Тема: МЕССБАУЭРОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ КРИСТАЛЛОВ В НЕДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ И ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ МЕТЕОРИТАХ
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
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
📖 Введение
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.
✅ Заключение
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.



