Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2019, № 11, стр. 3-13
Комплекcное исследование ряда обыкновенных хондритов на основе рентгеновских методик и мессбауэровской спектроскопии
Л. В. Гуда 1, А. Н. Кравцова 1, *, А. А. Гуда 1, С. П. Кубрин 2, М. И. Мазурицкий 3, А. В. Солдатов 1
1 Международный исследовательский институт интеллектуальных материалов,
Южный федеральный университет
344090 Ростов-на-Дону, Россия
2 Научно-исследовательский институт физики, Южный федеральный университет
344090 Ростов-на-Дону, Россия
3 Физический факультет, Южный федеральный университет
344090 Ростов-на-Дону, Россия
* E-mail: akravtsova@sfedu.ru
Поступила в редакцию 28.12.2018
После доработки 19.02.2019
Принята к публикации 19.02.2019
Аннотация
Проведено комплексное исследование обыкновенных хондритов Markovka (петрологический тип H4), Polujamki (тип H4), Jiddat Al Harasis 055 (тип L4-5). Элементный и фазовый состав, а также состояния железа и никеля в хондритах изучены с использованием следующих методов: микрорентгенофлуоресцентного анализа, мессбауэровской спектроскопии и анализа спектров поглощения синхротронного излучения рентгеновского диапазона. При помощи микрорентгенофлуоресцентного анализа определен элементный состав, получены карты распределения элементов в образцах метеоритов. Мессбауэровская спектроскопия железосодержащих фаз показала, что исследуемые хондриты состоят (в основном) из оливина и гетита с небольшим количеством пироксена и гематита; в образцах хондритов Markovka и Polujamki также наблюдается незначительное количество троилита и камасита. На основе анализа спектров рентгеновского поглощения в ближней к краю области (XANES-спектроскопия поглощения) за K-краями железа и никеля выполнены оценки зарядового состояния 3d-металлов в хондритах. Установлено, что большинство атомов Ni в исследуемых метеоритах находятся в зарядовом состоянии 2+, а Fe имеет среднее зарядовое состояние +2.4, что согласуется с данными мессбауэровской спектроскопии. Проведен анализ инфракрасных спектров хондритов. Полученные данные важны с точки зрения накопления статистических данных об обыкновенных хондритах и для дальнейшего понимания процессов их формирования.
ВВЕДЕНИЕ
Главным источником информации о ранних стадиях эволюции Солнечной системы являются метеориты. Наибольшую часть среди всех метеоритов составляют обыкновенные хондриты. Исследования метеоритов широко распространены, однако их комплексные исследования распределения элементов и фаз, в том числе на микромасштабном уровне, довольно редки.
Неразрушающей спектральной методикой, обычно использующейся для анализа элементного состава метеоритов, является рентгенофлуоресцентный анализ (РФА) [1]. Например, в статье [2] сообщается о разработке библиотеки РФА-спектров, посвященной метеоритам. Поскольку образцы метеоритов являются негомогенными, значительный интерес также представляет построение карт распределения элементов в образцах метеоритов [3], например, на основе микрорентгенофлуоресцентного анализа (микроРФА) [4]. При исследовании метеоритов, в том числе обыкновенных хондритов, весьма популярна мессбауэровская спектроскопия (например, [5–9]). Данный метод используется для определения железосодержащих фаз в метеоритах, а также оценки зарядового состояния железа. Инфракрасная (ИК) спектроскопия применяется для исследования метеоритов значительно реже [10–14]. Главным образом на основе ИК-спектроскопии исследуется нерастворимое органическое вещество, выделенное из метеоритов [10, 11]. Также ИК-анализ может быть использован для изучения изменений в метеоритах, вызванных ударным воздействием [12, 13].
В последнее время все больший интерес представляют исследования вещества метеоритов на основе спектроскопии рентгеновского поглощения (XAS – X-ray absorption spectroscopy) [15, 16]. XAS-спектроскопия является одним из уникальных методов для исследований атомной и электронной структуры объектов (поскольку является локальным, элемент-селективным методом) и может быть применена для исследования материалов без дальнего порядка в расположении атомов, в том числе для исследования аморфных участков метеоритов.
Тонкая структура спектра рентгеновского поглощения включает ближнюю тонкую структуру спектра рентгеновского поглощения (XANES – X-ray absorption near-edge structure) и протяженную тонкую структуру спектров рентгеновского поглощения (EXAFS – Extended X-ray absorption near-edge structure). Спектроскопия EXAFS позволяет определять координационные числа и межатомные расстояния вокруг избранного поглощающего типа атомов. Тогда как спектроскопия XANES [17] дает полную информацию о трехмерной атомной структуре вокруг поглощающего типа атомов (длины связей, углы связей) с высокой точностью, а также позволяет анализировать особенности электронной подсистемы, в частности, проводить оценку зарядового состояния 3d-металлов в метеоритах на основе анализа химического сдвига спектров рентгеновского поглощения и анализа предкраевой особенности.
XAS-спектроскопия недавно была успешно применена для исследования атомной и электронной структуры геологических материалов [18–24]. Однако рентгеновская спектроскопия до сих пор недостаточно широко применяется в космогеохимии из-за сложности интерпретации данных и малой доступности уникальных экспериментальных установок для проведения измерений (синхротронных центров третьего поколения). В большей части работ анализируются спектры рентгеновского поглощения метеоритов за К-краями углерода или азота [25–28], реже – за К-краем железа [29–34]. Наиболее изученными на основе XANES-спектроскопии являются углистые хондриты [34, 35]. Обыкновенные хондриты, хотя и представляют наибольшую часть среди всех метеоритов, исследованы мало [36, 37], особенно рентгеноспектральными методами [38].
Цель настоящей работы заключается в комплексном исследовании серии обыкновенных хондритов, таких как Markovka, Polujamki и Jiddat Al Harasis 055.
Хондрит Markovka (Марковка) (петрологический тип H4) был обнаружен в 1967 году вблизи села Марковка, Российская Федерация (52°24′ N, 79°48′ E) [39]. Хондрит Polujamki (Полуямки) (тип H4) найден около села Михайловское, Российская Федерация (52°6′ N, 79°42′ E). Jiddat Al Harasis 055, хондрит L4–L5 петрологического типа, обнаружен в Омане (19°39.31′ N, 56°41.758′ E) в 2004 г. [41]. Комплексная диагностика хондритов Markovka, Polujamki и Jiddat Al Harasis 055 включает в себя элементный анализ и картирование на микромасштабном уровне, определение железосодержащих фаз, а также анализ спектров поглощения синхротронного излучения рентгеновского диапазона (спектров XANES) с оценкой зарядового состояния 3d-металлов (железо и никель). Для определения элементного состава и микрокартирования в работе используется микроРФА. Анализ железосодержащих фаз хондритов осуществляется на основе мессбауэровской спектроскопии. Зарядовое состояние железа в исследуемых метеоритах определяется из совместного анализа мессбауэровских спектров и спектров рентгеновского поглощения за K-краем железа. Зарядовое состояние никеля оценивается на основе анализа спектров рентгеновского поглощения за K-краем никеля. В дополнение к рентгеновским методикам и мессбауэровской спектроскопии в работе также получены ИК-спектры хондритов. Комплексная диагностика метеоритов Markovka, Polujamki и Jiddat Al Harasis 055 важна c точки зрения накопления информации о химическом составе и структуре обыкновенных хондритов. Накопление статистических данных о различных метеоритах, их исследование на микромасштабном уровне, является актуальной задачей и позволит в будущем более корректно оценивать процессы, происходившие на стадии формирования протопланетного диска, в том числе коагуляцию и дифференциацию межзвездного вещества в ранней Солнечной системе.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Известно, что образцы метеоритов являются негомогенными, поэтому для анализа элементного состава и построения карт распределения элементов в хондритах использовался микроРФА. МикроРФА выполнен на микрофлуоресцентном спектрометре M4 TORNADO (Bruker) с пространственным разрешением 25 мкм. При исследовании образцов пластин режим работы рентгеновской трубки был следующий: U = 50 кВ, I = = 600 мкА. Рабочий вакуум камеры образца (20 мбар) дает возможность проводить микроРФА химических элементов, начиная с Na. Срезы образцов хондритов были отполированы алмазным порошком, после чего было проведено картирование областей размером 10 × 10 мм. Отдельно были измерены спектры рентгеновской флуоресценции для трех точек с большим временем накопления статистики.
Мессбауэровские спектры были зарегистрированы на спектрометре MS1104Em, работающем в режиме постоянных ускорений с треугольной формой изменения допплеровской скорости источника относительно поглотителя. В качестве источника использовался 57Co в матрице Rh. Измерения были выполнены в диапазоне температур 15–300 K в гелиевом криостате замкнутого цикла CCS-850 (Janis Research). Модельная расшифровка и анализ мессбауэровских спектров осуществлялись с помощью программы SpectrRelax [42]. Изомерные химические сдвиги определялись относительно металлического α-Fe.
ИК-спектры были получены при комнатной температуре на воздухе с использованием Фурье-спектрометра Vertex70 (Bruker). Измерения проводились в режиме отражении с использованием приставки нарушенного полного отражения (ATR) с алмазным кристаллом.
Спектры рентгеновского поглощения XAS за К-краями железа и никеля хондритов и образцов сравнения (оксиды FeO, α-Fe2O3, металлический Ni) измерены на линии BM31 Европейского центра синхротронных исследований – ESRF (г. Гренобль, Франция). Спектры зарегистрированы в режиме “на прохождение” при непрерывном сканировании с использованием двухкристального монохроматора Si (111) в диапазоне энергий от 6.5 до 8.5 кэВ, что заняло примерно 20 мин на спектр. С целью калибровки спектр фольги железа измерялся одновременно с регистрацией спектра каждого исследуемого образца с использованием третьей ионизационной камеры. Все спектры были обработаны (вычтен фон, проведена нормализация) с использованием программного обеспечения Demeter Athena [43].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На первом этапе было выполнено исследование элементного состава образцов хондритов Markovka, Polujamki и Jiddat Al Harasis 055 с использованием микроРФА-анализа. Во всех образцах были найдены такие химические элементы как Fe, Mg, Al, Si, S, Ca, Ti, Cr, Mn, Ni; дополнительно в хондрите Markovka был обнаружен K, а в Polujamki – P и As. Поскольку образцы метеоритов являются химически негомогенными материалами, использование микроРФА позволило получить карты распределения химических элементов, обнаруженных на поверхности образцов. Для фокусировки первичного излучения в микрофлуоресцентном спектрометре M4 TORNADO используется поликапиллярная линза, которая фокусирует в заданную точку поверхности исследуемого образца излучение рентгеновской трубки в пятно диаметром 25 мкм. Идентификация и анализ различных компонентов (фаз P1, P2…) негомогенного образца осуществлялись с использованием стандартного матобеспечения спектрометра (метод “Area”) на основе измерений интенсивностей флуоресценции, полученных от различных точек исследуемой поверхности. В этом методе точки со сходным химическим составом объединяются в компоненты. Площади отдельных компонентов зависят от выбранной чувствительности, которая является параметром метода “Area”.
На рис. 1 представлены результаты элементного картирования хондрита Markovka, аналогичные карты распределения элементов были получены и для других исследуемых образцов (Polujamki и Jiddat Al Harasis 055). Концентрации химических элементов определялись методом фундаментальных параметров с использованием стандартного математического обеспечения спектрометра. В процессе анализа данных элементного картирования было найдено, что исследуемые хондриты содержат несколько компонентов. Компоненты определяют области на поверхности исследуемых образцов, в которых методом картирования обнаружены близкие по концентрациям совокупности химических элементов. Концентрации химических элементов в различных наблюдаемых на основе микроРФА компонентах (P1, P2, P3, P4, P5) хондрита Markovka приведены в табл. 1.
Таблица 1.
Компоненты | Fe | Mg | Si | Ni | S | Al | Ca | Mn | Cr | Ti | K |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
P1 | 35.49 | 23.29 | 33.41 | 2.21 | 0.91 | 1.53 | 1.78 | 0.54 | 0.60 | 0.11 | 0.12 |
P2 | 59.48 | 14.31 | 18.00 | 4.32 | 0.57 | 0.88 | 1.83 | 0.22 | 0.30 | 0.04 | 0.06 |
P3 | 50.91 | 10.88 | 13.35 | 2.99 | 19.63 | 0.85 | 0.78 | 0.17 | 0.32 | 0.04 | 0.08 |
P4 | 42.40 | 17.70 | 22.42 | 3.23 | 10.36 | 1.33 | 1.56 | 0.34 | 0.50 | 0.06 | 0.10 |
P5 | 82.79 | 2.66 | 6.87 | 5.93 | 0.25 | 0.54 | 0.76 | 0.01 | 0.12 | 0.02 | 0.05 |
Сравнительное распределение элементов Fe, Ni, Mg, Si, Ca, Al на микроРФА-картах для трех изучаемых образцов приведено на рис. 2. Можно четко наблюдать различные области образцов, отличающиеся концентрацией основных химических элементов Fe, Mg, Ni, Si, входящих в состав хондритов. Кроме того, в образцах Markovka и Jiddat Al Harasis 055 были найдены области, содержащие Ca и Al, которые, возможно, указывают на наличие обогащенных Ca, Al включений хондритовых метеоритов. Некоторые компоненты образцов содержат значительное количество серы, также в хондрите Markovka существуют области, обогащенные S, K, Cr, в Polujamki – Ca, S, P, Cr, в Jiddat Al Harasis 055 – S и Cr.
На следующем этапе исследования были определены железосодержащие минеральные фазы в метеоритах Markovka, Polujamki и Jiddat Al Harasis 055 на основе анализа мессбауэровских спектров, измеренных при различных температурах. На рис. 3 представлены мессбауэровские спектры образца хондрита Markovka, полученные при комнатной температуре и при температуре 15 K. Параметры мессбауэровских спектров приведены в табл. 2. Мессбауэровские спектры состоят из 3 дублетов и 4 секстетов. Величины изомерных сдвигов δ дублетов D1 и D2 примерно равны и соответствуют ионам Fe2+ [44]. Величины квадрупольных расщеплений Δ дублетов D1 и D2 заметно различаются и совпадают со значениями Δ, наблюдаемыми для дублетов Fe2+ в оливинах и пироксенах соответственно [45–48]. Дублет D3 обладает величиной δ, соответствующей ионам Fe3+ [44]. Величина Δ и уширенные линии дублета D3 характерны для ионов Fe3+ в оксидах и гидроксидах железа в суперпарамагнитном состоянии [49]. Суперпарамагнетизм возникает в данных соединения в случае, если размеры их кристаллитов меньше 200 нм. Если размер частиц достаточно мал, то суперпарамагнетизм приводит к схлопыванию зеемановской структуры компонент мессбауэровского спектра в дублет или синглет [50]. Понижение температуры приводит к уменьшению влияния суперпарамагнетизма на структуру мессбауэровского спектра [49]. При температуре 15 K величина Δ дублета D3 понижается. Кроме того, значительно уменьшается его площадь, при этом площадь cсекстета C1 – возрастает. Секстет S1 обладает δ, соответствующей ионам Fe3+ [44], и низкой величиной сверхтонкого магнитного поля (H). При понижении температуры величина H секстета S1 возрастает, а ширина линий значительно уменьшается. Вероятно, секстет S1 соответствует ионам Fe3+ в наночастицах гетита [51, 52]. Поскольку рост площади секстета S1 при понижении температуры происходит за счет уменьшения площади дублета D3, то обе эти компоненты соответствуют наночастицам гетита с распределением по среднему размеру частиц. Параметры секстета S2 близки к параметрам, наблюдаемым для мессбауэровского спектра наночастиц гематита [50]. Низкое значение Н секстета S2 при комнатной температуре обусловлено влиянием суперпарамагнетизма. Величина δ секстета S3 соответствует ионам Fe2+, а величины квадрупольного смещения и сверхтонкого магнитного поля близки к значениям, наблюдаемым на мессбауэровских спектрах троилита [45–48]. Секстет S4 обладает величиной δ в металлическом состоянии. Параметры секстета S4 примерно равны параметрам секстета, соответствующего камаситу [45–48]. Площади компонент мессбауэровских спектров примерно равны концентрации ионов Fe3+ в соответствующих фазах. Таким образом, образец хондрита Markovka состоит из следующих железосодержащих фаз: оливин (19%), пироксен (7%), гетит (52%), гематит (12%), троилит(7%) и камасит (4%).
Таблица 2.
T, K | Компонента | δ ± 0.01, мм/с | ε/Δ ± 0.01, мм/с | H ± 1, кЭ | A ± 1, % | G ± 0.01, мм/с | Фаза |
---|---|---|---|---|---|---|---|
300 | D1 | 1.14 | 3.45 | 20 | 0.29 | Оливин | |
D2 | 1.15 | 2.08 | 13 | 0.29 | Пироксен | ||
D3 | 0.35 | 0.72 | 11 | 0.44 | Гетит | ||
S1 | 0.37 | –0.06 | 264 | 33 | 1.56 | Гетит | |
S2 | 0.36 | –0.01 | 488 | 13 | 0.41 | Гематит | |
S3 | 0.71 | –0.06 | 308 | 7 | 0.62 | Троилит | |
S4 | 0.00 | –0.09 | 336 | 3 | 0.34 | Камасит | |
15 | D1 | 1.28 | 3.10 | 19 | 0.40 | Оливин | |
D2 | 1.28 | 2.16 | 7 | 0.34 | Пироксен | ||
D3 | 0.48 | 0.56 | 4 | 0.42 | Гетит | ||
S1 | 0.48 | –0.11 | 500 | 48 | 0.56 | Гетит | |
S2 | 0.46 | 0.05 | 527 | 12 | 0.48 | Гематит | |
S3 | 0.91 | –0.07 | 328 | 7 | 0.36 | Троилит | |
S4 | 0.01 | –0.28 | 343 | 3 | 0.41 | Камасит |
Аналогичный анализ мессбауэровских спектров был также осуществлен для образцов Polujamki и Jiddat Al Harasis 055. В табл. 3 приведены полученные содержания железосодержащих фаз образцов Markovka, Polujamki и Jiddat Al Harasis 055. Можно видеть, что все исследуемые образцы состоят главным образом из оливина и гетита с небольшим содержанием пироксена и гематита. Помимо этого, в хондритах Markovka и Polujamki также было обнаружено небольшое количество троилита и камасита.
Таблица 3.
Фаза | Концентрация, % | ||
---|---|---|---|
Jiddat Al Harasis 055 | Markovka | Polujamki | |
Гетит (α-FeOOH) | 35 | 49 | 42 |
Оливин | 34 | 19 | 22 |
Гематит (α-Fe2O3) | 18 | 12 | 15 |
Пироксен | 13 | 10 | 10 |
Троилит (FeS) | – | 7 | 7 |
Камасит (сплав Fe–Ni) | – | 3 | 4 |
Далее были оценены зарядовые состояния железа и никеля в исследуемых хондритах.
Зарядовое состояние железа является важным параметром при исследовании метеоритов, поскольку на его значение влияют физико-химические процессы формирования метеоритов (в частности, термический метаморфизм и гидратация). Железо в недавно сформированных метеоритах может существовать в виде Fe0 в Fe–Ni-металле, Fe2+ в силикатах и сульфидах и Fe3+ в филлосиликатах и магнетите. С течением времени при окислении железо Fe0 и Fe2+ трансформируется в обогащенные Fe3+ кристаллические фазы [33, 53]. Зарядовое состояние железа в хондритах Markovka, Polujamki и Jiddat Al Harasis 055 в настоящей работе оценено на основе совместного анализа мессбауэровских спектров и спектров рентгеновского поглощения XANES за K-краем железа. Зарядовое состояние никеля определено на основе анализа XANES спектров за Ni K-краем.
Согласно данным мессбауэровской спектроскопии (табл. 3) среднее зарядовое состояние железа в образце хондрита Jiddat Al Harasis 055 равно +2.5, а в образцах хондритов Markovka и Polujamki ‒ +2.6.
Спектры XANES за K-краем железа изучаемых метеоритов представлены на рис. 4. Определение зарядового состояния железа с помощью спектроскопии XANES было выполнено на основе нескольких методов. Во-первых, анализировались точные положения краев рентгеновского поглощения хондритов (химический сдвиг). При взаимодействии рентгеновского излучения с веществом происходит ионизация глубокого внутреннего уровня. Энергии краев спектров XANES имеют строго определенные значения и являются уникальной характеристикой материалов. При изменении зарядового состояния атома в материале энергия края рентгеновского поглощения изменяется вследствие того, что изменяется эффективный заряд на атоме, и происходит сдвиг энергии внутренних уровней. Данный эффект может быть использован для оценки неизвестного зарядового состояния атомов. Сравнивая положение края поглощения в исследуемом образце (с неизвестным зарядовым состоянием интересующего химического элемента) и в образцах сравнения (с хорошо известными зарядовыми состояниями исследуемого типа атомов), можно определить искомое зарядовое состояние элемента. Недавно описанный метод был успешно применен, например, для оценки зарядового состояния лантанидов в лантанидсодержащих силикатах [20, 21], перспективных с точки зрения определения природных условий минералообразования. В настоящем исследовании для оценки зарядового состояния Fe производилось сопоставление краев поглощения XANES-спектров за К-краем метеоритов (с неизвестным зарядовым состоянием железа) и образцов сравнения (с известным зарядовым состоянием железа) – FeO с зарядовым состояние железа 2+, α-${\text{Fe}}_{2}^{{3 + }}$O3 с зарядовым состоянием железа 3+. Положение краев поглощения определялось в точках, где нормированный коэффициент поглощения принимает значения 0.4 и 0.6 (эти значения являются эмпирическими, два значения были выбраны для целей усреднения).
Во-вторых, зарядовые состояния железа были оценены на основе анализа предкраевой особенности Fe K-XANES-спектров на основе метода, описанного в работе [53]. В данном методе анализируется корреляция интенсивности предкраевой особенности Fe K-XANES-спектра и энергии центроида предкрая. Сопоставляя положения на графике зависимости интенсивности предкрая от энергии предкрая для исследуемых материалов (с неизвестными зарядовыми состояниями и координационными числам Fe) и образцов сравнения (с хорошо известными зарядовыми состояниями и координационными числами Fe), можно делать выводы об искомых зарядовых состояниях и координационных числах железа в исследуемых образцах. Данный метод, например, недавно был успешно применен для анализа зарядовых состояний железа в ряде импактных стекол из кратера Жаманшин [54].
Далее были получены усредненные зарядовые состояния железа, определенные на основе двух описанных выше методов. Было установлено, что среднее зарядовое состояние железа в объеме исследуемых образцов хондритов Markovka, Polujamki и Jiddat Al Harasis 055 равно 2.4+, что, в целом, согласуется с данными мессбауэровской спектроскопии. Незначительные различия в оценках зарядового состояния железа методами мессбауэровской спектроскопии и спектроскопии XANES могут объясняться тем фактом, что разрешение мессбауэровского спектрометра MS1104Em не позволяет различить Fe2+ в позиции M3 оливина и пироксена.
На рис. 5 показана увеличенная область предкраевой особенности Fe K-XANES-спектров. Можно видеть, что интенсивность предкраевой особенности Fe K-XANES спектра метеорита Polujamki выше по сравнению с предкраевой особенностью образцов метеоритов Markovka и Jiddat Al Harasis 055. Тогда как известно, что интенсивность предкраевой особенности Fe K-XANES спектров зависит от координации железа (например, [55]). Поэтому большая интенсивность предкраевой особенности спектра XANES хондрита Polujamki отражает более низкое координационное число железа и большее искажение от октаэдрической симметрии в этом образце по сравнению с образцами хондритов Markovka и Jiddat Al Harasis 055.
XANES-спектры за K-краем никеля хондритов Markovka, Polujamki, Jiddat Al Harasis 055, а также спектры образцов сравнения: металлического никеля Ni0 и оксида никеля Ni2+O представлены на рис. 6. Из рис. 6 видно, что в исследуемых хондритах количество металлического Ni мало, а большая часть атомов никеля находится в состоянии Ni2+.
Дополнительно к исследованиям на основе рентгеновских методик и мессбауэровской спектроскопии для хондритов Markovka, Polujamki и Jiddat Al Harasis 055 также были получены ИК-спектры (рис. 7). Ударные деформации играют важную роль во многих метеоритах и помогают восстановить их геологическую историю. В то же время известно, что ИК-спектры метеоритов чувствительны к разупорядочению, вызванному ударом [12]. В случае пироксенов и оливинов, подвергшихся удару, происходит хорошо известное уширение и смещение пиков, превышающее уровень, который мог бы быть вызван только химическими изменениями (табл. 3 в [12]). Кроме того, из-за ударного эффекта иногда образуются смешанные минеральные структуры, главным образом, полевые шпаты, вместе с пироксеном. В случае исследуемых хондритов Markovka, Polujamki и Jiddat Al Harasis 055 из рис. 7 можно видеть, что они подверглись сильной ударной деформации. Так, характерная полоса поглощения 852–864 см–1 оказалась сдвинута более чем на 13 см–1, в то время как полоса на 1055 см–1 сдвинута на 3 см–1 относительно природных образцов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, в работе проведено комплексное исследование хондритов Markovka (петрологический тип H4), Polujamki (тип H4), Jiddat Al Harasis 055 (тип L4-5) на основе рентгеновских методик и мессбауэровской спектроскопии, а также ИК-спектроскопии. Элементный состав хондритов определен при использовании микроРФА, получены карты распределения элементов в изучаемых образцах. Анализ Fe-содержащих фаз метеоритов изучен с помощью мессбауэровской спектроскопии. Установлено, что все исследуемые метеориты состоят из оливина и гетита с небольшим количеством пироксена и гематита. Небольшое содержание фаз троилита и камасита наблюдалось также для хондритов Markovka и Polujamki. Зарядовые состояния Fe в изучаемых хондритах оценены на основе совместного анализа данных мессбауэровской спектроскопии и спектров XANES за K-краем железа. Согласно данным мессбауэровской спектроскопии среднее зарядовое состояние Fe в метеоритах Markovka и Polujamki равно +2.6, а в метеорите Jiddat Al Harasis 055 – +2.5. Согласно анализу спектров, XANES за K-краем Fe, среднее зарядовое состояние железа во всех исследуемых образцах хондритов оценено, как +2.4, что согласуется с данными мессбауэровской спектроскопии. Анализ спектров XANES за K-краем никеля позволил установить, что большинство атомов Ni в исследуемых метеоритах находятся в зарядовом состоянии 2+. На основе анализа ИК-спектров найдено, что изучаемые хондриты подверглись сильной ударной деформации. Полученные данные внесут вклад в накопление статистической информации о химическом составе и структуре обыкновенных хондритов, а также могут быть полезны для дальнейшей оценки процессов, происходивших на стадии формирования протопланетного диска, в том числе коагуляции и дифференциации межзвездного вещества в ранней Солнечной системе.
Список литературы
Aramendia J., Gomez-Nubla L., Castro K. et al. // Trends Anal. Chem. 2018. V. 98. P. 36. https://doi.org/10.1016/j.trac.2017.10.018
Daviau K.C., Mayne R.G., Ehlmann A.J. // 43rd Lunar Planet. Sci. Conf. 2012. LPI Contribution № 1659. Id. 1306.
Torre-Fdez I., Aramendia J., Gomez-Nubla L. et al. // Anal. Bioanal. Chem. 2018. V. 410. P. 7477. https://doi.org/10.1007/s00216-018-1363-5
Haschke M., Rossek U., Tagle R., Waldschläger U. // Adv X-Ray Anal. 2012. V. 55. P. 286.
Cadogan J.M., Rebbouh L., Mills J.V.J., Bland P.A. // Hyperfine Interact. 2013. V. 222. Suppl 2. P. S91. https://doi.org/10.1007/s10751-012-0644-1
Maksimova A.A., Oshtrakh M.I., Petrova E.V. et al. // Hyperfine Interact. 2016. V. 237. P. 134. https://doi.org/10.1007/s10751-016-1344-z
Elewa N.N., Cadogan J.M. // Hyperfine Interact. 2017. V. 238. P. 4. https://doi.org/10.1007/s10751-016-1350-1
Elewa N.N., Cobas R., Cadogan J.M. // Hyperfine Interact. 2016. V. 237. P. 107. https://doi.org/10.1007/s10751-016-1315-4
Sato W.,·Nakagawa M., Shirai N., Ebihara M. // Hyperfine Interact. 2018. V. 239. P. 13. https://doi.org/10.1007/s10751-018-1489-z
Kebukawa Y., Alexander C. M.O’D., Cody G.D. // Geochim. Cosmochim. Acta. 2011. V. 75. P. 3530. https://doi.org/10.1016/j.gca.2011.03.037
Alexander C.M.O’D., Cody G.D., Kebukawa Y. et al. // Meteorit. Planet. Sci. 2014. V. 49. № 4. P. 503. https://doi.org/10.1111/maps.12282
Kereszturi A., Gyollai I., Kereszty Zc. et al. // Spectro-chim. Acta A: Mol. Biomol. Spectrosc. 2017. V. 173. P. 637. https://doi.org/10.1016/j.saa.2016.10.012
Gyollai I., Kereszturi Á, Kereszty Z. et al. // Centr. Eur. Geol. 2017. V. 60/2. P. 173. https://doi.org/10.1556/24.60.2017.007
Abdu Y.A., Hawthorne F.C., Varela M.E. // Astrophys. J. Lett. 2018. V. 856. P. L9. https://doi.org/10.3847/2041-8213/aab433
Bunker G. Introduction to XAFS: a Practical Guide to X-Ray Absorption Fine Structure Spectroscopy. Cambridge University Press, 2011.
van Bokhoven J., Lamberti C. X-ray Absorption and X-ray Emission Spectroscopy. Theory and Applications. UK: Willey, 2016.
Кравцова А.Н., Гуда Л.В., Положенцев О.Е. и др. // Журн. структур. химии. 2018. Т. 59. № 7. С. 1749. https://doi.org/10.26902/JSC20180725
Berry A.J., Schofield P.F., Kravtsova A.N. et al. // Chem. Geol. 2017. V. 466. P. 32. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2017.03.031
Kravtsova A.N., Soldatov A.V., Walker A.M., Berry A.J. // J. Phys. Conf. Ser. 2016. V. 712. P. 012089. https://doi.org/10.1088/1742-6596/712/1/012089
Kravtsova A.N., Guda A.A., Goettlicher J. et al. // J. Phys. Conf. Ser. 2016. V. 712. P. 012096. https://doi.org/10.1088/1742-6596/712/1/012096
Кравцова А.Н., Гуда А.А., Солдатов А.В. и др. // Опт. и спектр. 2015. Т. 119. № 6. С. 975. https://doi.org/10.7868/S003040341511015X
Родина И.С., Кравцова А.Н., Солдатов А.В. и др. // Опт. и спектр. 2013. Т. 115. № 6. С. 962. https://doi.org/10.7868/S0030403413120179
Родина И.С., Кравцова А.Н., Солдатов А.В., Берри А.Дж. // Опт. и спектр. 2011. Т. 111. № 6. С. 992.
Rodina I.S., Kravtsova A.N., Soldatov M.A. et al. // J. Phys. Conf. Ser. 2009. V. 190. P. 012181. https://doi.org/10.1088/1742-6596/190/1/012181
Kebukawa Y., Zolensky M.E., Kilcoyne A.L.D. et al. // Meteorit. Planet. Sci. 2014. V. 49. P. 2095. https://doi.org/10.1111/maps.12312
Kebukawa Y., Zolensky M.E., Fries M. et al. // 47th Lunar Planet. Sci. Conf. 2016. LPI Contribution № 1903. P. 1802.
Wirick S., Flynn G.J., Jacobsen C., Keller L.P. // 37th Lunar Planet. Sci. Conf. 2006. Abstract № 1124.
Yabuta H., Amari S., Matsuda J. et al. // 41st Lunar Planet. Sci. Conf. 2010. LPI Contribution № 1533. P. 1202.
le Formal F.L., Guijarro N., Bourée W.S. et al. // Energy Environ. Sci. 2016. V. 9. P. 3448. https://doi.org/10.1039/C6EE02375D
Bose M., Root R.A., Pizzarello S. // Meteorit. Planet. Sci. 2017. V. 52. P. 546. https://doi.org/10.1111/maps.12811
Takenouchi A., Mikouchi T. // 79th Annual Meeting of the Meteoritical Society. 2016. LPI Contribution № 1921. Id. 6135.
King A.J., Schofield P.F., Mosselmans J.F.W., Russell S.S. // 77th Annual Meeting of the Meteoritical Society. 2014. LPI Contribution № 1800. Id. 5251.
Garenne A., Beck P., Montes-Hernandez G. et al. // 45th Lunar Planet. Sci. Conf. 2014. LPI Contribution № 1777. Id. 1941.
Orthous-Daunay F.-R., Quirico E., Lemelle L. et al. // Earth Planet. Sci. Lett. 2010. V. 300. P. 321. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2010.10.012
Beck P., De Andrade V., Orthous-Daunay F.-R. et al. // Geochim. Cosmochim. Acta. 2012. V. 99. P. 305. https://doi.org/10.1016/j.gca.2012.04.041
Ali A., Nasir S.J., Jabeen I. et al. // Meteorit. Planet. Sci. 2017. V. 52. P. 1991. https://doi.org/10.1111/maps.12903
Yokoyama T., Misawa K., Okano O. et al. // Earth Planet. Sci. Lett. 2017. V. 458. P. 233. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2016.10.037
Wirick S., Flynn G.J., Sutton S., Zolensky M.E. // 45th Lunar Planet. Sci. Conf. 2014. LPI Contribution № 1777. Id. 1940.
Миханов A.Н., Котельникова Н.Д. // Метеоритика. 1988. Т. 47. С. 20.
Кирова O.A., Дьяконова М.И., Харитонова В.Я. // Метеоритика. 1975. Т. 34. С. 57.
Russell S.S., Folco L., Grady M.M. et al. // Meteorit. Planet. Sci. V. 39. № 8. Supplement, P. A215.
Matsnev M.E., Rusakov V.S. // AIP Conf. Proc. 2012. V. 1489. P. 178. https://doi.org/10.1063/1.4759488
Ravel B., Newville M. // J. Synchrotron Radiat. 2005. V. 12. P. 537. https://doi.org/10.1107/S0909049505012719
Menil F. // J. Phys. Chem. Solids. 1985. V. 46. № 7. P. 763. https://doi.org/10.1016/0022-3697(85)90001-0
Abdu Y.A., Ericsson T. // Meteorit. Planet. Sci. 1997. V. 32. P. 373.
Dos Santos E., Gattacceca J., Rochette P. et al. // Phys. Earth Planet. Inter. 2015. V. 242. P. 50. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2015.01.004
Paliwal B.S., Tripathi R.P., Verma H.C. et al. // Meteorit. Planet. Sci. 2000. V. 35. P. 639.
Gismelseed A.M, AbduY.A., Shaddad M.H. et al. // Meteorit. Planet. Sci. 2014. V. 49. P. 1485.
Bedanta S., Kleemann W. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2009. V. 42. P. 013001.
Kündig W., Bӧmmel H. // Phys. Rev. 1966. V. 142. P. 327. https://doi.org/10.1103/PhysRev.142.327
Bocquet S., Pollard R.J., Cashion J.D. // Phys. Rev. B. 1992. V. 46. P. 11657. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.46.11657
Schwertmann U., Cambier P., Murad E. // Clays Clay Miner. 1985. V. 33. P. 369.
Wilke M., Farges F., Petit P.-E. et al. // Am. Mineral. 2001. V. 86. P. 714. https://doi.org/10.2138/am-2001-5-612
Kravtsova A.N., Guda L.V., Guda A.A. et al. // Radiat. Phys. Chem. (in press). https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2018.12.017
Giuli G., Eeckhout S.G., Paris E. et al. // Meteorit. Planet. Sci. 2005. V. 40. P. 1575. https://doi.org/10.1111/j.1945-5100.2005.tb00132.x
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования