ОЦЕНКА ТЕМПЕРАТУР И ДАВЛЕНИЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ... В РОДИТЕЛЬСКИХ ТЕЛАХ ОБЫКНОВЕННЫХ ХОНДРИТОВ

ОЦЕНКА ТЕМПЕРАТУР И ДАВЛЕНИЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ КЛИНОПИРОКСЕНОВ
В РОДИТЕЛЬСКИХ ТЕЛАХ ОБЫКНОВЕННЫХ ХОНДРИТОВ
P.Yu.Pletchov, N.G.Zinovieva, N.P.Latyshev, and L.B.Granovsky, Department of Petrology,
Faculty of Geology, Moscow State University, Vorob’evy Gory, Moscow 119992, Russia
(zinov@geol.msu.ru).
Abstract. Термо- барометрическое изучение клинопироксенов обыкновенных хондритов
показало, что независимо от химической группы и петрологического типа обыкновенных
хондритов их кристаллизация из хондритовых расплавов, происходила при давлениях >>0 кбар.
McSween&Patcheon [McSween and Patcheon, 1989] применили пироксеновую термометрию
для определения температур образования LL-хондритов и получили температуры 900-1150ºС
для метеоритов разных петрологических типов LL3 и LL7. Оценка давлений образования
метеоритов производилась [McSween and Patcheon, 1989] по содержанию Al в клино- и
ортопироксенах. В данной работе температуры кристаллизации хондритов определялись по
нескольким геотермометрам и была проведена оценка давления на основе клинопироксенового
геобарометра [Nimis, 1999] при образовании магматических парагенезисов метеоритов каждого
типа.
Все двупироксеновые геотермометры основаны на распределении Ca, Mg и Fe между
ромбическим и моноклинным пироксенами. На выборке из экспериментальных данных нами
были протестированы различные опубликованные формулировки двупироксеновых
геотермометров. Наилучшую сходимость с экспериментальными данными (50C) показали
модели [Wood and Banno, 1973; Wells, 1977; Kretz, 1982; Perchuk. 1977]. Эти же модели были
протестированы на природных (земных) парагенезисах на сходимость с результатами Ol-CPx
геотермометра [Loucks, 1996]. Разброс значений Ol-CPx геотермометра и вышеперечисленных
двупироксеновых геотермометров лежит в пределах 15С. Разброс значений, определяемых
для одних и тех же парагенезисов метеоритов по моделям [Wood and Banno, 1973; Wells, 1977;
Kretz, 1982; Perchuk. 1977] лежит в пределах 48C. Таким образом, точность применяемых в
данной работе геотермометров можно принять как 50C.
Оценка давления по модели [Nimis, 1999] основана на зависимости от давления параметров
кристаллической решетки кристаллизующихся клинопироксенов (объема ячейки и объема
полиэдра M1) и менее зависима, чем более ранние модели от состава расплава и от набора
сосуществующих минералов. Тем не менее, существует несколько калибровок данного
геобарометра для различающихся по условиям существования и по составам расплавов.
Наиболее близкой к условиям образования метеоритов собственно планетной стадии
кристаллизаии является калибровка для земных толеитовых базальтов, характеризующаяся
практически сухими (<1 wt.% H2O) и максимально восстановленными условиями.
Экспериментальные данные, использованные для этой модели, лежат в пределах 0-18 кбар, и
сходимость с экспериментальными данными составляет 1,13 кбар, при максимальном
отклонении 3,86 кбар. Таким образом, мы заведомо можем принять за значимые рассчитанные
давления > 5 бар. Отличия толеитовых базальтов и метеоритов и неопределенности в
определении температуры могут вносить дополнительные погрешности. Как было показано
выше, неопределенность определения температуры по двупироксеновым термометрам
составляет 50C. Увеличение вводимой в модель температуры на 100C приводит к
уменьшению расчетного давления на 2,5-3 кбар в области давлений до 25 кбар и на 1-1,5 кбар в
области давлений > 25 кбар. Температуры, которые определяются с помощью
двупироксеновых термометров фиксируют температуры последнего равновесия между клинои ортопироксеном и могут быть несколько занижены по отношению к реальным, если между
клино- и ортопироксеном происходил обмен компонентами после кристаллизации. Таким
образом, неопределенности в расчете температур могут приводить к завышению давления на
2,5-3 кбар. С другой стороны, часть расчетных давлений значительно выходит за пределы
экспериментальных данных, по которым калибровалась модель [Nimis, 1999]. При P>=20 кбар,
расчетное давление систематически ниже экспериментального [Nimis, 1999] и полученные
значения могут быть недооценены. Влияние других параметров, существенно сдвигающих
оценку давления (высокая щелочность, высокие содержания воды и т.д.) в системе
парагенезисов метеоритов пренебрежимо мало.
В табл. приводятся температуры и давления кристаллизации клинопироксенов
обыкновенных хондритов разных химических групп, относящихся к различным
петрологическим типам (низким – I(3.0-3.7), промежуточным – II(3.8-4) и высоким – III(5-7)):
Yamato-82133 I(3), Рагули II(3.8), Оханск II(4) (группа Н) и Yamato-74417 I(3) Саратов II(4),
Fucbin III(6), Бердянск III(6), (группа L), а также клинопироксенов других обыкновенных
хондритов по литературным данным [Takeda et al., 1984].
Ordinary
chondrites
Yamato-74417
LI(3)
av.# #
Yamato-82133
HI(3)
av.
Saratov LII(4)
av.
Raguli HII(3.8)
av.
Raguli HII(3.8)
Ur-Jd CPx
av.
Berdyansk LIII(6)
av.
Berdyansk LIII(6)
Ur-Jd CPx
av.
Fucbin LIII(6)
av.
Yamato-74160
LLIII(7)# # #
av.
T, ºC*
P, kbar**
1106-1306
(10)#
1210
938-1476
(10)
1218
1032-1204
(3)
1122
890-1464
(12)
1104
3.6-12.2
(10)
7,4
0-14.1
(10)
8.4
0.1-4.4
(3)
2.4
0-13.7
(12)
5,3
63.7-81.6
(4)
70.1
3.8-5.1
(6)
4,5
66.9-72.8
(8)
69,6
3.6-8.3
(7)
5,7
3.1-5.0
(2)
4,0
1000
985-1000
(6)
993
1000
992-1030
(7)
1011
1000-1005
(2)
1053
* — температуры рассчитаны по двупироксеновому геотермометру P.R.A. Wells [1977]
** — давления рассчитаны по клинопироксеновому геобарометру P. Nimis, [1999]
#
— amount of analyzed grains
##
— average temperature, pressure
###
— составы Px пар хондрита Yamato-74160 LLIII(7) взяты из Takeda et al. [1984].
Полученные данные однозначно указывают на то, что кристаллизация клинопироксенов,
принадлежащих всем изученным обыкновенным хондритам, независимо от химической
группы и петрологического типа, происходила при давлениях >>0 кбар. Наиболее типичен
диапазон давлений от 0 до 10 кбар, иногда в ранних хондрах со сложной зональностью зерен
пироксена и оливина, проявляющейся в смене обратной зональности силикатов на прямую и
отражающей два этапа образования хондритов [Маракушев, 1999], давления могут достигать
14,5 кбар. В некоторых обыкновенных хондритах встречаются зерна реликтовых
клинопироксенов жадеит-юриитового состава [Маракушев и др., 2003; Zinovieva, 2001;
Zinovieva et al. 2002; 2005], давление кристаллизации которых, рассчитанное по
клинопироксеновому барометру [Nimis, 1999], достигает 63-71 кбар.
Acknowledgments - This work was supported by the Russian Foundation for Basic Research
(grant 04-05-64880), the Program “Universities of Russia - Basic Researches” (grant UR.09.02.052);
the Program “Support of Scientific Schools” (grant 1301.2003.5).
References: [1] Kretz (1982) GCA. 46, 411-421, (thermometer A); [2] Loucks (1996) Contr. Min.
Petr. 125, 140-150; [3] Marakushev (1999) Origin of the Earth and the nature of its endogenic
activity, M.: Nauka, 255 p.; [4] Marakushev et al. (2003) Cosmic Petrology, Moscow, Nauka, 387 p.;
[5] McSween&Patchen (1989) Meteoritics 24, 219-226; [6] Nimis (1999) Contr. Min. Petr. 135, 6274; [7] Perchuk (1977) Doklady AN USSR 233, N 3, 456-459; [8] Takeda et al., (1984) EPSL 71, 329339; [9] Wells (1977) Contr. Min. Petr. 62, 129-139; [10] Wood &Banno S. (1973) Contr. Min. Petr.
1973. 42, 109-124; [11] Zinovieva (2001) Petrology of ordinary chondrites, Moscow, 262 p; [12]
Zinovieva et al. (2002) Antarct. Meteor. 27, 183-185; [13] Zinovieva et al. (2005) 36th LPC (CDROM) 1038#.