МЕССБАУЭРОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ КРИСТАЛЛОВ В НЕДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ И ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ МЕТЕОРИТАХ
|
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ КРИСТАЛЛОВ КАМЕННЫХ И ЖЕЛЕЗОКАМЕННЫХ МЕТЕОРИТОВ 15
1.1 Общие сведения о каменных и железокаменных метеоритах 15
1.2 Особенности структуры железосодержащих кристаллов каменных и
железокаменных метеоритов 20
1.3 Магнитные свойства железосодержащих кристаллов каменных и
железокаменных метеоритов по данным магнитометрии 27
1.4 Мессбауэровская спектроскопия железосодержащих кристаллов
каменных и железокаменных метеоритов и их некоторых природных и синтетических аналогов 30
1.5 Постановка задачи исследования 67
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 70
2.1 Подготовка образцов для исследования 70
2.2 Методы исследования образцов 73
2.2.1 Оптическая микроскопия 73
2.2.2 Сканирующая электронная микроскопия и энергодисперсионная
спектроскопия 73
2.2.3 Рентгеновский фазовый анализ 74
2.2.4 Измерение магнитных свойств 75
2.2.5 Мессбауэровская спектроскопия 75
2.3 Выводы 79
3 УЧЕТ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРУКТУРЫ ТРОИЛИТА ПРИ АНАЛИЗЕ
МЕССБАУЭРОВСКИХ СПЕКТРОВ МЕТЕОРИТОВ 81
3.1 Мессбауэровская спектроскопия троилита, выделенного из метеорита
Сихотэ-Алинь 11АВ 82
3.1.1 Характеризация троилита, выделенного из метеорита Сихотэ-Алинь,
методами сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской дифракции и магнитных измерений 82
3.1.2 Аппроксимация мессбауэровского спектра троилита, выделенного из
метеорита Сихотэ-Алинь, и интерпретация результатов 87
3.2 Сравнение физических параметров компоненты троилита в
мессбауэровских спектрах некоторых обыкновенных хондритов при ее аппроксимации с помощью полного статического Гамильтониана 92
3.3 Аппроксимация мессбауэровских спектров обыкновенных хондритов с помощью симуляции полного статического Гамильтониана для описания
компоненты троилита 101
3.4 Влияние симуляции полного статического Гамильтониана при описании
компоненты троилита на параметры мессбауэровских спектров обыкновенных хондритов 108
3.5 Выводы 116
4 ПАРАМЕТРЫ СВЕРХТОНКОЙ СТРУКТУРЫ ЯДЕР 57Fe И ОСОБЕННОСТИ
МИКРОСТРУКТУРЫ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ КРИСТАЛЛОВ В НЕКОТОРЫХ КАМЕННЫХ И ЖЕЛЕЗОКАМЕННЫХ МЕТЕОРИТАХ 117
4.1 Особенности морфологии и химического состава железосодержащих
кристаллов в некоторых каменных и железокаменных метеоритах 117
4.2 Структура и фазовый состав исследуемых фрагментов каменных и
железокаменных метеоритов 135
4.3 Магнитные свойства исследуемых фрагментов каменных и
железокаменных метеоритов 145
4.4 Мессбауэровская спектроскопия и параметры сверхтонкой структуры
ядер 57Fe исследуемых фрагментов каменных и железокаменных метеоритов 151
4.5 Особенности микроструктуры и параметры сверхтонкой структуры ядер
57Fe в железосодержащих кристаллах коры плавления некоторых каменных метеоритов 173
4.6 Выводы 190
5 КАТИОННОЕ УПОРЯДОЧЕНИЕ В КРИСТАЛЛАХ СИЛИКАТНЫХ ФАЗ НЕДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ И ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ
МЕТЕОРИТОВ 192
5.1 Оценка заселенностей ионами Бе2+ и Му2' позиций М1 и М2 в оливине, ортопироксене и клинопироксене недифференцированных и
дифференцированных метеоритов по данным рентгеновской дифракции и мессбауэровской спектроскопии 192
5.2 Оценки значений коэффициентов распределения и температур равновесного катионного упорядочения в кристаллах оливина и ортопироксена недифференцированных и дифференцированных метеоритов
на основе данных рентгеновской дифракции и мессбауэровской спектроскопии 199
5.3 Оценка заселенностей ионами Бе2+ позиций М1 и М2 в кристаллах
силикатных фаз в коре плавления и температуры их нагрева 204
5.4 Выводы 207
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 208
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 216
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ КРИСТАЛЛОВ КАМЕННЫХ И ЖЕЛЕЗОКАМЕННЫХ МЕТЕОРИТОВ 15
1.1 Общие сведения о каменных и железокаменных метеоритах 15
1.2 Особенности структуры железосодержащих кристаллов каменных и
железокаменных метеоритов 20
1.3 Магнитные свойства железосодержащих кристаллов каменных и
железокаменных метеоритов по данным магнитометрии 27
1.4 Мессбауэровская спектроскопия железосодержащих кристаллов
каменных и железокаменных метеоритов и их некоторых природных и синтетических аналогов 30
1.5 Постановка задачи исследования 67
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 70
2.1 Подготовка образцов для исследования 70
2.2 Методы исследования образцов 73
2.2.1 Оптическая микроскопия 73
2.2.2 Сканирующая электронная микроскопия и энергодисперсионная
спектроскопия 73
2.2.3 Рентгеновский фазовый анализ 74
2.2.4 Измерение магнитных свойств 75
2.2.5 Мессбауэровская спектроскопия 75
2.3 Выводы 79
3 УЧЕТ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРУКТУРЫ ТРОИЛИТА ПРИ АНАЛИЗЕ
МЕССБАУЭРОВСКИХ СПЕКТРОВ МЕТЕОРИТОВ 81
3.1 Мессбауэровская спектроскопия троилита, выделенного из метеорита
Сихотэ-Алинь 11АВ 82
3.1.1 Характеризация троилита, выделенного из метеорита Сихотэ-Алинь,
методами сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской дифракции и магнитных измерений 82
3.1.2 Аппроксимация мессбауэровского спектра троилита, выделенного из
метеорита Сихотэ-Алинь, и интерпретация результатов 87
3.2 Сравнение физических параметров компоненты троилита в
мессбауэровских спектрах некоторых обыкновенных хондритов при ее аппроксимации с помощью полного статического Гамильтониана 92
3.3 Аппроксимация мессбауэровских спектров обыкновенных хондритов с помощью симуляции полного статического Гамильтониана для описания
компоненты троилита 101
3.4 Влияние симуляции полного статического Гамильтониана при описании
компоненты троилита на параметры мессбауэровских спектров обыкновенных хондритов 108
3.5 Выводы 116
4 ПАРАМЕТРЫ СВЕРХТОНКОЙ СТРУКТУРЫ ЯДЕР 57Fe И ОСОБЕННОСТИ
МИКРОСТРУКТУРЫ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ КРИСТАЛЛОВ В НЕКОТОРЫХ КАМЕННЫХ И ЖЕЛЕЗОКАМЕННЫХ МЕТЕОРИТАХ 117
4.1 Особенности морфологии и химического состава железосодержащих
кристаллов в некоторых каменных и железокаменных метеоритах 117
4.2 Структура и фазовый состав исследуемых фрагментов каменных и
железокаменных метеоритов 135
4.3 Магнитные свойства исследуемых фрагментов каменных и
железокаменных метеоритов 145
4.4 Мессбауэровская спектроскопия и параметры сверхтонкой структуры
ядер 57Fe исследуемых фрагментов каменных и железокаменных метеоритов 151
4.5 Особенности микроструктуры и параметры сверхтонкой структуры ядер
57Fe в железосодержащих кристаллах коры плавления некоторых каменных метеоритов 173
4.6 Выводы 190
5 КАТИОННОЕ УПОРЯДОЧЕНИЕ В КРИСТАЛЛАХ СИЛИКАТНЫХ ФАЗ НЕДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ И ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ
МЕТЕОРИТОВ 192
5.1 Оценка заселенностей ионами Бе2+ и Му2' позиций М1 и М2 в оливине, ортопироксене и клинопироксене недифференцированных и
дифференцированных метеоритов по данным рентгеновской дифракции и мессбауэровской спектроскопии 192
5.2 Оценки значений коэффициентов распределения и температур равновесного катионного упорядочения в кристаллах оливина и ортопироксена недифференцированных и дифференцированных метеоритов
на основе данных рентгеновской дифракции и мессбауэровской спектроскопии 199
5.3 Оценка заселенностей ионами Бе2+ позиций М1 и М2 в кристаллах
силикатных фаз в коре плавления и температуры их нагрева 204
5.4 Выводы 207
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 208
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 216
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Метеориты, как объекты внеземного происхождения, достигшие поверхности Земли, являются одними из главных носителей информации о процессах формирования вещества Солнечной системы и последующих его трансформациях в астероидах и протопланетах. Вещество метеоритов формировалось в экстремальных условиях космического вакуума, низких температур, медленного охлаждения, термических, ударных и иных экстремальных воздействий. Поэтому структура кристаллов метеоритного вещества может иметь отличия от земных аналогов. Железосодержащие кристаллы, входящие в состав метеоритов, их структура и физические свойства содержат важную информацию, необходимую для понимания физико-химических процессов, протекавших в протопланетном облаке на стадии формирования Солнечной системы, а также при последующей эволюции вещества в космическом пространстве. С другой стороны, изучение особенностей микроструктуры вещества внеземного происхождения может быть полезно для создания земных аналогов кристаллов метеоритов с новыми свойствами.
Наличие ядер 57Ре в железосодержащих кристаллах метеоритов позволяет успешно применять мессбауэровскую спектроскопию для их исследования. Это наиболее чувствительный ядерный резонансный метод, точность настройки в резонанс которого составляет 10-13. Данный метод используется в исследовании метеоритов уже более полувека. Однако применение мессбауэровской спектроскопии с высоким скоростным разрешением (дискретизация опорного сигнала скорости, формируемого цифро-аналоговым преобразователем, составляет 212, что почти на порядок превышает дискретизацию опорного сигнала скорости большинства используемых спектрометров) позволило существенно повысить качество измерений спектров метеоритов и получить информацию, которую ранее невозможно было извлечь из спектров, измеренных с низким скоростным разрешением. Данные мессбауэровской спектроскопии могут быть успешно дополнены результатами исследований вещества метеоритов такими методами, как оптическая и сканирующая электронная микроскопия, энергодисперсионная спектроскопия, рентгеновская дифрактометрия и магнитные измерения. Сочетание разных методов и согласие полученных результатов существенно повышают надежность исследования.
Степень разработанности темы исследования
Применение мессбауэровской спектроскопии в изучении микрокристаллов фаз метеоритов проводится в целом уже почти 55 лет. Эти исследования проводились и продолжают проводиться в странах Латинской Америки (Бразилия, Аргентина, Чили, Перу), США, Австралии, Польше, Словакии, Чехии, Индии, Султанате Оман и других странах. При исследовании каменных метеоритов основное внимание уделялось анализу фазового состава вещества метеоритов, процессов земного выветривания (окисления железосодержащих фаз до соединений Бе3+ в земных условиях) и реже - изучению выделенных кристаллов железосодержащих фаз из вещества метеоритов. Также проводились попытки классификации некоторых типов метеоритов (обыкновенных хондритов) на основе данных мессбауэровской спектроскопии. Мессбауэровские спектры большинства метеоритов имеют сложный суперпозиционный вид, поскольку вещество содержит кристаллы таких железосодержащих фаз, как оливин (Бе, МдДЗЮд, ортопироксен (Бе, Мд)ЗЮз, клинопироксен (Бе, Мд, Са)ЗЮз, сплав Бе¬М-Со, троилит БеЗ, хромит БеСг2О4, герцинит БеА12О4, ильменит БеБЮз, а также продукты окисления некоторых из этих фаз в случае земного выветривания. Во всех этих работах авторы не выявляли в мессбауэровских спектрах компоненты, связанные с ядрами 57Бе в структурно неэквивалентных позициях М1 и М2 кристаллов оливина, ортопироксена и клинопироксена, а также компоненты хромита, герцинита и ильменита, что не позволяло получить полную картину фазового состава метеоритов и более точно оценить параметры сверхтонкой структуры ядер 57Бе для компонент спектров. Впервые компоненты спектров, относящиеся к ядрам 57Бе в структурно неэквивалентных позициях М1 и М2 кристаллов оливина и ортопироксена, были выявлены при аппроксимации мессбауэровских спектров обыкновенных хондритов, измеренных с высоким скоростным разрешением. В настоящей работе измерение мессбауэровских спектров каменных метеоритов с высоким скоростным разрешением и их аппроксимация по новой модели позволили выявить компоненты спектров, связанные с ядрами 57Те в структурно неэквивалентных позициях М1 и М2 не только в кристаллах оливина и ортопироксена, но и клинопироксена, а также в кристаллах хромита, герцинита и ильменита. Также известны исследования искусственно синтезированных силикатных кристаллов, в которых авторы проводили сравнение как собственных результатов, полученных методами мессбауэровской спектроскопии и рентгеновской дифракции, так и результатов мессбауэровской спектроскопии в сравнении с данными других авторов по рентгеновской дифракции. В этих работах авторам не всегда удавалось получить согласие результатов двух методов. Однако для метеоритов такие сравнения вовсе не проводились, поскольку в абсолютном большинстве исследований обыкновенных хондритов авторы не выявляли в мессбауэровских спектрах компоненты, связанные с ядрами 57Те в позициях М1 и М1 в оливине, ортопироксене и клинопироксене. В настоящей же работе удалось получить согласие оценок заселенностей этих позиций ионами Те2+ на основе данных двух независимых методов. Кора плавления метеоритов методом мессбауэровской спектроскопии ранее не исследовалась.
Цель работы
Изучение связи мессбауэровских параметров и особенностей фазового состава и микроструктуры железосодержащих кристаллов недифференцированных и дифференцированных метеоритов.
Задачи работы
1. Характеризация вещества недифференцированных и дифференцированных метеоритов методами оптической микроскопии и сканирующей электронной микроскопии с энергодисперсионной спектроскопией, получение информации о морфологии и химическом составе исследуемых метеоритов.
2. Оценка фазового состава метеоритов, параметров элементарной ячейки кристаллов оливина, ортопироксена и клинопироксена и заселенностей ионами Ре2+ позиций М1 и М2 в кристаллах этих силикатных фаз методом рентгеновской дифракции.
3. Определение магнитных свойств исследуемых метеоритов методами измерения зависимостей кривых намагничивания от температуры и от поля.
4. Измерение мессбауэровских спектров вещества недифференцированных и дифференцированных метеоритов, а также их коры плавления с высоким скоростным разрешением при комнатной температуре, аппроксимация спектров наилучшим образом, и идентификация полученных компонент спектров по параметрам сверхтонкой структуры.
5. Анализ фазового состава исследуемых метеоритов, сравнение параметров сверхтонкой структуры ядер 57Ре для одинаковых железосодержащих кристаллов в различных метеоритах, оценка соотношений заселенностей ионами Ре2+ позиций М1 и М2 в кристаллах оливина, ортопироксена и клинопироксена и сравнение их с аналогичными оценками, полученными из данных рентгеновской дифракции.
6. Оценка температур равновесного катионного упорядочения для ионов Ре2+ и Му2' в позициях М1 и М2 в кристаллах оливина и ортопироксена на основе данных рентгеновской дифракции и мессбауэровской спектроскопии, оценка возможности использования параметров мессбауэровских спектров для систематизации обыкновенных хондритов, относящихся к группам Н, Р и РР.
Научная новизна
Впервые проведены измерения мессбауэровских спектров с высоким скоростным разрешением обыкновенных хондритов РР группы, говардита и каменной части нового фрагмента палласита, а также обыкновенных хондритов групп Н и Р, которые ранее не исследовались методом мессбауэровской спектроскопии.
Впервые проведено исследование методом мессбауэровской спектроскопии коры плавления метеоритов и обнаружено наличие в коре плавления обыкновенных хондритов магнезиоферрита вместо предполагавшегося ранее магнетита.
Разработан и апробирован упрощенный метод аппроксимации многокомпонентных мессбауэровских спектров метеоритов на основе симуляции полного статического Гамильтониана, необходимого для корректной аппроксимации компоненты троилита, и позволяющий выявлять такие минорные фазы, как клинопироксен, хромит, герцинит и ильменит.
Показано сходство и отличие параметров сверхтонкой структуры ядер 57Ге в кристаллах одинаковых фаз недифференцированных и дифференцированных метеоритов; отличия параметров связаны с отличиями в микроструктуре локального окружения ядер 57Ге, в частности, для кристаллов силикатных фаз - в различном содержании ионов Ге2+ и Мд2+ и в отличии заселенностей структурно неэквивалентных позиций М1 и М2 ионами Ге2+.
В мессбауэровских спектрах исследуемых метеоритов выявлены компоненты, связанные с ядрами 57Ге в структурно неэквивалентных позициях М1 и М2 в оливине, ортопироксене и клинопироксене; получены оценки соотношений заселенностей этих позиций ионами Ге2+ на основе данных рентгеновской дифракции и мессбауэровской спектроскопии.
Получены оценки температур равновесного катионного упорядочения ионов Ге2+ и Мд2+ по позициям М1 и М2 в оливине и ортопироксене исследованных метеоритов на основе данных рентгеновской дифракции и мессбауэровской спектроскопии.
Развит и дополнен подход к систематизации обыкновенных хондритов групп Н, Ь и ЬЬ на основе данных мессбауэровской спектроскопии.
Наличие ядер 57Ре в железосодержащих кристаллах метеоритов позволяет успешно применять мессбауэровскую спектроскопию для их исследования. Это наиболее чувствительный ядерный резонансный метод, точность настройки в резонанс которого составляет 10-13. Данный метод используется в исследовании метеоритов уже более полувека. Однако применение мессбауэровской спектроскопии с высоким скоростным разрешением (дискретизация опорного сигнала скорости, формируемого цифро-аналоговым преобразователем, составляет 212, что почти на порядок превышает дискретизацию опорного сигнала скорости большинства используемых спектрометров) позволило существенно повысить качество измерений спектров метеоритов и получить информацию, которую ранее невозможно было извлечь из спектров, измеренных с низким скоростным разрешением. Данные мессбауэровской спектроскопии могут быть успешно дополнены результатами исследований вещества метеоритов такими методами, как оптическая и сканирующая электронная микроскопия, энергодисперсионная спектроскопия, рентгеновская дифрактометрия и магнитные измерения. Сочетание разных методов и согласие полученных результатов существенно повышают надежность исследования.
Степень разработанности темы исследования
Применение мессбауэровской спектроскопии в изучении микрокристаллов фаз метеоритов проводится в целом уже почти 55 лет. Эти исследования проводились и продолжают проводиться в странах Латинской Америки (Бразилия, Аргентина, Чили, Перу), США, Австралии, Польше, Словакии, Чехии, Индии, Султанате Оман и других странах. При исследовании каменных метеоритов основное внимание уделялось анализу фазового состава вещества метеоритов, процессов земного выветривания (окисления железосодержащих фаз до соединений Бе3+ в земных условиях) и реже - изучению выделенных кристаллов железосодержащих фаз из вещества метеоритов. Также проводились попытки классификации некоторых типов метеоритов (обыкновенных хондритов) на основе данных мессбауэровской спектроскопии. Мессбауэровские спектры большинства метеоритов имеют сложный суперпозиционный вид, поскольку вещество содержит кристаллы таких железосодержащих фаз, как оливин (Бе, МдДЗЮд, ортопироксен (Бе, Мд)ЗЮз, клинопироксен (Бе, Мд, Са)ЗЮз, сплав Бе¬М-Со, троилит БеЗ, хромит БеСг2О4, герцинит БеА12О4, ильменит БеБЮз, а также продукты окисления некоторых из этих фаз в случае земного выветривания. Во всех этих работах авторы не выявляли в мессбауэровских спектрах компоненты, связанные с ядрами 57Бе в структурно неэквивалентных позициях М1 и М2 кристаллов оливина, ортопироксена и клинопироксена, а также компоненты хромита, герцинита и ильменита, что не позволяло получить полную картину фазового состава метеоритов и более точно оценить параметры сверхтонкой структуры ядер 57Бе для компонент спектров. Впервые компоненты спектров, относящиеся к ядрам 57Бе в структурно неэквивалентных позициях М1 и М2 кристаллов оливина и ортопироксена, были выявлены при аппроксимации мессбауэровских спектров обыкновенных хондритов, измеренных с высоким скоростным разрешением. В настоящей работе измерение мессбауэровских спектров каменных метеоритов с высоким скоростным разрешением и их аппроксимация по новой модели позволили выявить компоненты спектров, связанные с ядрами 57Те в структурно неэквивалентных позициях М1 и М2 не только в кристаллах оливина и ортопироксена, но и клинопироксена, а также в кристаллах хромита, герцинита и ильменита. Также известны исследования искусственно синтезированных силикатных кристаллов, в которых авторы проводили сравнение как собственных результатов, полученных методами мессбауэровской спектроскопии и рентгеновской дифракции, так и результатов мессбауэровской спектроскопии в сравнении с данными других авторов по рентгеновской дифракции. В этих работах авторам не всегда удавалось получить согласие результатов двух методов. Однако для метеоритов такие сравнения вовсе не проводились, поскольку в абсолютном большинстве исследований обыкновенных хондритов авторы не выявляли в мессбауэровских спектрах компоненты, связанные с ядрами 57Те в позициях М1 и М1 в оливине, ортопироксене и клинопироксене. В настоящей же работе удалось получить согласие оценок заселенностей этих позиций ионами Те2+ на основе данных двух независимых методов. Кора плавления метеоритов методом мессбауэровской спектроскопии ранее не исследовалась.
Цель работы
Изучение связи мессбауэровских параметров и особенностей фазового состава и микроструктуры железосодержащих кристаллов недифференцированных и дифференцированных метеоритов.
Задачи работы
1. Характеризация вещества недифференцированных и дифференцированных метеоритов методами оптической микроскопии и сканирующей электронной микроскопии с энергодисперсионной спектроскопией, получение информации о морфологии и химическом составе исследуемых метеоритов.
2. Оценка фазового состава метеоритов, параметров элементарной ячейки кристаллов оливина, ортопироксена и клинопироксена и заселенностей ионами Ре2+ позиций М1 и М2 в кристаллах этих силикатных фаз методом рентгеновской дифракции.
3. Определение магнитных свойств исследуемых метеоритов методами измерения зависимостей кривых намагничивания от температуры и от поля.
4. Измерение мессбауэровских спектров вещества недифференцированных и дифференцированных метеоритов, а также их коры плавления с высоким скоростным разрешением при комнатной температуре, аппроксимация спектров наилучшим образом, и идентификация полученных компонент спектров по параметрам сверхтонкой структуры.
5. Анализ фазового состава исследуемых метеоритов, сравнение параметров сверхтонкой структуры ядер 57Ре для одинаковых железосодержащих кристаллов в различных метеоритах, оценка соотношений заселенностей ионами Ре2+ позиций М1 и М2 в кристаллах оливина, ортопироксена и клинопироксена и сравнение их с аналогичными оценками, полученными из данных рентгеновской дифракции.
6. Оценка температур равновесного катионного упорядочения для ионов Ре2+ и Му2' в позициях М1 и М2 в кристаллах оливина и ортопироксена на основе данных рентгеновской дифракции и мессбауэровской спектроскопии, оценка возможности использования параметров мессбауэровских спектров для систематизации обыкновенных хондритов, относящихся к группам Н, Р и РР.
Научная новизна
Впервые проведены измерения мессбауэровских спектров с высоким скоростным разрешением обыкновенных хондритов РР группы, говардита и каменной части нового фрагмента палласита, а также обыкновенных хондритов групп Н и Р, которые ранее не исследовались методом мессбауэровской спектроскопии.
Впервые проведено исследование методом мессбауэровской спектроскопии коры плавления метеоритов и обнаружено наличие в коре плавления обыкновенных хондритов магнезиоферрита вместо предполагавшегося ранее магнетита.
Разработан и апробирован упрощенный метод аппроксимации многокомпонентных мессбауэровских спектров метеоритов на основе симуляции полного статического Гамильтониана, необходимого для корректной аппроксимации компоненты троилита, и позволяющий выявлять такие минорные фазы, как клинопироксен, хромит, герцинит и ильменит.
Показано сходство и отличие параметров сверхтонкой структуры ядер 57Ге в кристаллах одинаковых фаз недифференцированных и дифференцированных метеоритов; отличия параметров связаны с отличиями в микроструктуре локального окружения ядер 57Ге, в частности, для кристаллов силикатных фаз - в различном содержании ионов Ге2+ и Мд2+ и в отличии заселенностей структурно неэквивалентных позиций М1 и М2 ионами Ге2+.
В мессбауэровских спектрах исследуемых метеоритов выявлены компоненты, связанные с ядрами 57Ге в структурно неэквивалентных позициях М1 и М2 в оливине, ортопироксене и клинопироксене; получены оценки соотношений заселенностей этих позиций ионами Ге2+ на основе данных рентгеновской дифракции и мессбауэровской спектроскопии.
Получены оценки температур равновесного катионного упорядочения ионов Ге2+ и Мд2+ по позициям М1 и М2 в оливине и ортопироксене исследованных метеоритов на основе данных рентгеновской дифракции и мессбауэровской спектроскопии.
Развит и дополнен подход к систематизации обыкновенных хондритов групп Н, Ь и ЬЬ на основе данных мессбауэровской спектроскопии.
Настоящая работа посвящена изучению особенностей микроструктуры железосодержащих кристаллов в недифференцированных и дифференцированных метеоритах. Были исследованы следующие недифференцированные метеориты: обыкновенные хондриты Аннама H5, Gandom Beryan 008 H5, Kemer L4, Царев L5-2, Озерки L6, Bursa L6, Bjurböle L/LL4, Челябинск LL5 (5 фрагментов с различной литологией), NWA 6286 LL6, NWA 7857 LL6, а также такие дифференцированные метеориты, как палласит Сеймчан PMG (каменная часть) и говардит (ахондрит) Sarigigek. Основной метод исследования этих метеоритов - мессбауэровская спектроскопия с высоким скоростным разрешением. Дополнительные методы исследования - оптическая микроскопия, сканирующая электронная микроскопия с энергодисперсионной спектроскопией, рентгеновская дифракция и магнитные измерения. Проведенные исследования выявили наличие в метеоритах кристаллов таких железосодержащих фаз, как оливин (Fe, Mg)2SiO4, ортопироксен (Fe, Mg)SiO3, клинопироксен (Fe, Mg, Ca)SiO3, a-Fe(Ni, Co), a2- Fe(Ni, Co), y-Fe(Ni, Co) и y-FeNi сплава Fe-Ni-Co, троилит FeS, хромит FeCr2O4, ильменит FeTiO3, герцинит FeACO4, а также фазы, содержащие Fe3+, образовавшиеся при формировании коры плавления или в результате земного выветривания метеоритов (например, магнезиоферрит MgFe2O4, магнетит Fe3O4, маггемит y-Fe2O3, оксигидроокиси железа и др.). Исследование троилита как выделенного из железного метеорита Сихотэ-Алинь, так и в составе обыкновенных хондритов методом мессбауэровской спектроскопии показало отличие градиента электрического поля и сверхтонкого магнитного поля на ядрах 57Fe в троилите разных метеоритов. Показана необходимость использования полного статического Гамильтониана при аппроксимации компоненты троилита в сложных мессбауэровских спектрах метеоритов для корректного описания минорных компонент. Однако в силу большого числа компонент в мессбауэровских спектрах метеоритов аппроксимация большинства спектров с использованием полного статического Гамильтониана для компоненты троилита не достигала сходимости. Поэтому разработан упрощенный метод аппроксимации многокомпонентных мессбауэровских спектров метеоритов с симуляцией полного статического Гамильтониана, позволивший корректно описывать не только компоненту троилита, но и минорные компоненты спектров. Этот подход был применен для новой аппроксимации ранее измеренных спектров обыкновенных хондритов Оханск H4, Richardton H5, Венгерово H5, Звонков H6, Саратов L4, Farmington L5, Mbale L5/6, Mount Tazerzait L5, Царев L5-1 и Кунашак L6, в результате чего были получены более точные значения их мессбауэровских параметров. Аппроксимация мессбауэровских спектров недифференцированных и дифференцированных метеоритов, измеренных с высоким скоростным разрешением, позволила выявить компоненты спектров, связанные с ядрами 57Fe в структурно неэквивалентных позициях М1 и М2 в оливине, ортопироксене и клинопироксене (компоненты последнего удавалось выявить в спектрах тех метеоритов, в которых методом рентгеновской дифракции выявлялось не менее 4 вес. % клинопироксена). Кроме этого, были выявлены компоненты спектров таких железосодержащих фаз, как a-Fe(Ni, Co), a2-Fe(Ni, Co), y-Fe(Ni, Co) и y- FeNi, троилит, хромит, ильменит и герцинит. В метеоритах, подвергшихся земному выветриванию, выявлены компоненты спектров, связанные с вероятным образованием гематита a-Fe2O3, магнетита Fe3O4 и соединений FeOOH. Сравнение оценок параметров сверхтонкой структуры ядер 57Fe в кристаллах одинаковых фаз в различных метеоритах показало разброс параметров, свидетельствующий как о сходстве, так и об отличиях в структуре локального микроокружения ядер 57Fe в этих кристаллах. В частности, отличия параметров сверхтонкой структуры для ядер 57Fe и структуры его локального окружения в кристаллах оливина, ортопироксена и клинопироксена могут быть обусловлены различиями в содержании ионов Fe2+ и Mg2+, а также в их распределении между позициями М1 и М2 в этих силикатных кристаллах. Проведенная оценка соотношения заселенностей ионами Fe2+ позиций М1 и М2 в кристаллах силикатных фаз методами рентгеновской дифракции и мессбауэровской спектроскопии показала хорошее согласие результатов, полученных на основе данных двух независимых методов. Поскольку распределение ионов Fe2+ и Mg2+ по позициям М1 и М2 в кристаллах силикатов связано с их термической историей, на основе данных рентгеновской дифракции и мессбауэровской спектроскопии были рассчитаны коэффициенты распределения и температуры равновесного катионного упорядочения для кристаллов оливина и ортопироксена недифференцированных и дифференцированных метеоритов. Кроме этого, у фрагментов метеоритов Челябинск LL5 (фрагменты No 1а и No 2a), Kemer L4, Озерки L6 и Sarigigek была исследована кора плавления. Методами рентгеновской дифракции и мессбауэровской спектроскопии в коре плавления обыкновенных хондритов выявлено присутствие магнезиоферрита. Показано, что в некоторых случаях термический эффект приводит к перераспределению заселенностей ионами Fe2+ позиций М1 и М2 в кристаллах силикатных фаз.
В заключение следует показать, как с помощью параметров мессбауэровской спектроскопии можно проводить систематизацию (или классификацию) обыкновенных хондритов по группам H, L и LL. С этой целью были выбраны параметры спектров следующих метеоритов: Царев L5-2, Озерки L6, Bjurbole L/LL4, Челябинск LL5 (5 фрагментов с различной литологией), NWA 6286 LL6, NWA 7857 LL6, а также десяти ранее измеренных обыкновенных хондритов Оханск H4, Richardton H5, Венгерово H5, Звонков H6, Саратов L4, Farmington L5, Mbale L5/6, Mount Tazerzait L5, Царев L5-1 и Кунашак L6, аппроксимированных по новой модели (см. [225-228]). В качестве базовых параметров для систематизации были выбраны: (1) суммарная относительная площадь компонент мессбауэровских спектров, связанных с позициями М1 и М2 в оливине и (2) суммарная относительная площадь компонент, связанных с фазами сплава Fe-Ni-Co и соединениями Fe3+ для случаев не очень высокой степени земного выветривания (в рамках приближения равенства вероятностей эффекта Мессбауэра в разных фазах так можно учесть исходное содержание
сплава Ре-№-Со) (см. [167, 226, 228, 254, 286, 299]). Результаты систематизации обыкновенных хондритов в координатах вышеуказанных базовых параметров представлены на рисунке 5.4.
В заключение следует показать, как с помощью параметров мессбауэровской спектроскопии можно проводить систематизацию (или классификацию) обыкновенных хондритов по группам H, L и LL. С этой целью были выбраны параметры спектров следующих метеоритов: Царев L5-2, Озерки L6, Bjurbole L/LL4, Челябинск LL5 (5 фрагментов с различной литологией), NWA 6286 LL6, NWA 7857 LL6, а также десяти ранее измеренных обыкновенных хондритов Оханск H4, Richardton H5, Венгерово H5, Звонков H6, Саратов L4, Farmington L5, Mbale L5/6, Mount Tazerzait L5, Царев L5-1 и Кунашак L6, аппроксимированных по новой модели (см. [225-228]). В качестве базовых параметров для систематизации были выбраны: (1) суммарная относительная площадь компонент мессбауэровских спектров, связанных с позициями М1 и М2 в оливине и (2) суммарная относительная площадь компонент, связанных с фазами сплава Fe-Ni-Co и соединениями Fe3+ для случаев не очень высокой степени земного выветривания (в рамках приближения равенства вероятностей эффекта Мессбауэра в разных фазах так можно учесть исходное содержание
сплава Ре-№-Со) (см. [167, 226, 228, 254, 286, 299]). Результаты систематизации обыкновенных хондритов в координатах вышеуказанных базовых параметров представлены на рисунке 5.4.
Подобные работы
- МЕССБАУЭРОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ
КРИСТАЛЛОВ В НЕДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ И
ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ МЕТЕОРИТАХ
Авторефераты (РГБ), физика. Язык работы: Русский. Цена: 2200 р. Год сдачи: 2019