.15 + x(Ti,Fe)_2S4).^[14]

Так как наибольший интерес для нашей работы представляют энстатитовые хондриты, ниже рассмотрены редкие минералы, входящие в их состав.

Добреелит (добрелит) – зеленовато-чёрный сульфидный минерал из группы линнеита. Редок, в небольших количествах встречается только в железных и некоторых каменных (ахондритах, энстатитовых хондритах) метеоритах. Совместим с камаситом, троилитом, плагиоклазом и графитом. Имеет кубическую сингонию, параметр ячейки a = 0.996 нм.

Брецинаит – серый сульфидный минерал с моноклинной сингонией, параметры ячейки

a = 0.596 нм., b = 0.342 нм., c = 1.127 нм.^[14]

Хейдеит – серо-стальной минерал группы брецинаита.Сингония моноклинная, параметры ячейки a = 0.592 нм., b = 0.342 нм., c = 1.146 нм.^[15]

Заключение

В ходе данной работы были изучены свойства метеоритов, их морфология, классификация видов и основной минеральный состав. В последующей экспериментальной части планируется получение термодинамических свойств сульфидов железа и хрома.

Библиографический список

Вуд Д., Фесенков В. Г. Метеориты и происхождение Солнечной системы: Пер. с англ. – Мир, 1971.

Мезенин Н. А. Занимательно о железе. – 1985.

Кравчук П. А. Рекорды природы //Л.: Эрудит. – 1993. – Т. 216.

А. Н. Симоненко, Б. Ю. Левин. Метеориты-осколки астероидов. – Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1979.

Метеориты России. Проект Дмитрия Казакова [Электронный ресурс] URL: http://www.meteoritica.ru (дата обращения: 30.11.2017)

Krinov E. L. Principles of Meteoritics: International Series of Monographs on Earth Sciences. – Elsevier, 2013. – Т. 7.

Mineralogy Database [Электронный ресурс] URL: http://webmineral.com (дата обращения: 03.12.2017]

Мушкетов И. В. Физическая геология. – Изд. Ин-та инженеровъ пытей сообщения, 1903. – Т. 2.

Вдовыкин Г. П. Метеориты //M.: Наука. – 1974.

Сурдин В. Г. Солнечная система //М.: Физматлит. – 2008. – Т. 2009.

Дабижа А. И., Федынский В. В. Звёздные раны //Земли и их диагностика геофизическими методами. Земля и Вселенная. – 1975. – №. 3.

Сурдин В. Г. Солнечная система //М.: Физматлит. – 2008. – Т. 2009.

Фесенков В. Г. Метеоры и метеориты //Алма-Ата: Изд-во АН КазССР. – 1949. – С. 10-13.

Mineralogy Database [Электронный ресурс] URL: https://www.mindat.org (дата обращения: 11.12.2017)

Mineralienatlas [Электронный ресурс] URL: https://www.mineralienatlas.de (дата обращения: 11.12.2017)

Код для цитирования: Скопировать