Klasyfikacja meteorytów .12 (.x), Meteoryty [poradnik,artykuły naukowe]
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Klasyfikacja meteorytów
Wśród meteorytów rozróżniamy trzy podstawowe kategorie, określone jeszcze w XIX wieku:
meteoryty kamienne - zbudowane z materiałów krzemianowych,
meteoryty żelazne - zbudowane ze stopu żelaza metalicznego, zawierającego duże ilości niklu,
meteoryty żelazno-kamienne - będące mieszaniną materiałów krzemianowych oraz stopu niklowo-żelaznego.
Podział ten stanowi jedynie ramy klasyfikacji meteorytów. szybko okazało się bowiem, ze meteoryty tej samej kategorii znacznie różnią się między sobą przede wszystkim składem mineralogicznym. Dlatego też naukowcy rozszerzyli klasyfikację każdej z w/w. kategorii.
Meteoryty kamienne
Wśród meteorytów kamiennych rozróżniamy chondryty i achondryty. Chondryty są najpospolitszymi meteorytami i najczęściej obserwuje się ich spadki. Zbudowane są przede wszystkim z minerałów krzemianowych (oliwinów i piroksenów). Ważną ich cechą jest występowanie minerałów żelaza niklonośnego, kamacytu i taenitu oraz siarczku żelazawego troilitu FeS. Jednak najbardziej charakterystyczną ich cechą jest występowanie w nich tzw. chondr, tj. przeważnie kulistych ziaren krzemianowych o rozmiarach od ułamków milimetra do kilku milimetrów. Uważane są one za krople gwałtownie zastygłej cieczy krzemianowej.
Chondryty nie stanowią jednolitej grupy meteorytów. różnią się one między sobą składem chemicznym i mineralogicznym. Podział chondrytów na grupy chemiczne opiera się na różnicach składu chemicznego, a głównie na różnicach zawartości żelaza. Wg klasyfikacji Van Schmusa i Wooda poszczególne grupy chemiczne oznaczane są literami: E, H, L, LL, i C. Symbol H oznacza dużą zawartość żelaza, L - niską zawartość żelaza, a LL - mało żelaza i mało żelaza metalicznego. Chondryty H, L i LL określane są mianem chondrytów zwyczajnych. Symbol E oznacza chondryty enstatytowe z dużą zawartością metalu, natomiast C określa chondryty węgliste.
Kolejną grupą meteorytów kamiennych są achondryty, czyli meteoryty, które nie posiadają chondr. Achondryty są nieliczne. Szacuje się że stanowią około 16% meteorytów kamiennych. Nie zawierają, lub zawierają ale jedynie w śladowych ilościach żelaza metalicznego. Swoją budową przypominają niektóre skały ziemskie pochodzenia wulkanicznego i magmowego.
Meteoryty żelazne
Meteoryty żelazne zbudowane są z metalicznego żelaza Fe o dużej zawartości niklu, przy czym nie jest to jednorodny stop tych pierwiastków, lecz dwa podstawowe minerały, zwane kamacytem (4-7% niklu) i taenitem (>30% niklu). W meteorytach żelaznych występują często skupienia innych minerałów, najczęściej troilitu, schreibersytu i rhabditu.
To co jest charakterystyczne dla meteorytów żelaznych, to tzw. figury Widmanstattena. Odkrył je w 1804 r. Alois von Widmanstatten. Uwidaczniają się one , gdy wypolerowaną powierzchnię meteorytu żelaznego wytrawimy alkoholowym roztworem kwasu azotowego. Figury te są charakterystyczne dla większości meteorytów żelaznych, jednak są też takie, które ich nie posiadają.
Ze względu na budowę krystalograficzną oraz na różnicę zawartości niklu, meteoryty żelazne dzielą się na 3 grupy:
heksaedryty - 5-6% niklu,
oktaedryty - 6-14% niklu,
ataksyty - >12% niklu.
Heksaedryty zbudowane są z dużych kryształów kamacytu i często są monokryształami.
Oktaedryty są najliczniejszą i najbardziej zróżnicowaną grupą meteorytów żelaznych. Zbudowane są z kamacytu, któremu zawsze towarzyszy taenit. Kamacyt tworzy belki, które są poprzedzielane płytkami taenitu. Grubość belek kamacytu i płytek taenitu jest zróżnicowana i stanowi element bardziej szczegółowego podziału tego typu meteorytów.
Ataksyty należą do bardzo nielicznej grupy meteorytów. Gdy zawartość niklu w nich jest większa od 20%, to takie meteoryty zbudowane są głownie z taenitu. Przy mniejszej zawartosci niklu, budowa atakytów jest nieuporządkowana i tworzy je plessyt, czyli zrosty kamacytu z taenitem. Na powierzchni ataksytów nie obserwuje się figur Widmanstattena.
Meteoryty żelazno- kamienne
Ta typ meteorytów jest rzadko spotykany. Dzieli się on na dwie grupy:
pallasyty,
mezosyderyty.
Pallasyty pochodzą najprawdopodobniej z obszaru granicy płaszcza i jądra planetoidy, gdzie poprzez zmieszanie się kryształów oliwinu i metalicznego żelaza, powstała warstwa mieszaniny skały i metalu. Metal zbudowany jest z płytek kamacytu i taenitu, z widocznymi figurami Widmanstattena i tworzy połączoną, nieprzerwaną strukturę. Określenie tej grupy meteorytów wywodzi się od niemieckiego naukowca Petera Simona Pallasa, który jako pierwszy odkrył istnienie tego typu meteorytów.
Mezosyderyty są minerałami pośrednimi pomiędzy meteorytami kamiennymi a żelaznymi. Metal nie stanowi tu połączonej i nieprzerwanej struktury lecz występuje w postaci większych i mniejszych ziaren wtrąconych w masę minerałów krzemianowych. piękny okaz Moraska o wadze 78 kg (II zdjęcie). Jest on własnością Zakładu Badania Środowiska Rolniczego i Leśnego PAN w Poznaniu i został wypożyczony do Wrocławia. Zdjęcia wykonał Tomek Jakubowski.
1. WSTĘP
Meteoryty są od dawna przedmiotem zainteresowań wielu geologów, mineralogów, chemików i innych badaczy otaczającego nas świata. Według Browna (1961, vide. Jakeš 1986) na powierzchnię Ziemi spada rocznie około 500 meteorytów, z czego, jak się szacuje około 350 do zbiorników wodnych, skąd się ich nie odzyskuje. Bardzo niewielka ich część zostaje odnaleziona, zaledwie kilka, lub co najwyżej kilkadziesiąt sztuk. W ostatnich latach odnotowano zwiększenie się ilości znajdowanych obiektów pochodzenia pozaziemskiego. Jest to spowodowane między innymi wzrostem zainteresowania obszarami, które potencjalnie obfitują w możliwości znalezienia meteorytów. Są to tereny słabo zaludnione, przeważnie o budowie geologicznej pozwalającej na stosunkowo łatwe rozróżnienie ciała meteorytowego np.: Antarktyda, Sahara, Półwysep Arabski, Grenlandia, Australia (m. in. Hutchison & Graham 1994). Z terenów Polski znanych jest około 18 meteorytów. Kilka z nich zaginęło, inne zachowały się do dnia dzisiejszego.
Wszystkie meteoryty, niezależnie od budowy podlegają intensywnemu wietrzeniu, skutkiem czego wykształcają się wtórne fazy mineralne. Z danych literaturowych znane są meteoryty, które zostały całkowicie wtórnie zastąpione minerałami ziemskimi. Przykładem mogą być małe obiekty o składzie żelazistego boksytu, będące pozostałością po meteorycie. Znaleziono je w osadach krasowych wapienia paleozoicznego, w rejonie Rjerzjewska, na Środkowym Uralu. Meteoryt ten był poddany niszczącemu działaniu ziemskiego środowiska od mezozoiku (Judin, 1969).
Celem niniejszej pracy jest prześledzenie procesu wietrzenia meteorytów i określenie wtórnych faz mineralnych, które powstały w tych obiektach, po upadku na powierzchnię Ziemi. Cel ten próbowano osiągnąć na podstawie badań sześciu meteorytów, trzech polskich (Morasko, Seeläsgen, Zakłodzie) oraz australijskiego (Wolf Creek), argentyńskiego (Campo del Cielo) i chińskiego (Nantan) (Ryc. 1). Meteoryty te były poddane wpływom otoczenia w zróżnicowanych warunkach klimatycznych i w ciągu różnych okresów czasu.
Ryc. 1. Miejsca spadków meteorytów Morasko, Przełazy, Campo Del Cielo, Wolf Creek, Nantan.
2. WIADOMOŚCI OGÓLNE O METEORYTACH
W Układzie Słonecznym, oprócz planet i ich księżyców, krąży wiele drobniejszych obiektów, które obiegają Słońce po własnych orbitach. Orbity te niejednokrotnie przecinają się z orbitami masywniejszych ciał. Często takie stosunkowo niewielkie, w porównaniu z masą Ziemi, bryłki materii wpadają w jej pole grawitacyjne. Wlatując z dużymi prędkościami, od 11,2 km/s do około 70 km/s, w ziemską atmosferę, ulegają znacznemu rozgrzaniu. Wokół takiej pędzącej skały następuje jonizacja i wzbudzenie atomów powietrza. Wzbudzone atomy natychmiast wypromieniowują uzyskaną energię. Powstaje wtedy tzn. zjawisko meteoru. Smuga świetlna rozbłyskuje na wysokości 100-150 km nad powierzchnią Ziemi, a zanika na wysokości 30-40 km. Gdy wpadające w ziemską atmosferę ciało skalne jest względnie masywne, a jego prędkość stosunkowo niewielka, nie ulega ono całkowitej ablacji, lecz dociera do powierzchni Ziemi.
Meteoryty to najstarsze znane nam skały w Układzie Słonecznym. Według różnych datowań izotopowych znaczna większość z nich ma około 4,55 miliarda lat (Artymowicz 1995, Yuan-Hui Li 2000) a nawet, według innych danych 4,7 miliardów lat (m.in. Manecki 1975). Wyjątek stanowią meteoryty marsjańskie, np. schergotyty, które według datowania zegarem 147Sm–›143Nd powstały około 1,3 miliarda lat temu, w wyniku procesów magmowych. Z powierzchni macierzystej planety zostały wybite około 1,88•105 lat temu (Artymowicz 1995).
Przypuszcza w przestrzeni międzyplanetarnej krąży około 84% materii o budowie chondrytowej, ~8% o budowie achondrytowej, ~7% meteoroidów żelaznych i ~1% kamienno - żelaznych. Jednakże znaleziska dokonane ostatnio m. in. na Antarktydzie wskazują, że udział meteorytów żelaznych jest dużo mniejszy. Szacuje się, że stanowią one około 4 –5% wszystkich spadków.
Materiał, z którego składa się większość meteorytów, formował się w wyniku dyferencjacji substancji, z której zbudowane są planetoidy (Artymowicz 1995, McSween 1996).
2.1. Meteoryty żelazne
Meteoryty żelazne powstawały w jądrach masywnych planetoid, około 4,55 ± 0,10 miliarda lat temu (Artymowicz 1995).
Stosowane klasyfikacje meteorytów żelaznych opierają się, m.in., na:
- genezie, (Próby określenia warunków w jakich powstawały meteoryty a tym samym jakie parametry spełniał obiekt macierzysty można uzyskać wnioskując na podstawie między innymi czasu ich stygnięcia. Aby określić z jaką szybkością to nastąpiło wykorzystuje się znane współczynniki dyfuzji Ni i równowagi fazowe w układzie Fe – Ni. Głównie na tej podstawie oszacowano, że około 70% zbadanych meteorytów żelaznych uległo ochłodzeniu w tempie 1 – 10 °C/mln lat.) (Bolewski & Manecki 1993).
- efekcie metamorfizmu uderzeniowego,
- ocenie budowy chemicznej i cech strukturalnych,
- stosunku galu do germanu, (stosuje się oznaczenia: I, II, III, IV, w kolejności od największej zawartości galu do najmniejszej),
- stosunku irydu do niklu, (stosowane są tu znaczenia: A, AB, B, w kolejności od najmniejszej zawartości do największej).
Należy nadmienić, że klasyfikacje (dotyczy to również pozostałych grup meteorytów), w miarę pogłębiania się wiedzy na ich temat, ulegają modyfikacji i ciągle się rozwijają.
Meteoryty żelazne są w przeważającej części (~98%) zbudowane z żelaza niklowego, które występuje głównie, w dwóch formach krystalograficznych:
- γ (Fe, Ni); sześciennej centrowanej powierzchniowo; zasobnej w Ni – do ~ 40%, (żelazo wstęgowe) - tzn. taenit;
- α (Fe, Ni); sześciennej centrowanej przestrzennie; ubogiej w Ni – do ~ 7%, (żelazo belkowe) – tzn. kamacyt. Według Wooda (1972, vide. Manecki 1972) nikiel jest rozmieszczony nierównomiernie w kamacycie. Jest to rozmieszczenie typu dużej litery M. W strefach brzeżnych ziarn kamacytu, niklu jest więcej niż w ich środku
Tworzenie tych struktur jest uzależnione od temperatury i szybkości krzepnięcia oraz zawartości Ni (vide. Artymowicz 1995, Manecki 1975).
Wg J. I. Goldsteina (vide. Manecki 1975), ze względu na zawartość Ni oraz wielkość ziaren wyróżniono:
- heksaedryty – z liniami Neumanna, ( ok. 6% Ni);
- oktaedryty – ze strukturą Widmanstättena, (ok. 6–14% Ni); (Ze wzglądu na grubość belek kamacytu wydzielono oktaedryty: bardzo gruboziarniste o grubości >3,3 mm, gruboziarniste o wymiarach 1,3-3,3 mm, średnioziarniste o grubości 0,5-1,3 mm oraz drobnoziarniste o wymiarach rzędu 0,2-0,3 mm);
- ataksyty - ze strukturą „pasmową”, (nisko i wysoko niklowe).
2.2. Meteoryty żelazno-kamienne
Meteoryty żelazno-kamienne są to ciała żelazowo – niklowo - krzemianowe.
Zostały one podzielone na:
- mezosyderyty, które prawdopodobnie powstały w wyniku zderzenia, przynajmniej dwóch ciał planetoidowych, żelaznego z kamiennym. Wg Rose'a (1863, vide. Ryka & Maliszewski 1991) meteoryty te zbudowane są z podobnych ilości faz żelaza niklowego i krzemianów (anortytu lub bytownitu i hiperstenu). Podrzędnie spotyka się: troilit, chromit, schreibersyt, apatyt i oliwin. Na ziarnach żelaza niklowego brak jest figur Widmanstättena;
- pallasyty, które pochodzą przypuszczalnie z wewnętrznych obszarów płaszcza planetoid, lub z obszarów głębszych, granicznych, między żelaznym jądrem a kamiennym płaszczem. Wg Rose'a (1862, vide. Ryka & Maliszewski 1991), jest to najliczniejsza grupa meteorytów żelazno–kamiennych. Dominującymi składnikami w pallasytach są krzemiany oraz fazy metaliczne i troilit. W kamacycie i taenicie, tkwią wrostki troilitu i schribersytu. W tak wykształconej masie skalnej, widoczne są, przeważnie okrągławo wykształcone ziarna krzemianowe (oliwinu, rzadziej farringtonitu). Na ziarnach fazy metalicznej uwidacznia się struktura Widmanstättena (Papike 1998);
- syderofiry są podobne do pallasytów. Nazwa tej podgrupy pochodzi od meteorytu Syderofir. Wg Tschermaka (1883, vide. Ryka & Maliszewski 1991) jest to meteoryt zbudowany z faz żelaza niklowego, w którym tkwią agregaty hiperstenu i trydymitu, a akcesorycznie występują: schreibersyt, chromit, troilit;
- lodranity. Ich nazwa pochodzi od meteorytu z Lodran z Pakistanu. Wg S. Meuniera (1882) (vide. Ryka & Maliszewski 1991) jest on zbudowany z faz żelaza niklowego, w którym tkwią ziarniste agregaty oliwinu i bronzytu. Minerałami akcesorycznymi są tu chromit, troilit i plagioklaz.
2.3. Meteoryty kamienne
Meteoryty kamienne to najliczniej reprezentowana grupa obiektów pochodzenia kosmicznego, lądująca na powierzchni Ziemi.
Wśród nich wydziela się:
- chondryty – zawierające chondry;
- achondryty – ciała nie zawierające chondr.
Chondryty to meteoryty składające się z chondr zatopionych w spoiwie skalnym (matrixie, matrycy). Chondry (chondrule) są to stosunkowo niewielkie (przeciętnie o rozmiarach od kilku mm do 1 cm), kuliste, rzadziej elipsoidalne agregaty, zbudowane z krzemianów (piroksenów, oliwinów, czasami także szkliwa). Szczegółowe klasyfikacje opierają się na określeniu stopnia wykrystalizowania składników i wzajemnych stosunków wielkości ziarn. Przypuszcza się, że chondry są próbkami materii, z której formowały się ciała naszego Układu Słonecznego (vide. Artymowicz 1995, Manecki 1972,1975, McSween 1996).
Podstawowym składnikiem chondrytów są krzemiany, głównie pirokseny, plagioklazy oraz oliwiny.
Wśród chondrytów wyróżniono:
1. Chondryty zwyczajne:
- oliwinowo-bronzytowe (typ H) - zawierają chondry o dużej zawartości żelaza. Są one złożone z oliwinu i bronzytu, oraz w mniejszej ilości z żelaza niklowego oraz oligoklazu. Podrzędnymi składnikami są troilit, chromit, apatyt, czasami diopsyd (Manecki 1972);
- oliwinowo-hiperstenowe (typ L) - które zbudowane są z chondr o małej zawartości żelaza. Główne składniki to oliwin i hipersten, a w niewielkich ilościach występuje żelazo niklowe, plagioklazy oraz troilit;
- amfoteryty (typ LL) – wg Tschermaka (1883, vide. Ryka & Maliszewski 1991) meteoryty te są zbudowane z chondr o bardzo małej zawartości żelaza i fazy metalicznej. Głównymi składnikami są oliwiny i pirokseny, ponadto spotyka się tu plagioklaz i troilit;
2. Chodryty enstatytowe...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]