Сотрудники лаборатории метеоритики и космохимии Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, совместно с коллегами из Института геологии и минералогии имени В.С. Соболева СО РАН и геологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, исследовали зёрна оливина из железокаменного метеорита-палласита Сеймчан.

Впервые полученные результаты свидетельствуют о восстановлении двухвалентного железа в оливинах из палласитов через окислительно-восстановительные реакции между оливином и вмещающим FeNi металлом с образованием в оливине полых отрицательных кристаллов. Результаты опубликованы в журнале Geochemistry International (Khisina et al., 2024).

Палласиты — железокаменные метеориты — образованы крупными, до нескольких см в размере, зернами оливина (Mg,Fe)₂SiO₄, находящимися в FeNi металлической матрице (Рис. 1). Механизм образования палласитов точно не установлен; предполагается, что смешение легкого оливина и тяжёлого металла могло происходить на границе мантия-ядро в телах астероидальных размеров или в их приповерхностных зонах. Процессом, инициирующим смешение, могло быть катастрофические ударные события, вызванные высокоскоростными столкновениями тел в поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Ранее было установлено, что смешение происходило при температурах выше 1100 °С с последующим медленным охлаждением со скоростью 1–5 градусов в миллион лет. Одним из путей реконструкции загадочной истории образования палласитов является изучение различных структур слагающего их вещества.

Методами оптической и электронной микроскопии авторы обнаружили в оливине необычные субмикроскопические (толщиной < 1мкм) линейные дефекты в виде полых каналов и кристаллографически ограненных пустот — так называемых отрицательных кристаллов (Рис. 2 и 3). Каналы и наиболее крупные огранённые пустоты содержат вкрапления металлического железа. Установлено, что наблюдаемые дефекты наследуют кристаллографическую ориентировку предшествовавших винтовых дислокаций в оливине, которые в свою очередь являлись активными центрами зарождения новообразованных дефектов. На основе модели образования и поведения точечных дефектов в кристаллах, полученные данные интерпретированы как результат восстановления двухвалентного железа за счёт выхода кислорода из структуры оливина с образованием в оливине металлического железа и сопряжённых кислородных вакансий. В свою очередь, покинувший структуру оливина кислород соединялся с вмещающим FeNi металлом, образуя в металле на контактах с оливином оксидные каймы. Происхождение пустот в оливине объясняется сохранением структурных вакансий внутри кристалла и их слиянием (коалесценцией) с образованием полых каналов и отрицательных кристаллов.

Обнаруженные дефекты в земных природных оливинах не наблюдались, но восстановление двухвалентного железа было экспериментально воспроизведено ранее в ряде исследований при лазерном нагреве оливина в восстановительной газовой среде.

Фугитивность кислорода в восстановленном оливине соответствует кислородным буферам оливин-кремнезем-металлическое железо или оливин-пироксен-металлическое железо. Эти параметры и микроструктура оливина могут характеризовать условия смешения оливина и FeNi металла в процессе катастрофического ударного события.

Исследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Источник: ГЕОХИ РАН.