диссертация (1097652), страница 25
Текст из файла (страница 25)
124 § 3.3. Магнитные свойства агглютинат-подобных частиц, полученных вплоско-волновых экспериментах на базальтах 3.3.1. ВведениеМикрометеоритная бомбардировка представляет один из главных факторов впроцессах переработки поверхности безвоздушных твердых тел солнечной системы.Метеороидные потоки, а, следовательно, и скорости кратерообразования контролируюттакие поверхностные процессы как прирост и созревание реголита, его минеральныйсостав, физические и механические свойства.Согласно снимкам высокого разрешения, поверхности многих астероидов покрытыреголитом.
Однако, на сегодняшний день лунный реголит представляет собойединственный пример реголита, доступного для прямого изучения в лабораторныхусловиях. В формирование и переработку реголита вносят вклад как большиекратерообразующие тела (>10 м), так и малые частицы (мкм – мм), тогда как вкладударниковпромежуточныхразмеровявляетсянезначительным.Всамомделе,микрометеороидный поток в окрестности Земли был оценен как (40±20)×106 кг/год [Loveand Brownlee, 1993], а поток кратерообразующих внеземных тел с размерами от ~100 м до4.5 км был оценен как ~80×106 кг/год [Kyte and Wasson, 1986].
Оба потока сравнимы попорядку величины. Таким образом, если спектры распределения скоростей длямикрометеороидов и для кратерообразующих объектов внеземного происхожденияподобны, можно ожидать, что эти два вида ударников оказывают одинаковое воздействиена поверхности безвоздушных твердых тел солнечной системы.Лунный реголит широко изучался в прошлом (например, см. [Heiken et al., 1991;Basu et al., 2002; Korotev et al., 2010]). Лунный реголит с фракцией <~1 мм, известныйтакже как лунный грунт, состоит в основном из лититовых и минеральных обломков,разных брекчий, ударных стекол и агглютинатов [Heiken et al., 1991]. Считается, чтоударные стекла и агглютинаты сформировались преимущественно или полностью врезультатекратеробразующихсобытийимикрометеоритнойбомбардировки,соответственно [Heiken et al., 1991]. Скорости столкновения микрометеоритов споверхностью Луны колеблются в пределах от 8 до 50 км/с [Fechtig et al., 1974].
При этомсредняя скорость составляет 15.3 км/с [Cremonese et al., 2013].Было показано, что лунный грунт Аполлон 16 содержит 14% импактных стекол и16% агглютинатов [Korotev et al., 2010], что подтверждает равноценный вкладмикрометеоритной бомбардировкиикратерообразующих125 событийвпроцессыформирования реголита. Основным следствием микрометеороидных ударов являетсяагглютинация или, другими словами, образование агглютинатов - обломочных кластов состеклом. Модель плавления наимельчайшей фракции (fusion of the finest fraction F3)[Papike, 1981] является общепринятой для объяснения происхождения агглютинатовогостекла. Ранее сообщалось, что агглютинат-подобное стекло формируется посредствомударов в твердую мишень со скоростями соударения >5 км/с [Horz et al., 1975; Horz andSchaal, 1981].Агглютинат-подобные частицы образовывались в ударных экспериментах влабораторных условиях из твердых мишеней методом повторных импактов стальными иNi снярядами [Cintala et al., 1984; See et al., 1987; See and Hörz, 1988].
Такие частицыхарактеризуются преимущественным плавлением плагиоклаза и отличаются от лунныеагглютинатов более гетерогенным составом стекол. Несмотря на наличие предыдущихработ по образованию агглютинат-подобных частиц в лабораторных условиях,предыдущие авторы не оценивали процентное соотношение вещества ударника вагглютинат-подобных частицах, а также не проводили магнитную характеристку такихчастиц.
Кроме того, железные или никелевые снаряды изменяют магнитные свойствамишени в результате магнитной контаминации и привнесение дополнительногомагнитного вещества, что не позволяет в полной мере выявить ударно-индуцированныеизменения в магнитных свойствах самого материала мишени.Былапроведенасерияплоско-волновыхударныхэкспериментовприиспользовании легко-газовой пушки и базальтовых мишеней разного генезиса исферических медных снарядов 5 мм диаметром, которые разгонялись до скоростейстолкновения с мишенью ∼6 км/с.
В серии ударных экспериментов получены аггютинатподобныечастицы,омагнитныххарактеристикахкоторых(всравнениинешокированными базальтовыми аналогами) пойдет речь далее.3.3.2. Экспериментальная методология и образцы3.3.2.1. Описание нешокированных базальтовых мишенейВ ударных экспериментах было использовано три типа базальтовых пород (1-4).Химический состав базальтов представлен в табл. 3.3.БазальтSiO2TiO2Al2O3 (1) ОкеаническийBulkMt!51.011.6915.512.319.71.8(2) ОливиновыйBulkMt!53.380.9214.95(3) ГлинозёмныйBulkMtb.d.13.12.354.041.1518.24126 0.0812.312.00(4) ТолеитовыйBulkIlm49.041.7214.7747.620.16Mt1.236.940.69Cr2O3н.о.b.d.V 2O 3н.о.b.d.FeO9.7874.2MgO8.080.6MnO0.120.8CaO11.530.6Na2O2.76b.d.K 2O0.14b.d.LOIb.d.Total100.62Fe+2/Fe+3 (ат.)1.7!– EDS анализы приведены к 1000.11н.о.8.359.300.169.372.290.85b.d.99.68b.d.1.182.21.3b.d.b.d.0.02н.о.8.464.520.178.023.581.16b.d.99.12b.d.0.7774.083.530.670.212.190.89н.о.н.о.11.776.220.179.812.410.892.5099.35b.d.0.6646.921.120.520.190.071.2781.040.420.600.3493.8798.7092.601.11.10.74%; н.о.
- не определено; b.d. – ниже уровня обнаружения; ‘Mt’магнетит; ‘ат.’ – атомное отношение; ‘LOI’ – потери при прокаливании .Таблица 3.3. Рентгенофлуоресцентный анализ горных пород (в мас.%) и репрезентативные EDSи микрозондовый анализы оксидов железа базальтовых мишеней до ударных экспериментов. Соответствие номера выстрела типа использованной базальтовой мишенипредставлено в табл. 3.4. Основные петромагнитные свойства нешокированных базальтовпредставлены в таблице 3.5.Выстрел# Выстрел #(n)9 (3)9s (1)12 (3)12s (1)13 (3)13s (2)18 (3)18s (3)19 (3)19s (2)25 (3)25s (2)m284±3524272±40215193±44111±62254±3955±26265±3563±30214±6055±7 Тип базальтаd#v*Фаза плагиоклаза внепереплавленныхбазальтовых кластах9(1) Океанический2.96.02 1085.36.5диаплектовое стекло12(2) Оливиновый3.05.42 914.510.0диаплектовое стекло13(2) Оливиновый3.05.94 1054.74.5диапл.
стекло + пл.&18(3) Глинозёмный2.95.83 1024.711.0диаплектовое стекло19(3) Глинозёмный2.96.04 1083.79.0диаплектовое стекло25(4) Толеитовый3.26.30 1320.216.5диаплектовое стекло26(3) Глинозёмный2.95.82 1021.922.0плагиоклазd – плотность в г/см3; v – скорость снаряда в км/с; p – пиковое давление ударной волны вГПа; P давление воздуха в камере в мПа; %Cu – среднее содержание меди в агглютинатподобных частицах, сформировавшихся в ударных экспериментах, в об.#плотность базальтов определялась объемным метеодов, точность которого составляет ±0.1г/см3.*объемная плотность силикатной фракции без учета пористости материала.&‘диапл.
стекло’ – диаплектовое стекло; ‘пл.’ - плагиоклаз.Таблица 3.4. Основные параметры ударных экспериментов χ 0*2.9[0.7; 1.1]7.7±0.1[1.1; 1.5]7.3±0.2[1.7±0.8; 2.5±1.1]23.8±0.4[5.7±2.2; 8.2±3.2]19.8±0.3[1.5±0.1; 2.1±0.1]6.5±0.1[0.6±0.2; 0.9±0.2]SIRM130±2[50; 71]201±1[70; 102]183±14[122±50; 174±72]257±40[593±266; 846±381]215±46[149±3; 157±5]300±10[22±6; 31±8]pP%CuM s*Mrs/Ms0.37[0.12; 0.16]1.10±0.01[0.05; 0.07]1.02±0.04[0.75±0.26; 1.07±0.36]2.10±0.08[1.46±0.64; 2.09±0.90]1.69±0.12[0.40±0.02; 0.54±0.01]1.07±0.02[0.10±0.02; 0.14±0.03]0.356±0.0130.4410.197±0.0040.3600.186±0.0120.363±0.0780.123±0.0170.418±0.0240.127±0.0220.419±0.0090.281±0.0110.229±0.006127 Bc1062154015±140±27±143±35±150±334±224±1Bcr1499366238±262±418±263±213±280±4108±447±1Bcr/Bc1.41.62.41.62.6±0.11.6±0.12.6±0.31.52.6±0.21.63.22.026 (3)26s (3)250±27 17.7±0.3271±1011.68±0.160.151±0.039 8±217±42.3±0.11.5116±22 [3.0±0.7; 4.3±0.9] [274±52; 392±75[0.56±0.01; 0.79]0.415±0.007 44±264±3Каждый номер в левой колонке соответствует номеру выстрела (см.
Табл. 3.1); “s” после номера выстрела обозначаетагглютинат-подобную частицу; n – количество образцов; m – масса в мг, χ0 – магнитная восприимчивость (в 10-6 м3/кг),SIRM – изотермическая остаточная намагниченность насыщения (в мАм2/кг), Ms – намагниченность насыщения (вАм2/кг), Mrs – остаточная намагниченность насыщения, Bc коэрцитивная сила (в млТл), Bcr - остаточная коэрцитивнаясила (в млТл).*Агглютинат-подобные частицы содержат до 30 вес.% Cu. Указанная масса соответствует общей массе (вместе синжектированной медью); все величины нормированы на m (нижний предел) и m1=0.7×m (верхний предел).Таблица 3.5.
Основные петромагнитные свойства нешокированных базальтовых образцов исоответствующих агглютинат-подобных частиц (1) Базальтовая мишень, использованная для выстрела №9, - океанический базальтиз Срединно-Атлантического Хребта, содержащий зерна титаномагнетитов Fe3-xTixO4размером 0.5-3 мкм, равномерно диспергированные в матрице породы. Разрешениемикрозондовыханализовнепозволилозарегистрироватьболеемелкиезерна.Термомагнитные анализы позволили определить точки Кюри основных ферримагнитныхфракций, которые были затем пересчитаны в содержание титана х согласно работе [Bleiland Petersen, 1982] для кривой нагрева Ms(T) (оценка xmin) и согласно работе [Lattard etal., 2006] для кривой нагрева χ0(T) (оценка xmax).
Таким образом, было установлено, чтоокеанический базальт содержит ряд титаномагнетитов с содержанием титана х от 0.58 до0.71.(2) Базальтовая мишень, использованная в выстрелах 12 и 13 (см. табл. 3.4) –оливиновый базальт с Камчатки, содержащий два типа титаномагнетитовых кристаллов:относительно большие зерна размером 15-50 мкм и небольшие зерна 1-3 мкм.Термомагнитные анализы показали, что вариации содержания титана варьируются именяются от xmin∼0.10 до xmax∼ 0.31-0.35.(3) Базальтовая мишень, использованная в выстрелах 18, 19 и 26 (см. табл. 3.4) глиноземный базальт с зернами титаномагнетита 5-40 мкм и субмикронного размера.Термомагнитные анализы указывают на следующие вариации в содержании титана:xmin18∼0.21 и xmax18∼0.39-0.42, xmin19∼0.26 и xmax19∼0.45-0.49, xmin26∼0.38 и xmax26∼0.45-0.49,соответственно.(4) Базальтовая мишень, использованная в выстреле 25 (см.
табл. 3.4) – толеитовыйбазальт с плато Путорана (Восточная Сибирь), содержащий титаномагнетит и ильменит ввидеагрегатовразмером20-40мкм.Термомагнитныеанализыуказываютнатитаномагнетит с низким содержанием титана (x<0.1) и магнетит.Титаномагнетиты всех исследованных базальтовых пород содержат 15-17% TiO2 ипримеси Al2O3, MgO, CaO, SiO2, and V2O3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
