Особенности испарения расплавов Ca–Al-включений хондритов: экспериментальные данные и их следствия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены экспериментальные результаты масс-спектрометрического исследования испарения основных типов Ca–Al-включений хондритов (А и В) из вольфрамовой ячейки Кнудсена в области температур 1000–2400 °C. Особенность испарения включений заключается в сохранении кремниевого компонента в остаточном расплаве до высоких температур, превышающих 2200 °C. Вместе с тем при температуре 2000 °C происходит полное испарение из расплава оксида магния, что является причиной уменьшения и даже исчезновения шпинели при кристаллизации остаточного расплава. В свою очередь, испарение магния приводит к увеличению содержания Al2O3 в расплаве и, соответственно, к росту содержания геленита в мелилите при его кристаллизации, что и наблюдается в высокотемпературных каймах включений подтипа В1. Экспериментально показано, что высокотемпературное испарение вещества Ca–Al-включений типов A и B по сравнению с веществом углистых хондритов происходит в богатой кислородом атмосфере. В этой связи предполагается, что и конденсация первых минеральных продуктов включений происходила в богатой кислородом атмосфере звезды (O-rich AGB) за пределами протосолнечной системы.

Об авторах

С. И. Шорников

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sergey.shornikov@gmail.com
ул. Косыгина, 19, Москва, 119991 Россия

О. И. Яковлев

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: yakovlev@geokhi.ru
ул. Косыгина, 19, Москва, 119991 Россия

Список литературы

  1. Глушко В.П., Гурвич Л.В., Бергман Г.А., Вейц И.В., Медведев В.А., Хачкурузов Г.А., Юнгман В.С. (1978–1982) Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочник (под ред. В.П. Глушко). М.: Наука.
  2. Дьяконова М.И., Харитонова В.Я., Явнель А.А. (1979) Химический состав метеоритов. М.: Наука. 68 с.
  3. Иванова М.А. (2023) Обзор основных исследований первого твердого вещества, образованного в солнечной системе. Геохимия, 68 (8), 1–137.
  4. Ivanova M.A. (2023) Principal studies of the first solid material formed in the early solar system:a review. Geochem. Int. 61 (8), 781–909.
  5. Маркова О.М., Яковлев О.И., Семенов Г.А., Белов А.Н. (1986) Некоторые общие результаты экспериментов по испарению природных расплавов в камере Кнудсена. Геохимия 23 (11), 1559–1569.
  6. Назаров М.А., Корина М.И., Ульянов А.А., Колесов Г.М., Щербовский Е.Я. (1984) Минералогия, петрография и химический состав богатых кальцием и алюминием включений метеорита Ефремовка. Метеоритика (43), 49–65.
  7. Семенов Г.А., Николаев Е.Н., Францева К.Е. (1976) Применение масс-спектрометрии в неорганической химии. Л.: Химия. 152 с.
  8. Шорников С.И., Столярова В.Л., Шульц М.М. (1996) Масс-спектрометрическое исследование термодинамических свойств расплавов системы CaO–Al2O3–SiO2. Техника и технология силикатов 3 (1–2), 8–22.
  9. Шуколюков Ю.А. (1996) Звездная пыль в руках. Соросовский образовательный журнал (7), 74–80.
  10. Яковлев О.И., Маркова О.М., Семенов Г.А., Белов А.Н. (1984) Результаты эксперимента по испарению хондрита Крымка. Метеоритика (43), 126–132.
  11. Яковлев О.И., Маркова О.М., Белов А.Н., Семенов Г.А. (1987) Об образовании металлической формы железа при нагревании хондритов. Метеоритика (46), 104–118.
  12. Яковлев О.И., Рязанцев К.М., Шорников С.И. (2017) Роль кислотно-основного фактора при испарении тугоплавких включений хондритов. Геохимия 55 (3), 224–229.
  13. Yakovlev O.I., Ryazantsev K.M., Shornikov S.I. (2017) The role of acidity–basicity in evaporating refractory inclusions in chondrites. Geochem. Int. 55 (3), 251–256.
  14. Amelin Y., Krot A.N., Hutcheon I.D., Ulyanov A.A. (2002) Lead isotopic ages of chondrules and calcium-aluminum-rich inclusions. Science 297 (5587), 1678–1683.
  15. Amelin Y., Kaltenbach A., Iizuka T., Stirling C.H., Ireland T.R., Petaev M., Jacobsen S.B. (2010) U–Pb chronology of the Solar System’s oldest solids with variable 238U/235U. Earth Planet. Sci. Lett. 300 (3–4), 343–350.
  16. Bale C.W., Belisle E., Chartrand P., Decterov S.A., Eriksson G., Gheribi A.E., Hack K., Jung I.-H., Kang Y.-B., Melancon C., Pelton A.D., Petersen S., Robelin C., Sangster J., Spencer P., Van Ende M-A. (2016) FactSage thermochemical software and databases, 2010–2016. CALPHAD 54, 35–53.
  17. Cameron A.G.W. (2003) Some nucleosynthesis effects associated with r-process jets. Astrophys. J. 587, 327–340.
  18. Cameron A.G.W. (2004) Meteoritical astrophysics: a new subdiscipline. Workshop on chondrites and protoplanetary disk, 9015.
  19. Cameron A.G.W., Lodders K. (2004) Interpretation of the meteoritic extinct radioactivity – mean life relation. Lunar Planet. Sci. 35, 1181.
  20. Clayton R.N., Grossman L., Mayeda T.K. (1973) A component of primitive nuclear composition in carbonaceous meteorites. Science 182 (4111), 485–488.
  21. Connelly J.N., Bizzarro M., Krot A.N., Nordlund A., Wielandt D., Ivanova M.A. (2012) The absolute chronology and thermal processing of solids in the solar protoplanetary disk. Science 338 (6107), 651–655.
  22. Dauphas N., Schauble E.A. (2016) Mass fractionation laws, mass-independent effects, and isotopic anomalies. Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 44 (1), 709–783.
  23. Drowart J., Exsteen G., Verhaegen G. (1964) Mass spectrometric determination of the dissociation energy of the molecules MgO, CaO, SrO and Sr2O. Trans. Faraday Soc. 60 (11), 1920–1933.
  24. Grossman L. (1972) Condensation in the primitive solar nebula. Geochim. Cosmochim. Acta 36 (5), 597–619.
  25. Grossman L., Ebel D.S., Simon S.B., Davis A.M., Richter F.M., Parsad N.M. (2000) Major element chemical and isotopic compositions of refractory inclusions in C3 chondrites: the separate roles of condensation and evaporation. Geochim. Cosmochim. Acta 64 (16), 2879–2894.
  26. Grossman L., Simon S.B., Rai V.K., Thiemens M.H., Hutcheon I.D., Williams R.W., Galy A., Ding T., Fedkin A.V., Clayton R.N., Mayeda T.K. (2008) Primordial compositions of refractory inclusions. Geochim. Cosmochim. Acta 72 (12), 3001–3021.
  27. Haenecour P., Floss C., Yada T. (2012) Heterogeneous distribution of supernjva silicate and oxide grains in the solar system? Ann. Met. Soc. Meet. 75, 5220.
  28. Heras A., Hony S. (2005) Oxygen-rich AGB stars with optically thin dust envelopes. Astron. Astrophys. 439, 171–182.
  29. Kamibayashi M., Tachibana S., Yamamoto D., Kawasaki N., Yurimoto H. (2021) Effect of hydrogen gas pressure on calcium–aluminum-rich inclusion formation in the protosolar disk: a laboratory simulation of open-system melt crystallization. Astrophys. J. Lett. 923 (1), L12.
  30. Kerekgyarto A.G., Jeffcoat C.R., Lapen T.J., Andreasen R., Righter M., Ross D.K. (2014) Stable magnesium isotope variation in melilite mantle of Allende type B1 CAI EK 459-5-1. Lunar Planet. Sci. 45, JSC–CN-30446.
  31. Kerekgyarto A.G., Jeffcoat C.R., Lapen T.J., Andreasen R., Righter M., Ross D.K., Simon J.I. (2016). Al-Mg isotope study of Allende 5241. Lunar Planet. Sci. 47, JSC-CN-35195.
  32. Lewis G.N., Randall M. (1923) Thermodynamics and the free energy of chemical substances. N. Y.: McGraw-Hill, 653 p.
  33. MacPherson G.J. (2014) Calcium-aluminum-rich inclusions in chondritic meteorites. Treatise on Geochemistry 1, 139–179.
  34. MacPherson G.J. (2019) CAIs did not form in the outer Solar system. Lunar Planet. Sci. 50, 3005.
  35. Mendybaev R.A., Richter F.M., Davis A.M. (2006) Crystallization of melilite from CMAS-liquids and the formation of the melilite mantle of type B1 CAIs: experimental simulations. Geochim. Cosmochim. Acta 70 (10), 2622–2642.
  36. Mendybaev R.A., Richter F.M., Georg R.B., Janney P.E., Spicuzza M.J., Davis A.M., Valley J.W. (2013). Experimental evaporation of Mg- and Si-rich melts: implications for the origin and evolution of FUN CAIs. Geochim. Cosmochim. Acta 123, 368–384.
  37. Mendybaev R.A., Richter F.M., Williams C.D., Fedkin A.V., Wadhwa M. (2014) Evolution of chemical and isotopic composition of FUN CAIs: experimental modelling. Lunar Planet. Sci. 45, 2782.
  38. Meyer B.S., Berminghem K.R. (2020) Exploding white dwarf stars and the carriers of nucleosynthetic isotope anomalies. Lunar Planet. Sci. 51, 2652.
  39. Nittler L.R. (2005) Calcium-aluminum-rich inclusions are not supernova condensates. Chondrites and the protoplanetary disk 341, 539–547.
  40. Nittler L.R., Ciesla F. (2016) Astrophysics with extraterrestrial materials. Ann. Rev. Astr. Astrophys. 54 (1), 53–93.
  41. Paule R.C., Mandel J. (1972) Analysis of interlaboratory measurements of the vapor pressure of gold. J. Pure Appl. Chem. 31 (3), 371–394.
  42. Richter F.M., Davis A.M., Mendybaev R.A. (2002). How the type B1 CAIs got their melilite mantle. Lunar Planet. Sci. 53, 1901.
  43. Richter F.M., Mendybaev R.A., Davis A.M. (2006) Conditions in the protoplanetary disk as seen by the type B CAIs. Met. Planet. Sci. 41 (1), 83–93.
  44. Sahijpal S., Soni P. (2006) Stellar nucleosynthetic contribution of extinct short-lived nuclei in the early solar system and the associated isotopic effects. Met. Planet. Sci. 41 (6), 953–976.
  45. Shornikov S.I., Archakov I.Yu., Shultz M.M. (2000) Mass spectrometric study of evaporation and thermodynamic properties of silica: III. Equilibrium reactions of molecules occurring in the gas phase over silica. Russ. J. Gener. Chem. 70 (3), 360–370.
  46. Shornikov S.I. (2007) Thermodynamic properties of CaO–Al2O3–SiO2 melts. Experiment in Geosciences 14 (1), 35–37.
  47. Shornikov S.I. (2017) Thermodynamic properties of spinel MgAl2O4: a mass spectrometric study. Russ. J. Phys. Chem. A 91 (2), 287–294.
  48. Shornikov S.I., Yakovlev O.I. (2023) Mass spectrometric study of evaporation of natural CAIs melts (types A and B) in the Efremovka chondrite. Lunar Planet. Sci. 54, 1983.
  49. Stolper E. (1982) Crystallization sequences of Ca–Al–rich inclusions from Allende: an experimental study. Geochim. Cosmochim. Acta 46 (11), 2159–2180.
  50. Stolper E., Paque J.M. (1986) Crystallization sequences of Ca-Al-rich inclusions from Allende: the effects of cooling rate and maximum temperature. Geochim. Cosmochim. Acta 50 (8), 1785–1806.
  51. Tsuruoka Y., Tachibana S. (2024) Evaporation-induced formation of melilite mantle of type B CAI: experimental study. Met. Planet. Sci. 58 (S1), A6077.
  52. Wark D.A., Lovering J.F. (1982) The nature and origin of type B1 and B2 Ca–Al-rich inclusions in the Allende meteorite. Geochim. Cosmochim. Acta 46 (12), 2581–2594.
  53. Wark D.A., Boynton W.V. (2001) The formation of rims on calcium-aluminum inclusions: step I – flash heating. Met. Planet. Sci. 36 (8), 1135–1166.
  54. Yakovlev O.I., Markova O.M., Semenov G.A., Belov A.N. (1984) The vaporization peculiarities of CAI inclusions in chondrites: experimental data. Lunar Planet. Sci. 15, 945–946.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».