Тезисы научной конференции ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ, апрель 2006 года

Секция ГЕОЛОГИЯ

содержание

ВЫСОКОПЛОТНЫЕ ПОЛИМОРФНЫЕ МОДИФИКАЦИИ МИНЕРАЛОВ В АСТРОБЛЕМАХ

В.И.Фельдман¹, Л.В.Сазонова¹, Е.А.Козлов²
1 - МГУ им. М.В.Ломоносова, геологический факультет, кафедра петрологии, г. Москва
2 - РФЯЦ - ВНИИТФ им. Е.И.Забабахина, Челябинская обл., г. Снежинск

Высокоплотные минеральные фазы считаются характерными признаками импактных структур. Их присутствие или отсутствие обычно включается в число признаков "за" и "против" при рассмотрении принадлежности той или иной конкретной структуры к ударно-взрывной формации. Ни один из этих минералов ни разу не был зафиксирован, например, среди продуктов вулканических взрывов. Однако в астроблемах эти минералы образуются в очень небольших количествах, они крайне неравномерно распределены в импактитах и возникают в разное время и при различных условиях, формируясь по разным механизмам.

В настоящее время в импактных кратерах известны высокобарические полиморфные модификации SiO 2 (моноклинный коэсит и тетрагональный стишовит), углерода - С (кубический алмаз и гексагональный лонсдейлит), ромбического пироксена (кубический меджорит) и ромбического оливина (кубический рингвудит). Рассмотрение условий нахождения высокоплотных фаз в астроблемах показывает, что механизмы их формирования, по-видимому, можно свести к трём вариантам: 1) кристаллизации из импактного расплава (все шесть минералов), 2) мартенситным фазовым переходам (стишовит и лонсдейлит) и 3) миграционным фазовым переходам (перекристаллизации с миграцией химических компонентов на твёрдофазной стадии ударного метаморфизма) (коэсит, алмаз-тогорит). Эти же механизмы реализованы для всех перечисленных минералов в экспериментах.

Образование высокоплотных минеральных фаз при мартенситных фазовых переходах и кристаллизация их из импактного расплава при высоких давлениях (т.е. до полной разгрузки системы после пиковой ударно-волновой нагрузки) обычно не вызывает возражений при обсуждении процессов ударного метаморфизма. Миграционный фазовый переход в природе описан только для возникновения новых минералов по предшественникам того же состава: коэсита по кварцу и алмаза-тогорита по каменному углю. Однако в экспериментах при сжатии горных пород сферическими сходящимися ударными волнами в лабораторных условиях авторами доклада впервые были получены рингвудит (по биотиту и гранату) и пироксеновая фаза (по гранату), то есть по минералам-предшественникам совершенно иного состава.

Для этого были приготовлены шаровые образцы горных пород диаметром 48 - 50 мм. Эти шары в вакууме 10 -5 мм Hg были заварены в гермочехлы из нержавеющей стали, имеющие толщину 6 мм. На чехлы был нанесен слой взрывчатки толщиной h вв = 10 мм. На поверхности шара ударная нагрузка составляла 20 - 25 ГПа, По мере приближения к центру шара амплитуда напряжений нарастала, и на расстоянии 1 мм от центра шара давление на фронте ударной волны достигало 300 ГПа. Эксперименты показали, что рингвудит и пироксеновая фаза формируются в интервале нагрузок 25 - 40 ГПа по миграционному механизму, а при больших значениях Р уд (до 50 - 60 ГПа) при кристаллизации импактного расплава.

Рингвудит и пироксеновая фаза в описанных экспериментах имеют ряд специфических особенностей, указывающих на их образование в условиях привноса - выноса некоторых компонентов. Частичному выносу подвергаются калий, титан, железо; тогда как кальций и натрий привносятся из окружающей среды. Следует подчеркнуть, что, несмотря на вынос глинозёма, его "остаточное" содержание в новых фазах достигает 10 - 15 Al 2 O 3 масс. %.

Сопоставление условий формирования перечисленных выше высокобарических фаз в астроблемах и в лабораторных экспериментах (при статическом и при ударно-волновом сжатии) позволяет сделать следующие выводы.

• И в природе, и в экспериментах ударные нагрузки, при которых возникают перечисленные выше высокоплотные фазы, резко превышают статические. Эти превышения колеблются в пределах от 1.5 - 2 до 10 раз. Причиной этого, по-видимому, являются очень высокие скорости процессов, протекающих при ударно-волновом нагружении вещества.
• Образование высокоплотных фаз при ударно-термическом разложении породообразующих минералов зависит от количества исходного минерала в породе, поскольку энергия ударной волны распределяется между слагающими породу минералами пропорционально их процентному содержанию.
• Минимальные величины ударных напряжений, при которых начинается ударно-волновое разложение минерала с образованием высокоплотных фаз, зависит от типа кристаллической решётки исходного минерала.
• Результаты изучения рассмотренных минералов позволяют говорить о том, что в природе они могут встречаться лишь в породах, испытавших остывание в режиме закалки.
• Образование высокоплотных фаз вряд ли может служить основанием для разработки геобарометров ударного метаморфизма.