Книга: Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

Хондриты

Наиболее многочисленные каменные метеориты делят на две группы: хондриты и ахондриты. Хондриты названы так из-за наличия необычных светлых образований сферической или эллиптической формы — хондр, включенных в более темное вещество — матрицу. Хондры можно видеть на поверхности разлома метеорита, но лучше всего они заметны на полированной поверхности его распила. Размер хондр бывает от микроскопических до сантиметровых. Иногда они занимают до 50% объема метеорита. Хондры и матрица практически не различаются по составу и состоят в основном из мелкокристаллических железо-магнезиальных силикатов и стекол. Но структура хондр в основном кристаллическая. На этом основании некоторые специалисты считают, что хондры кристаллизовались из расплава. Содержание никелистого железа в хондритах не превышает 30%, и присутствует оно в виде мелких частиц неправильной или сферической формы. В целом вещество хондритов сравнительно плотное (2,0—3,7 г/см³), но хрупкое. Достаточно небольшого усилия для того, чтобы раскрошить в руках хондритовый метеорит. Удивительно, что хондры до сих пор обнаружены только в метеоритах. Их происхождение пока остается загадкой, поскольку неизвестны механизмы их возникновения.

Другой важной особенностью хондритов является их предельно простой элементный состав. Если не учитывать самые летучие элементы (Н, Не, О и некоторые другие), то получается, что состав хондритов очень близок к элементному составу Солнца. Причем такая близость прослеживается не только по основным элементам, но и по примесным, также служащим важными индикаторами. Примесные элементы делят на три группы: литофильные (Se, Sr, Rb, Ва, Се, Cs, Th, U и др.), халькофильные (Сu, Zn, Sn, Pb, Ag, Hg, Cd, In и др.) и сидерофильные (Ga, Ge, Ru, Pt, Pd, Os, Ir, Rh и др.); они демонстрируют сродство с минералами, богатыми кислородом, серой и железом соответственно. В частности, горные породы Земли, прошедшие магматическую дифференциацию, содержат в основном литофильные примесные элементы. Халькофильные элементы встречаются на земной поверхности только в ограниченных областях рудных месторождений, а сидерофильные практически отсутствуют. Оказалось, что в хондритовых метеоритах примесные элементы разных групп присутствуют в тех же пропорциях (с незначительными вариациями), что и на Солнце. Это означает, что хондриты образовались из вещества солнечного состава и не проходили дифференциацию. В то же время, очевидно, что они эпизодически подвергались нагреванию, хотя и не очень сильному, поэтому в них произошли некоторые структурные и минералогические изменения, называемые тепловым метаморфизмом.

Хондриты четко делятся на три больших класса по форме содержания железа, точнее по степени его окисленности. Хондритам этих классов дали следующие названия и обозначения: энстатитовые (Е), обыкновенные (О) и углистые (С). В том же порядке в них увеличивается содержание окисленного (двух- и трехвалентного) железа. Все хондриты поделены на шесть петрологических типов, в которых постепенно усиливаются структурные и минералогические проявления теплового метаморфизма (от 1-го к 6-му типу).

Углистые хондриты. Углистые хондриты (обозначаемые буквой «С», от англ. carbonaceous, углистый) — самые темные, чем и оправдывают свое название. Они содержат много железа, но оно почти целиком находится в связанном состоянии в силикатах. Темную окраску углистым хондритам в основном придает минерал магнетит (Fе₃O₄), а также небольшие количества графита, сажи и органических соединений. Эти метеориты содержат также значительную долю водосодержащих минералов или гидросиликатов (серпентин, хлорит, монтмориллонит и ряд других).

Дж. Вассон предложил в 1970-х гг. разделить углистые хондриты на четыре группы (CI, СМ, СО и CV) на основании постепенного изменения их свойств. В каждой группе есть типичный, эталонный метеорит, первая буква имени которого добавляется к индексу «С» при обозначении группы. Типичными представителями в упомянутых группах являются метеориты Ivuna, Мигеи (найден на Украине, в Николаевской обл.), Ornans и Vigarano. Несколько раньше, в 1956 г., Г. Виик предложил деление углистых хондритов на три группы (CI, СII и CIII), упоминания о которых можно иногда встретить в литературе. Группы Вассона CI и СМ полностью соответствуют группам CI и СII Виика, а группы СО и CV можно рассматривать как составляющие группы CIII.

В CI-хондритах гидратированные силикаты занимают большую часть объема. Их рентгеновские исследования показали, что преобладающим силикатом является септехлорит (общая формула септехлоритов Y₆(Z₄О₁0)(OH)₈, где Y = Fe²⁺, Mg; Z=Si, Al, Fe³⁺). Причем, все гидросиликаты находятся в аморфной форме, т.е. в форме стекла. Дегидратированных силикатов (пироксенов, оливинов и др., которые появляются при температурах более 100°С) здесь вообще нет. CI-метеориты представляют собой исключение среди хондритов, поскольку их вещество вообще не содержит хондр, а состоит как бы из одной матрицы. Это подтверждает идею о кристаллизации хондр из расплавленного вещества, поскольку исследования показывают, что вещество CI-хондритов не подвергалось плавлению. Оно считается наиболее неизмененным, по сути первичным веществом Солнечной системы, сохранившимся с момента конденсации протопланетного облака. Именно этим объясняется высокий интерес ученых к CI-метеоритам.

В СМ-хондритах содержится лишь 10—15% связанной воды (в составе гидросиликатов), а в виде хондр присутствует 10—30% пироксена и оливина.

В СО- и СV-хондритах содержится всего 1% воды в связанном состоянии и преобладают пироксены, оливины и другие дегидратированные силикаты. В небольших количествах в них имеется и никелистое железо. Присутствие гидросиликатов заметно снижает плотность углистых хондритов: от 3,2 г/см³ в CV до 2,2 г/см³ в СI-метеоритах.

Обыкновенные хондриты. Обыкновенные хондриты названы так потому, что они встречаются наиболее часто в метеоритных коллекциях. Они включают в себя три химические группы: Н, L и LL (Н — от англ. high, высокий; L — от low, низкий). Метеориты этих групп похожи по ряду свойств, но отличаются по общему содержанию железа и сидерофильных элементов (Н >L>LL) и по отношению окисленного железа к металлическому (LL>L>Н). Хондриты группы Н охватывают петрологические типы от 3 до 6, а хондриты групп L и LL относятся к петрологическим типам 3—7.

Структурные и минералогические особенности обыкновенных хондритов свидетельствуют, что эти метеориты испытали тепловой метаморфизм при температурах примерно от 400°С (для низкого петрологического типа 3) до более 950°С (для типа 7) и при ударных давлениях до 1000 атм. (нарастающих при увеличении температуры). По сравнению с более «правильными» хондрами углистых хондритов хондры обыкновенных чаще имеют неправильную форму и заполнены обломочным материалом. Общее содержание железа в обыкновенных хондритах по группам меняется в следующих пределах: 18—22% (LL), 19—24% (L), 25—30% (Н). Количество металлического железа также увеличивается от группы LL к L и далее — к Н.

Энстатитовые хондриты. В энстатитовых (Е) хондритах железо находится в основном в металлической фазе, т.е. в свободном состоянии (при нулевой валентности). В то же время в их силикатных соединениях железа содержится очень мало. Практически весь пироксен в них представлен в виде энстатита (откуда и название данного класса). Структурные и минералогические особенности энстатитовых хондритов показывают, что они испытывали тепловой метаморфизм при максимальных (для хондритов) температурах, примерно в диапазоне от 600°С до 1000°С. Как следствие, Е-хондриты по сравнению с другими хондритами являются наиболее восстановленными и содержат наименьшее количество летучих соединений.

В этой группе выделяются три петрологических типа (Е4, Е5 и Е6), в которых прослеживается нарастание признаков теплового метаморфизма. Было также обнаружено, что в Е-хондритах имеют место широкие вариации содержаний железа и серы в зависимости от петрологического типа. На этом основании некоторые ученые делят их еще на типы I (куда входят Е4 и Е5) и II (Е6). Хондры в энстатитовых хондритах погружены в темную мелкодисперсную матрицу, имеют неправильные очертания и заполнены обломочным материалом.