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 ([email protected]).

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 клино- и 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	T, ºC*	P, kbar**
Yamato-74417 LI(3) av.# #	1106-1306 (10)# 1210	3.6-12.2 (10) 7,4
Yamato-82133 HI(3) av.	938-1476 (10) 1218	0-14.1 (10) 8.4
Saratov LII(4) av.	1032-1204 (3) 1122	0.1-4.4 (3) 2.4
Raguli HII(3.8) av.	890-1464 (12) 1104	0-13.7 (12) 5,3
Raguli HII(3.8) Ur-Jd CPx av.	1000	63.7-81.6 (4) 70.1
Berdyansk LIII(6) av.	985-1000 (6) 993	3.8-5.1 (6) 4,5
Berdyansk LIII(6) Ur-Jd CPx av.	1000	66.9-72.8 (8) 69,6
Fucbin LIII(6) av.	992-1030 (7) 1011	3.6-8.3 (7) 5,7
Yamato-74160 LLIII(7)# # # av.	1000-1005 (2) 1053	3.1-5.0 (2) 4,0

* — 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, 62-74; [7] Perchuk (1977) Doklady AN USSR 233, N 3, 456-459; [8] Takeda et al., (1984) EPSL 71, 329-339; [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 (CD-ROM) 1038#.