ХИМИЯ ГЛАВНЫХ И РЕДКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, ⁴⁰Ar-³⁹Ar ВОЗРАСТ АХОНДРИТА NWA 011.

¹ Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского, ул. Косыгина, 19, Москва, 119991, Россия ( venus2@geokhi.ru ), ²Мineralogisches Institut, Universitat Heidelberg, D-69120 Heidelberg, Germany. , ³ Planetary Geosciences Institute, University of Tennessee, Knoxville, TN 37996, USA

Введение. Northwest Africa (NWA) 011 (рис. 1) идентифицирован как некумулятивный эвкрит, имеющий аномальное Fe/Mn отношение [1]. Однако позже в работе Yamaguchi et al. [2] было показано, что порода отличается от эвкритов по изотопному составу кислорода и представляет собой новый тип базальтового метеорита. Вследствие этого была выдвинута гипотеза, что порода, возможно, с Меркурия [3].

Рис. 1. NWA011 (40г)

В настоящей работе мы обсуждаем особенности химии главных, редких элементов и РЗЭ этого уникального метеорита, а также первые результаты изучения метеорита Ar-Ar метода датирования. Информация по минералогии и петрографии NWA 011 изложена в отдельной работе [4]. На основании наших исследований можно констатировать, что NWA 011 имеет ряд существенных отличий от метеоритов групп говардиты-эвкриты-диогениты (HED).

Рис. 2 Шлиф NWA011 (~3см2)

Результаты. Валовый состав породы был посчитан на основе его модального состава и химии минералов. Площадь исследуемого шлифа составляла ~2,9 см² (рис. 2). Редкие элементы определялись методом нейтронно-активационного анализа в двух 10-20 мг образцах. Определенный нами валовый состав NWA 011 (таблица 1) сильно отличается от полученного Yamaguchi et al. [2]. По нашим оценкам в этой породе значительно больше Si и P и немного меньше Al, Fe и Ca (таблица 1).

В тоже время по магнезиальности (Mg# = Mg/(Mg+Fe), мол. %) наши значения сходятся. Fe/Mn отношение у нас более высокое. Это и не удивительно, поскольку для пироксенов этого метеорита характерны высокие значения Fe/Mn отношения [1, 2, 4]. В работе Yamaguchi et al. приводится очень низкое содержание P для валового химического состава. Хотя Ca-фосфат неравномерно распределен в этом метеорите, но можно определенно говорить, что он является его типичным аксессорным минералом (рис. 3) [3, 4].

Рис. 3 Са-фосфат типичный акцессорный минерал NWA011

Различия в результатах анализов побудили нас проверить данные Yamaguchi et al. [2]. На основе измеренного ими валового химического состава был рассчитан нормативный состав породы. Как он, так и модальный состав, полученный при модельной кристаллизации, не отвечают наблюдаемому минеральному составу породы [1, 4, 5]. Так, например, в моделях было получено 10 % оливина (рис. 4, 5) ,

Рис. 4 Модальный состав [Yamaguchi et al., 2001] и нормативный состав NWA 011 (рассчитан по валовому химическому составу [Yamaguchi et al., 2002])

Рис. 5 Равновесная кристаллизация NWA011 (95% закристаллизовано, METEOMOD [Ariskin et al., 1997])

в то время как этот минерал практически отсутствует в метеорите [1, 2, 4]. Результаты подобных расчетов с использованием нашего валового химического состава хорошо согласуются с минералогией метеорита (рис. 5, 6).

Рис. 6 Модальный и нормативный составы NWA011 (использованы наши данные)

Рис. 7. Распределение редкоземельных элементов в NWA011

Распределение РЗЭ в двух наших проанализированных образцах значительно отличается друг от друга (рис 7). Одна проба была сильно обеднена легкими редкоземельными элементами (LREEs) и имела положительную Eu аномалию. В другом образце содержание РЗЭ было существенно выше. Эта разница может быть объяснена различиями в минералогии анализируемых образцов. Так, первый образец, показавший низкое содержание LREEs, был также обеднен Са-фосфатом. Интересно отметить, что в работе Yamaguchi et al. [2], указывается на обедненность метеорита фосфором, и приводится сходная картина распределение РЗЭ (рис. 7). Таким образом, наше предположение о корреляции между содержаниями Са-фосфата и РЗЭ подтверждается. Содержание других редких элементов в обеих наших пробах сопоставимы. Как и в результатах Yamaguchi et al. [2] они обогащены сидерофилами: Ni 50 (ppm), Co 28 (ppm) и Ir 40 (ppb) и имеют в два раза меньшее содержание Sc (15 ppm) по сравнению с эвкритами. Низкие содержания Ва и Sr (~100 ppm) указывают на низкую степень выветривания.

Рис. 8. 40Ar-39Ar возрастной спектр и отношение K/Ca для NWA011

⁴⁰Ar-³⁹Ar методом датирования былa проанализированa валовая проба NWA 011 (97мг). Возрастной спектр с высоким разрешением (34 температурных фракции) представлен на рис. 8. Для возрастного спектра характерно увеличение кажущегося возраста (до 4 млрд.) по мере выделения газа.

Рис. 9. Mg/Mg+Fe - TiO2 для эвкритов

Обсуждение. Если не рассматривать аномальное Fe/Mn отношения, то в целом по химии главных элементов, NWA 011 попадает в группу некумулятивных эвкритов (рис. 9). Однако подобные Fe/Mn отношения уже были зафиксированы для эвкрита Ibitira и четырех Антарктических эвкритов (Y-82082, A-881467, A-881388, Y-791195) [6]. Наиболее важными особенностями NWA 011 являются:

• - высокое содержание P, которое в 2-3 раза выше, чем в эвкритах (рис. 10);
• - низкая концентрация Sc, составляющая только 50% от обычного эвкритового значения;
• - высокое содержание сидерофильных элементов, которые сильно фракционированы.

Рис. 10 Sm-P диаграмма для ахондритов (взята из [Warren et al., 1990])

Ni/Ir и Ni/Co отношения в этом метеорите значительно ниже характерных для хондритов. Высокое содержание сидерофилов с отношениями, характерными для фракционированного вещества, объяснялось контаминацией NWA 011 веществом железных метеоритов IVB [2]. Однако ударные события, связанные со столкновением с железными телами, редки в космосе; к тому же Ni/Co отношение в IVB метеоритах гораздо выше чем в хондритах. Кроме того, концентрация Ir (20-40 ppb) слишком высока, чтобы соответствовать одному импактному событию. Сопоставимые содержания Ir померены в зрелом лунном грунте и реголитовых брекчиях, образованных в условиях сильного метеоритного потока. NWA 011 не является брекчией [1, 4]. Мы предполагаем, что высокое содержанием сидерофильных элементов изначально было присуще родительскому телу, то есть явная сидерофильная аномалия просто отражает высокое содержание этих элементов в источнике. По-видимому, этот источник не был полностью уравновешен с Fe металлом, возможно, из-за более окислительных условий по сравнению с нормальным эвкритовым источником. Высокое Fe/Mn отношение и высокое содержание Р подтверждают это предположения. Кроме того, ассоциация металлических включений FeNi с троилитом позволяет думать, что отношения сидерофильных элементов, характерные для фракционированного вещества, могут быть объяснены присутствием сульфидов в источнике NWA 011. Низкая магнезиальность (MG#) указывает на формирование NWA 011 путем фракционной кристаллизации. Низкое содержание Sc предполагает фракционирование пироксена, если источник не был обеднен Sc.

Рис. 11 Трехизотопная диаграмма для NWA011

⁴⁰Ar-³⁹Ar возрастной спектр NWA 011 (рис. 8) имеет сходные характеристики с эвкритовыми возрастными спектрами [7], однако имеются некоторые интересные особенности. Линия смешения изотопов аргона, полученная по первым девяти температурным фракциям, указывает на наличие захваченного земного аргона (рис. 11). На трехизотопной диаграмме (рис. 11) видно, что пересечение корреляционной линии с осью ³⁶Ar/⁴⁰Ar соответствует ³⁶Ar/⁴⁰Ar=0.00334+0.00003, которое точно равно атмосферному отношению ³⁶Ar/⁴⁰Ar Земли. При коррекции на этот захваченный компонент получается низкотемпературное возрастное плато, равное 800+60 млн (рис. 12). Это самый молодой возраст, определенный для эвкритов [7,8]. Кажущийся возраст увеличивается по мере роста температуры экстракции и достигает 3,2-3,9 млрд для высокотемпературных фракций. Вероятно, 800 млн назад произошло термальное событие, которое привело к частичной дегазации и перестройке ⁴⁰Ar-³⁹Ar системы базальта. Вполне возможно, что возраст 3,2-3,9 млрд лет соответствует времени кристаллизация или импактного метаморфизма в результате сильной метеоритной бомбардировки, которую испытали Луна и родительское тело HED, примерно 3,7-4,2 млрд лет назад [7,8]. Возраст экспозиции, определенный по космогенному ³⁸Ar хорошо согласуется с ранее определенным возрастом [2].

Рис. 12. 40Ar-39Ar возрастной спектр, исправленный на захваченный атмосферный аргон

Выводы: Из всех известных ахондритов NWA 011 является уникальным метеоритом. По сравнению с эвкритами он имеет высокое Fe/Mn отношение, обогащен P и обеднен Sc. Также он обогащен сидерофильными элементами, которые, по-видимому, изначально были характерны для его родительского тела, а не связаны с метеоритной контаминацией. Это подтверждают низкие значения Ni/Ir и Ni/Co отношений. Источник NWA 011, вероятно, состоит из более окисленного, чем эвкриты вещества, и содержит сульфидные фазы. ⁴⁰Ar-³⁹Ar метод датирования показал возраст кристаллизации более 3,2 млрд. лет назад и термальное событие, произошедшее 0,8 млрд. лет назад.

Благодарности: Эта работа была поддержана Австрийской Академией Наук и Австрийским Фондом FWF.

Ссылки: [1] Okada A. et al. (1988) Meteoritics, 23, 59-74. [2] Zhang Y. Et al. (1995) J. Geophys. Res. 100, 9417-9438. [3] Easton A. J. (1986) Meteoritics, 21, 79-93.. [4] Rubin A. E. et al. (1997) GCA 61, 847-858. [5] Lin Y., Kimura M. (1988) Meteoritics and Planet. Sci. 33, 501-511. [6] Patzer D.H. et al. (2001) Meteoritics and Planet. Sci. 36, 1495-1505. [7] Fogel R. A. (1997) Meteoritics and Planet. Sci. 32, 577-591. [8] Watters T. R. and Prinz M. (1979) Proc. LPSC X, 1073-1093. [9] Brearley A. J. and Jones R. H. (1988) Rev. Min. 36, 3-01-3-370