Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Том 69, № 12 (2024)
Статьи
Химический состав, минералогия и физические свойства мантии Луны. Обзор
Аннотация
Особую роль в геохимии и геофизике Луны занимает проблема ее внутреннего строения. Основным источником информации о химическом составе и физическом состоянии глубоких недр являются сейсмические эксперименты экспедиций Аpollo, гравитационные данные миссии GRAIL, геохимические и изотопные исследования образцов лунного грунта. Несмотря на высокую степень сходства земного и лунного вещества по изотопному составу ряда элементов, вопрос о сходстве и/или различии состава силикатных оболочек Земли и ее спутника в отношении главных элементов остается нерешенным. В обзорной статье проведено обобщение и критический анализ информации о составе и строении Луны, рассмотрены основные противоречия между геохимическими и геофизическими классами моделей внутренней структуры мантии как между собой, так и внутри обоих классов, связанные с оценкой распространенности оксидов главных элементов Fe, Mg, Si, Al, Ca, проанализированы модели валового состава Луны (BSM). Изложены принципы подхода к моделированию внутреннего строения планетного тела, основанные на совместной инверсии интегрального набора селенофизических, сейсмических и геохимических параметров в сочетании с расчетами фазовых равновесий и физических свойств. Обсуждаются два новых класса моделей химического состава Луны, обогащенных кремнеземом (~50% SiO2) и закисным железом (11–13% FeO, Mg# 79–81) по отношению к валовому составу силикатной составляющей Земли (BSE) ‒ модели E с земными концентрациями CaO и Al2О3 (Earth-like models) и модели M с более высоким содержанием тугоплавких оксидов (Moon-like models), определяющие особенности минералогической и сейсмической структуры лунных недр. Получено вероятностное распределение геохимических (концентраций оксидов) и геофизических (скорости P-, S-волн и плотность) параметров в четырехслойной мантии Луны в диапазоне допустимых селенотерм. Выявлены систематические различия в содержаниях породообразующих оксидов в силикатных оболочках Земли и Луны. Проведены расчеты минерального состава, скоростей P-, S-волн и плотности Е/М моделей и двух классов концептуальных геохимических моделей LPUM (Lunar Primitive Upper Mantle) и TWM (Taylor Whole Moon) с земным содержанием кремнезема (~45 мас. % SiO2) и различным содержанием FeO и Al2O3. Дано обоснование SiO2-FeO-обогащенной (оливин-пироксенитовой) мантии Луны, не имеющей генетического сходства с пиролитовым веществом мантии Земли, что является геохимическим следствием инверсии геофизических параметров и определяется космохимическими условиями и механизмом образования Луны. Основным минералом верхней мантии Луны является высокомагнезиальный ортопироксен с низким содержанием кальция, а не оливин, что подтверждается данными сейсмического зондирования по программе Apollo и поддерживается анализом спектральных данных пород ряда ударных бассейнов, полученных космическими аппаратами. Напротив, скорости продольных и поперечных волн геохимических моделей TWM и LPUM, в которых оливин является основным минералом лунной мантии, не соответствуют сейсмическим данным Apollo. Рассмотрены геохимические ограничения в сценариях формирования Луны. Одновременное обогащение Луны SiO2 и FeO по отношению к пиролитовой мантии Земли несовместимо с образованием Луны в результате гигантского столкновения из земного вещества или ударного тела (тел) хондритового состава и становится таким же препятствием в современных сценариях формирования Луны, как и сходство в изотопных составах лунных и земных образцов. Обсуждается проблема, как вместить эти разные геохимические факторы в прокрустово ложе космогонических моделей формирования системы Земля–Луна.
1070-1138
Образование К-кимрита в зонах субдукции и его потенциал в транспорте калия, воды и азота в мантию
Аннотация
Условия образования K-кимрита в богатом летучими пелите и частично дефлюидизированном кварц–мусковит–хлоритовом сланце экспериментально исследованы при давлении 5.5, 6.3 и 7.8 ГПа и температуре от 900 до 1090°С, отвечающих геотерме горячей субдукции. В образцах при Р-Т параметрах экспериментов образуется ассоциация Grt + Coe + Phe + Cpx + Ky, с акцессорными Po + Ru + Zrn ± Mnz, и обогащенный водой сверхкритический флюид-расплав. Анализ полученных данных свидетельствует, что стабильность фенгита и потенциальная возможность его замены на K-кимрит (KAlSi3O8 · H2O) зависит от Р-Т параметров, количества летучих в метаосадке и режима его дефлюидизации. В образцах богатого летучими пелита и сланца при 5.5 и 900°С, а также при 6.3 ГПа и 1000°С фенгит остается стабилен в равновесии с 3–13 мас. % флюида-расплава. С ростом давления до 7.8 ГПа и температуры до 1090°С доля сверхкритического флюида-расплава в пелите достигает 20 мас. %, а фенгит исчезает. В сланце при 7.8 ГПа и 1070°С появляется лишь 5 мас. % сверхкритического флюида-расплава и сохраняется большая часть фенгита. Впервые с помощью КР-картирования в образцах пелита и сланца, полученных экспериментально при 7.8 ГПа и 1070°С, установлена фазовая ассоциация с фенгитом и K-кимритом (± кокчетавитом). При пошаговой дефлюидизации пелита (с удалением на каждом шаге порции флюида-расплава, образующегося в равновесии со стабильными при конкретных P-T параметрах минералами концентраторами летучих) фенгит в образце сохраняется до 7.8 ГПа и 1090°С, однако в отсутствие флюида-расплава K-кимрит не образуется. Сделан вывод, что наиболее эффективный транспорт летучих (прежде всего воды) в метаосадке на глубины более 240 км может осуществляться при его частичной дефлюидизации до момента образования сверхкритического флюида-расплава. В этом случае, практически весь фенгит в ходе субдуцирования метаосадка может достигнуть глубин 240 км и затем трансформироваться в водный, а при наличии азота в метаосадке, и азотсодержащий K-кимрит, обеспечивая дальнейший транспорт LILE, воды и азота. При образовании значительной доли сверхкритического флюида-расплава, в нем с ростом Р-Т параметров полностью растворяется фенгит и дальнейший транспорт LILE, воды и азота становится невозможен. При глубокой многоэтапной дефлюидизации метаосадка, фенгит остается стабилен до глубин 240 км, однако при дальнейшем субдуцировании он, вероятно, превращается в безводный K-холландит (KAlSi3O8).
1139-1150
Хребет Шака (Южная Атлантика) — останец континентальной структуры?
Аннотация
В результате исследования магматических пород базальт-андезитового ряда, драгированных на хребте Шака в Южной Атлантике, установлено, что они отличаются от базальтов COХ и океанических островов и имеют сопоставимый с проявлениями мантийного плюма Кару-Мод в центральной Гондване возраст: 183.8 ± 2.2 млн лет. Геохимические и Sr-Nd-Pb изотопно-геохимические особенности изученных магматических пород указывают на их сходство с юрскими базитовыми комплексами провинции Феррар в Антарктиде и Фолклендских островов, которые сформировались в результате внедрения плюма Кару-Мод и под воздействием палеотихоокеанской субдукции. Поступление обломочного материала в район исследований за счет ледового разноса признано маловероятным. На основании выполненных исследований сделан вывод − хребет Шака представляет собой континентальный блок, перемещенный в раннемеловое-раннемиоценовое время при раскрытии Южной Атлантики вдоль протяженного трансформного разлома от континентальной окраины Африки в современное положение в область тройного сочленения Буве.
1151-1173
Кинетика образования индивидуальных газообразных углеводородов состава С1–С5 при гидротермальном воздействии на доманиковый сланец
Аннотация
Выполнено 12 автоклавных экспериментов с доманиковым сланцем Ухтинского района (р. Чуть) при температурах 250–375 °С и времени 24 часа (6 опытов), 72 часа (5 опытов) и 48 часов (1 опыт). Для каждого опыта исследован состав углеводородных газов С1–С5 и получены количественные данные об их выходах. На основе этих данных установлены распределения генерационного потенциала индивидуальных газообразных углеводородов по энергиям активации в условиях гидротермального эксперимента. Характер распределений энергий активации образования индивидуальных алканов С2–С5 практически одинаков, их основной узкий максимум соответствует Еа 55 ккал/моль при константе Аррениуса равной 1×1014 с–1. Распределение энергий активации образования метана отличается отнесением значительной части генерационного потенциала в область значений энергии активации 60–70 ккал/моль и неопределенностью характера распределения в этой области.
1174-1180