лунные метеориты омана - Лаборатория метеоритики ГЕОХИ РАН

ЛУННЫЕ МЕТЕОРИТЫ И
ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ
ЛУННОЙ КОРЫ
С.И. Демидова
Научный руководитель
доктор геологоминералогических наук
М.А. Назаров
Лаборатория метеоритики
ГЕОХИ РАН
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
определение вещественных характеристик лунной коры,
основываясь на петрографическом, минеральном и
химическом составе лунных метеоритов.
ЗАДАЧИ :
- исследование вещественного состава лунных метеоритов, найденных в
провинции Дофар (Оман)
-оценка среднего состава лунной коры на основе полученных и
литературных данных о лунных метеоритах
- поиск глубинного вещества в лунных метеоритах и оценка условий его
образования
- установление генетических взаимоотношений фрагментов
магматических пород в лунном морском метеорите Dhofar 287.
МЕТОДЫ:
- петрография и химия минералов (оптическая микроскопия, электроннозондовый микроанализ)
- химический состав (РФА, ИНАА, ИСП-АЭС)
ЛУННЫЕ МЕТЕОРИТЫ ОМАНА
Лунные метеориты Дофара (53) составляют 40% от всех лунных
находок и ~4% метеоритов этого района.
ЛУННЫЕ МЕТЕОРИТЫ ОМАНА
Метеорит Dhofar 311 – брекчия с ударно-расплавной матрицей
ЛУННЫЕ МЕТЕОРИТЫ ОМАНА
Материковые
14
группа Dh 025
метеориты:
группа Dh 302
группа Dh 280
другие метеориты
12
Sc, мкг/г
1) ферроанортозиты
– группа Dh 280
2) троктолитовые
анортозиты – группа
Dh 302 и Dh 733
3) норитовые
анортозиты – группа
Dh 025 и Dh 026
Смешанные
метеориты –
10
8
Dh 026
Dh 302
6
группа Dh 925
Морской
метеорит – Dh 287
норитовые
анортозиты
4
ферроанортозиты
55
60
65
Dh 305
Dh 733
троктолитовые
анортозиты
70
Mg/(Mg+Fe), ат.%
75
80
СМЕШАННЫЕ МЕТЕОРИТЫ - DHOFAR 925, 960, 961
Dh 925
Dh 960
Dh 961
En
авгита, ильменита и фазы
кремнезема)
Dh 961
5
0
Dh 960
10
0
20
Dh 925
0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
Fo, %
# of grains
- породы, содержащие
KREEP
- фрагменты гранитного
состава
Fs
10
# of grains
- типичный материковый
материал (анортозиты,
нориты, троктолиты)
- морской компонент (очень
низкотитанистые базальты
(VLT) и железистые породы
(состоят из фаялита, геденбергита, Fe
Hd
Di
15
10
5
0
20
0
20
0
Dh 961
Dh 960
Dh 925
0
58 62 66 70 74 78 82 86 90 94 98
An, %
ПАРНОСТЬ МЕТЕОРИТОВ ДОФАРА
Метеоритные тела фрагментируются при
прохождении атмосферы.
Критерии парности
метеоритов:
1) близость расположения
находок
2) сходство вещественного
состава
3) одинаковый земной
возраст
ПАРНОСТЬ МЕТЕОРИТОВ ДОФАРА
Для метеоритов
пустынь характерен
привнос земного Ba и
Sr, что может быть
использовано для
оценки относительного
земного возраста.
10000
антарктические метеориты
группа Dh 025
группа Dh 280
Dh 026
Dh 733
Ba, мкг/г
1000
Группа Dhofar 025 самое древнее падение
100
10
100
1000
Sr, мкг/г
10000
Группа Dhofar 280:
(1) молодое падение Dhofar 280 и 081
(2) более древнее
падение –
группа Dhofar 302
ЛУННЫЕ МЕТЕОРИТЫ ОМАНА
Основываясь на петрографическом и химическом
сходстве среди исследованных метеоритов можно выделить по
крайней мере 7 различных падений лунных метеоритов,
которые представлены в основном метеоритными дождями:
1) Dhofar 025/301/304/308;
2) Dhofar 280/081;
3) Dhofar 302, 303, 305, 307, 309, 310, 311, 730, 731, 950;
4) Dhofar 026/457-468;
5) Dhofar 733;
6) Dhofar 925/960/961;
7) Dhofar 287.
В лунных метеоритах установлены практически все
компоненты, известные в образцах, доставленных
экспедициями «Аполлон» и аппаратами «Луна», включая такие
редкие типы, как: монцодиоритовый материал; фрагменты
гранитного состава; пикритовые стекла; ультраосновные
породы
СОСТАВ ЛУННОЙ КОРЫ
Лунные метеориты выброшены менее 10 млн. лет назад
(Nishiizumi et al., Thalmann et al., 1996) с образованием
метеоритных кратеров диаметром менее 10 км (глубина
экскавации ~ 1 км).
!Случайный характер выброса лунных
метеоритов
Вещественная представительность
Таким образом лунные метеориты
представительно характеризуют состав лунной
коры
(Palme et al., 1991) – 5 метеоритов
(Korotev et al., 2003) – 11 метеоритов
СОСТАВ ЛУННОЙ КОРЫ
1) простое среднее, основываясь на числе находок
- но число находок лунных метеоритов всегда
больше числа падений
2) средневзвешенное с учетом массы каждого
метеорита
- снимает проблему парности
- однако нужен большой статистический объем
популяции
СОСТАВ ЛУННОЙ КОРЫ
количество
масса, г
Всего
133 метеорита
~ 63 падения*
38066
Использовано в расчете
64 метеорита
26 падений
11072
Материковая популяция
14 падений
6890
Морская популяция
7 падений
3549
Смешанная популяция
5 падений
633
*данные с сайта о лунных метеоритах
http://meteorites.wustl.edu/lunar/moon_meteorites.htm
СРАВНЕНИЕ С ОРБИТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ
среднее по морским метеоритам
Средние содержания Th и Fe в материковой
популяции, и среднее содержание Ti в морской
популяции хорошо соответствуют последним
орбитальным данным для пород Луны.
Лунные моря
(видимая
сторона Луны)
Согласно «метеоритной» оценке в морских районах Луны
доминируют LT базальты (≈2.3 мас.% TiO2). Высокотитанистые
базальты должны иметь ограниченное распространение.
СОСТАВ ЛУННОЙ КОРЫ
Материковые
Состав
Материковые
метеориты, материковой коры
метеориты,
(Korotev et al., 2003) объед. среднее (Taylor, 1982)
Na2O, мас.%
K2 O
SiO2
FeO
MgO
Al2O3
CaO
Cr2O3
TiO2
MG#
р.з.э., ppm
Th
Sc
Co
Ni
0.35
0.03
44.7
4.4
5.4
28.2
16.3
0.1
0.22
69
15.0
0.37
8.0
17
185
0.36 (0.02)
0.05 (0.01)
44.2 (0.2)
4.12 (0.17)
4.90 (0.24)
28.5 (0.2)
16.8 (0.1)
0.09 (0.01)
0.22 (0.01)
67.8
13.3
0.36 (0.02)
7.7 (0.4)
15 (0.8)
154 (13)
0.45
0.08
45.0
6.6
6.8
24.6
15.8
0.1
0.56
65
29.7
0.9
10
15
100
*имеет более высокие
содержания Ca и Al, и
более низкие содержания
Fe и Mg, что соответствует
большему содержанию
плагиоклаза в лунной коре
*содержит меньше
несовместимых элементов.
?
Материковая кора = плагиоклаз +
родительский расплав
Источник = родительский расплав
+ оливин
1) Если родительский расплав коры
– продукт фракционирования
всей Луны, например результат
17% частичного плавления
2) Если родительский расплав коры
– продукт фракционирования
внешней части Луны (400 км предполагаемая глубина
океана магмы), то есть
результат 35% частичного
плавления
«Метеоритный» состав коры согласуется с обогащением
Луны труднолетучими элементами (р.з.э.) и обеднением
сидерофильными (Co) и легколетучими (Na) элементами.
ГЛУБИННЫЙ МАТЕРИАЛ В ЛУННЫХ МЕТЕОРИТАХ
Фрагмент 310-М3
В метеоритах Dh 302,
303, 305, 306, 307, 309,
310, 311, 730, 950, 1436 и
SaU 449 найдены 2
фрагмента горных пород,
содержащих
алюмоэнстатит, 8
сростков алюмоэнстатита
с другими фазами и 50
мономинеральных
фрагментов
алюмоэнстатита.
Шпинель образует червеобразные выделения в алюмоэнстатите,
что не характерно для лунных материковых пород. Это результат
твердофазных превращений.
ГЛУБИННЫЙ МАТЕРИАЛ В ЛУННЫХ МЕТЕОРИТАХ
3
2.5
1
2
СаО, мас.%
A l 2 O 3 , мас.%
12
8
4
2
1.5
1
0.5
0
0
40
60
80
Mg/(Mg+Fe), ат.%
100
0
4
8
Al2O3, мас.%
1) лунные метеориты; 2) шпинелевые катаклазиты образцов «Аполлон»
Магнезиальность лунных алюмоэнстатитов (89.5±1.4
ат. %) и земной мантии (89.4 ат. %) (Warren, 2005)
совпадают.
12
ГЛУБИННЫЙ МАТЕРИАЛ В ЛУННЫХ МЕТЕОРИТАХ
15445*
72435*
77517*
310-М3 309-М4
Сростки
Мин.
фрагм.
Al-энстатит (En)
Al2O3, мас.%
91-92
2-6.3
65-78
89-91
3.3-6.7
89
6.8-7.3
89
6.0-11.5
85-90
2.2-8.6
82-92
2.2-9.4
Оливин (Fo)
88-91
72
89-90
89
81-88
87-90
Плагиоклаз (An)
88-98
94-98
96-98
97
96
97-99
Шпинель
Fe/(Fe+Mg)
Cr/(Cr+Al)
0.19
0.13
0.31-0.56 0.20-0.38 0.20
0.03-0.21 0.08-0.29 0.04
*Warner et al., 1978
0.19-0.30 0.19-0.22
0.04-0.13 0.05-0.10
Р-Т УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ АЛЮМОЭНСТАТИТА
Границы фазовых равновесий даны для шпинелевого троктолита с пониженным содержанием Ca
5(1-х)Fo+Cord = 5[(1-x)En+xMgTs]+(2-5x)Sp,
где х – мольная доля MgAl2SiO6 (Herzberg, 1978; Herzberg, Baker, 1980)
T = 580-1150°C Pmin = 0.1-1.8 кбар
Для большей части зерен алюмоэнстатита минимальная глубина
образования составляет ~20-30 км, что соответствует средним зонам
лунной коры. Максимальная глубина – 170 км.
DHOFAR 287 – РАЗНООБРАЗИЕ МОРСКОГО ВУЛКАНИЗМА
Dh 287B - брекчия
Витрофировая порода
Кристаллические породы
Dh 287A - базальт
Cтекла
DHOFAR 287 – разнообразие морского вулканизма
Компоненты брекчии:
*LT базальты, сходные с базальтами
Аполлона 15 и 17, но обогащенные Na и К
*LT базальты с низким
Na, как в Аполлоне 15 и
17
*VLT базальты, более
железистые, чем в
Аполлоне 17 и Луне
24
*пикритовые стекла,
сходные с зелеными
стеклами Аполлона 15,
которые считаются
вулканическими
*KREEP стекло
*монцодиоритовое стекло
*грубозернистый материал
с необычной химией
минералов (состав
источника неизвестен)
DHOFAR 287
В Dhofar 287 присутствуют 2 типа
расплавов:
1) насыщенные оливином
(родительские расплавы)
2) близкие к сонасыщению
оливином, пироксеном и
плагиоклазом
Родительские расплавы
могли образоваться в
результате
ассимиляции KREEP
материала пикритовым
расплавом
SiO2
Dh 287A
Dh 287B
стекла
кремнезем
ударные
стекла
фрагменты
пород
пироксен
монцодиоритовое
стекло
плагиоклаз
оливин
шпинель
KREEP
Ударное стекло
Ol
An
Dhofar 287
содержит представителей различных магматических событий
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.
2.
3.
4.
Лунные метеориты Омана составляют 40% всех лунных метеоритных
находок и представлены материковыми, морским и смешанными
метеоритами, которые представляют, по меньшей мере, 7 различных
падений.
Материковая кора Луны богаче алюминием и беднее несовместимыми
элементами, чем считалось ранее, что подтверждает модель лунного океана
магмы и обогащение Луны труднолетучими элементами. В морских
районах доминируют низкотитанистые базальты, высокотитанистые
базальты имеют ограниченное распространение.
Глубинный материал лунной коры и, возможно, материал верхней мантии
содержит алюмоэнстатит, оливин, шпинель, плагиоклаз и, по крайней
мере, в некоторых областях не отличается по магнезиальности от вещества
земной верхней мантии.
В лунном морском метеорите Dh 287 присутствуют различные типы
базальтовых пород, отличающихся по составу, скорости остывания и
условиям формирования. В их образовании принимали участие процессы
ассимиляции KREEP материала.
Спасибо за внимание!
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЛУННЫХ МЕТЕОРИТОВ
Каменный метеорит
Ахондрит
>50% плагиоклаза
Хондрит
<50% плагиоклаза
Луна: материковый
HED метеориты
Fe/Mn
отношение
150
FeO/MnO, мол.%
Хондритовое
Mn/Mg
брашиниты
100
5
Луна
4
3
уреилиты
2
SNC метеориты
50
HED метеориты
лодраниты
акапулькоиты
винонаиты/IAB силикатные включения
0
0
0.5
1
Луна: морской
1.5
FeO/MgO, мол.%
2
δ17О
ëóí í û å
ì åòåî ðèòû
î
ìí
çå
ãî
ô
è
êö
ðà
îí
î
èð
í
âà
èÿ
èÿ
SNC
èí
ë
ì åòåî ðèòû
ãî âàðäèòû ýâêðèòû IAB-IIICD
äèî ãåí èòû
âèí î í àèòû
(HED)
óðåèëèòû
Изотопия
кислорода
1
àêàï óëüêî èòû ëî äðàí èòû
δ18О
0
2
4
6
SNC метеориты
8
10
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЛУННЫХ МЕТЕОРИТОВ
Лунные метеориты
и лунные породы
Fe/Mn в ol и px
структура
оливин
плагиоклаз
металл
акцессорные
минералы
возраст
HED
SNC
~ 89 и 54
~ 43 и 29
~ 43 и 30
преобладают
брекчии
есть брекчии
магм.
породы
распространен
почти нет
есть
An85-99
An75-95
An40-75
метеоритный
родной и
метеоритный
нет
ильменит, хромит,
троилит, армолколит,
транквиллитит,
пироксферроит и др.
ильменит,
хромит,
троилит
магнетит,
пирротин
3.1-3.9 (морские)
4.5 млрд.л.
≤1.3 млрд.л.
Гранулитовая брекчия.
Материковый метеорит Dh 733
Обломочная брекчия.
Морской метеорит Dh 287
Метеорит DHOFAR 026
200 mm
Фрагмент гранитного состава в смешанном
метеорите Dhofar 925
Фрагмент дунита в материковом метеорите
Dhofar 310
Фрагменты пироксенитов в материковом
метеорите Dhofar 305
200 mm
МАТЕРИКОВЫЕ
масса,г
SiO2
TiO2
Al2O3
Cr2O3
FeO
MnO
MgO
CaO
Na2O
K2O
P 2O 5
Сумма
Sc
V
Co
Ni
Ga
Rb
Sr
Zr
Ba
La
Ce
Nd
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Yb
Lu
Hf
Ta
Средневзвешенное
6890.3
Простое
среднее
44.2 (0.1)
0.21 (0.01)
28.7 (0.3)
0.09 (0.01)
4.03 (0.16)
0.06 (0.003)
4.72 (0.28)
17.0 (0.2)
0.35 (0.02)
0.05 (0.01)
0.08 (0.02)
99.6
44.3 (0.3)
0.24 (0.02)
28.2 (0.4)
0.10 (0.01)
4.40 (0.28)
0.06 (0.004)
5.22 (0.38)
16.5 (0.2)
0.37 (0.03)
0.04 (0.01)
0.09 (0.02)
99.7 ()
7.5 (0.4)
29 (2)
14.9 (0.8)
148 (12)
3.7 (1.3)
3.9 (1.0)
155” (3)
32 (3)
29” (2)
2.15 (0.20)
5.46 (0.53)
3.29 (0.31)
0.97 (0.09)
0.85 (0.06)
1.2 (0.1)
0.21 (0.02)
1.5 (0.1)
0.34 (0.03)
0.78 (0.07)
0.12 (0.01)
0.71 (0.07)
0.15 (0.02)
8.1 (0.6)
32 (4)
16.9 (1.4)
176 (23)
3.6 (0.8)
3.5 (1.0)
150” (3)
32 (3)
32” (3)
2.15 (0.22)
5.50 (0.60)
3.41 (0.35)
1.05 (0.11)
0.94 (0.12)
1.5 (0.1)
0.23 (0.02)
1.6 (0.1)
0.35 (0.03)
0.82 (0.08)
0.12 (0.01)
0.79 (0.08)
0.17 (0.02)
Объединенное
среднее
44.2 (0.2)
0.22 (0.01)
28.5 (0.2)
0.09 (0.01)
4.12 (0.17)
0.06 (0.002)
4.90 (0.24)
16.8 (0.1)
0.36 (0.02)
0.05 (0.01)
0.08 (0.01)
99.5
7.7 (0.4)
30 (2)
15.4 (0.8)
154 (13)
3.6 (0.8)
3.7 (0.7)
152” (2)
32 (2)
30” (2)
2.15 (0.15)
5.48 (0.40)
3.34 (0.23)
1.00 (0.07)
0.87 (0.07)
1.3 (0.1)
0.22 (0.01)
1.5 (0.1)
0.34 (0.02)
0.80 (0.05)
0.12 (0.01)
0.74 (0.05)
0.16 (0.01)
МОРСКИЕ
Средневзвешенное
3549.3
Простое
среднее
46.4 (0.6)
2.46 (0.40)
9.20 (0.55)
0.34 (0.03)
20.9 (0.6)
0.28 (0.01)
9.04 (2.19)
10.3 (0.5)
0.34 (0.04)
0.09 (0.01)
0.11 (0.02)
99.4
45.6 (0.6)
2.06 (0.38)
9.89 (0.82)
0.34 (0.06)
21.2 (0.7)
0.28 (0.01)
9.55 (2.00)
10.6 (0.64)
0.35 (0.04)
0.09 (0.02)
0.17 (0.05)
100.1
СМЕШАННЫЕ
Объединенное
среднее
Средневзвешенное
632.7
Простое
среднее
46.0 (0.4)
2.25 (0.28)
9.41 (0.5)
0.34 (0.03)
21.0 (0.47)
0.28 (0.01)
9.32 1.48 ()
10.4 (0.41)
0.34 (0.03)
0.09 (0.01)
0.12 (0.03)
99.5
46.2 (0.5)
0.52 (0.06)
19.7 (1.5)
0.23 (0.02)
11.0 (1.2)
0.13 (0.01)
8.34 (0.34)
13.4 (0.5)
0.40 (0.02)
0.08 (0.02)
100.1
46.3 (0.4)
0.59 (0.10)
19.3 (1.4)
0.23 (0.02)
11.4 (1.1)
0.14 (0.01)
8.18 (0.61)
13.7 (0.7)
0.41 (0.03)
0.12 (0.04)
100.5
25.0 (2.8)
83 (6)
39.3 (2.5)
141 (37)
3.7 (0.8)
26.1 (2.4)
81 (11)
36.5 (4.2)
206 (53)
3.9 (1.2)
25.6 (1.8)
82 (6)
38.6 (2.5)
162 (35)
3.8 (0.7)
27 (2)
128 (12)
3.7 (0.5)
114” (8)
104 (35)
94” (34)
6.0 (2.3)
14.8 (6.0)
9.4 (3.3)
2.8 (1.0)
0.76 (0.12)
126” (12)
156 (66)
137” (60)
9.3 (4.2)
23.5 (10.5)
13.4 (5.6)
4.3 (1.8)
0.86 (0.16)
118” (8)
115 (39)
104” (36)
6.8 (2.5)
16.9 (6.3)
10.4 (3.3)
3.1 (1.1)
0.80 (0.10)
140 (3)
80 (10)
64 (10)
5.4 (0.7)
14.0 (1.7)
9.1 (1.1)
2.8 (0.3)
0.93 (0.05)
Объединенное
среднее
46.3 (0.3)
0.54 (0.06)
19.5 (1.0)
0.23 (0.01)
11.2 (0.8)
0.13 (0.01)
8.30 (0.35)
13.5 (0.43)
0.40 (0.02)
0.09 (0.02)
Лунная
поверхность
45.0 (0.2)
0.86 (0.13)
21.7 (0.9)
0.18 (0.02)
10.1 (0.8)
0.13 (0.01)
6.69 (0.51)
14.5 (0.3)
0.36 (0.01)
0.07 (0.01)
-
100.2
57.3 (8.4)
59.5 (10.7)
58.1 (6.8)
43.9 (6.2)
58 (21)
3.4 (0.4)
2.1 (0.4)
125” (4)
168 (23)
129” (30)
11.5 (1.4)
30.6 (3.5)
20.7 (2.3)
6.3 (0.7)
1.10 (0.14)
43.1 (6.0)
58 (17)
3.7 (0.5)
2.8 (0.5)
108” (11)
122 (25)
74” (30)
9.3 (1.5)
24.4 (3.7)
16.7 (2.3)
5.2 (0.6)
1.04 (0.12)
43.5 (4.3)
58 (13)
3.5 (0.3)
2.3 (0.4)
123” (7)
147 (18)
101” (24)
10.5 (1.1)
27.7 (2.7)
18.7 (1.7)
5.7 (0.5)
1.06 (0.09)
1.52 (0.18)
1.19 (0.16)
1.34 (0.13)
0.61 (0.20)
0.89 (0.35)
0.68 (0.21)
0.63 (0.07)
5.36 (0.56)
0.75 (0.02)
4.6 (0.5)
0.48 (0.07)
4.34 (0.52)
0.62 (0.06)
3.6 (0.5)
0.45 (0.08)
4.81 (0.41)
0.74 (0.04)
4.1 (0.4)
0.47 (0.05)
2.4 (0.7)
0.36 (0.10)
2.2 (0.9)
0.55 (0.27)
3.5 (1.3)
0.52 (0.19)
3.3 (1.5)
0.57 (0.27)
2.6 (0.8)
0.39 (0.11)
2.5 (0.9)
0.56 (0.20)
2.3 (0.3)
0.33 (0.03)
2.0 (0.2)
25 (3)