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)