Content uploaded by Andrey V. Mokhov
Author content
All content in this area was uploaded by Andrey V. Mokhov on Nov 01, 2014
Content may be subject to copyright.
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 459, № 3, с. 349–351
349
Стекла являются одним из главных компонен
тов лунного реголита. Помимо собственно частиц
стекла в реголите присутствуют брекчии и агглю
тинаты, в которых стекло служит связующим ма
териалом, а также присутствует в виде пленок на
поверхности частиц. Целью настоящего исследо
вания являлось выявление взаимоотношений
стекол с металлическими фазами.
С помощью просвечивающей (ПЭМ) и скани
рующей (СЭM) аналитической электронной
микроскопии (микроскопы JEM2100 + спектро
метр IETEM INCA250 и JSM5610LV + INCA450)
были изучены фрагменты стекла из проб реголи
та, доставленных на Землю советскими автома
тическими станциями “Луна16”, “Луна20” и
“Луна24”.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В ходе многолетнего изучения тонкодисперс
ной фракции лунного реголита с высокой локаль
ностью был установлен факт неоднородности
лунного стекла, составляющего существенную
долю материала проб. При этом неоднородность
на микроуровне проявлялась как количественно,
так и качественно. Кроме того, стекло скрывало в
себе многочисленные минеральные фазы разного
размера, в том числе микро и наноразмерного
масштаба. Одним из самых распространенных
микроразмерных включений в стеклах является
самородное железо.
Так, при СЭMизучении образца реголита из
Моря Изобилия в режиме отраженных электро
нов зафиксирована частица самородного железа
(рис. 1а). Однако при съемке в режиме вторичных
электронов (рис. 1б) видно, что поверхность ча
стицы самородного железа покрыта брызгами и
обломками стекла. Надо отметить, что энергодис
персионный спектр, полученный от этой части
цы, помимо пиков железа и никеля содержит низ
коинтенсивные пики, отвечающие силикатной
ГЕОХИМИЯ
ЗАЩИТНАЯ РОЛЬ СТЕКЛЯННОЙ ПЛЕНКИ
НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ
ЛУННОГО РЕГОЛИТА
© 2014 г. Т. А. Горностаева, А. В. Мохов, П. М. Карташов,
академик
О. А. Богатиков
Поступило 29.07.2014 г.
DOI:
10.7868/S0869565214330159
УДК 523.3436
Институт геологии рудных месторождений,
петрографии, минералогии и геохимии
Российской Академии наук, Москва
0.5 мкм
(а)
(б) 0.5 мкм
Рис. 1.
СЭМизображение частицы самородного же
леза в стекле.
а) Отраженные электроны, б) вторичные электроны.
350
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 459 № 3 2014
ГОРНОСТАЕВА и др.
компоненте. Эти пики могут быть флюоресцент
но возбуждены окружающей стеклянной матри
цей, но, учитывая наличие стекла, покрывающего
частицу железа, в большей степени вызваны
именно им. Многочисленные аналогичные на
ходки были сделаны и в других пробах лунного
реголита.
При ПЭМизучении в частичке стекла состава
MgO = 6.7
±
0.3, Al
2
O
3
= 18.0
±
0.4, SiO
2
= 43.2
±
±
0.6, CaO = 14.6
±
0.4, FeO = 17.1
±
0.5 мас. % (при
содержании Na
2
O, K
2
O и Cl менее 0.2 мас. % каж
дого) из Моря Изобилия зафиксированы сфери
ческие включения самородного железа размером
от 5 до 30 нм (рис. 2). Для определения точного
состава этих включений была выполнена съемка
картин распределения элементов в пределах од
ного из стеклянных фрагментов, содержащих в
себе наиболее крупные включения этого типа.
Полученные картины подтвердили отсутствие
кислорода в шариках, а также заметных коли
честв других элементов, кроме железа. Микроди
фракционные картины от таких шариков показа
ли наличие
α
модификации самородного железа
с параметром
а
= 0.28 нм и пространственной
группой
Im m
, а съемка с высоким разрешением
выявила периодичность структуры с шагом
0.20 нм, что соответствует межплоскостному рас
стоянию отражений типа
110
.
Следует отметить, что все обнаруженные же
лезные шарики, находящиеся в глубине стекла
или покрытые хотя бы тончайшим его слоем, ди
агностировали как самородный металл в моно
кристаллической форме. В то же время зафикси
3
рованные сферические железные образования, не
имеющие стеклянной оболочки, были представ
лены либо аморфными, либо плохо окристалли
зованными оксидами железа (рис. 3).
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Железо в виде тонкодисперсных выделений
как в металлической, так и в окисленной форме,
часто встречается во всех пробах лунного реголи
та [1–3].
Лунное самородное железо отличает устойчи
вость к окислению, в том числе и при длительном
хранении в земных условиях, что было впервые
открыто А.П. Виноградовым с соавторами [4].
Были предложены разные гипотезы, объясняю
щие это явление. Виноградовым впервые была
выдвинута гипотеза, согласно которой определя
ющую роль в сохранении железа в металлической
форме играет водород, имплантированный в по
верхность реголита при ее бомбардировке части
цами солнечного ветра [4]. Существует также ги
потеза, что неокисляемость железа обеспечивает
ся образованием на его поверхности тончайшей
оксидной пленки, легированной сидерофильны
ми примесями Ni, Co и др., которые присутству
ют в этих частицах [5]. Однако авторы этой рабо
ты отмечали, что и чистое, беспримесное, лунное
железо также обладает высокой стойкостью к
окислению в земных условиях. Так или иначе, ги
потеза восстанавливающего действия импланти
рованного солнечным ветром водорода является
на данный момент наиболее распространенной.
Рис. 2.
ПЭМизображение шариков самородного же
леза в стекле.
Рис. 3.
ПЭМизображение шарика оксида железа.
20 нм20 нм
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 459 № 3 2014
ЗАЩИТНАЯ РОЛЬ СТЕКЛЯННОЙ ПЛЕНКИ 351
В то же время самородное железо находится в
лунном реголите в виде тонкодисперсных выделе
ний, как правило в ассоциации со стеклом [1], ли
бо в качестве включений в стекле, размер которых
составляет порядка десятка микрон [3], а также де
сятков нанометров [2, 6]. Кроме того, в результате
исследования поверхности лунного реголита мето
дом рентгеноэлектронной спектроскопии было
определено, что тонкодисперсное металлическое
железо сосредоточено в поверхностном слое глу
биной до 10 нм [5]. Позднее было показано, что
частицы металлического железа находятся внут
ри конденсатного слоя [7]. Факт наличия стек
лянной пленки на частицах лунного грунта также
был отмечен и другими исследователями [6, 8].
При этом оксидные формы железа в препаратах
тонкой фракции лунного реголита встречаются
повсеместно, однако стеклом они не покрыты.
Проведенные нами исследования образцов
лунного реголита с помощью ПЭМ и СЭМ под
твердили, что частицы самородного железа со
держатся в стекле в виде включений, а также от
дельных частичек, которые также покрыты стек
лом, образующим стеклянную пленку, толщина
которой варьировалась от 10 нм до нескольких
микрометров.
При ПЭМисследовании было определено,
что для поверхностной стеклянной пленки, как и
для лунных стекол в целом, характерна микроне
однородность, которая проявляется и в составе, и
в их строении. Состав стеклянной пленки отлича
ется от состава матричного стекла наличием лег
ких и летучих элементов, таких, например, как
натрий или цинк. Ранее Ю.П. Диковым с соавто
рами [9] при изучении лунных стекол из проб
грунта “Луны16” методами рентгеновской фото
электронной спектроскопии было отмечено, что
поверхностный слой содержит в основном легкие
элементы и неоднороден по составу.
По поводу механизмов образования поверх
ностной силикатной пленки на частицах реголита
существует несколько гипотез. Так, по мнению
Л. Дюрро [10], ее образование возможно в резуль
тате аморфизации силикатов под воздействием
солнечного ветра. Эту возможность нельзя ис
ключить; к тому же, такой механизм был подтвер
жден экспериментально с помощью импульсного
лазерного облучения частиц лунного реголита
[11]. Гипотеза импактного происхождения под
держана многими исследователями [12, 13]. Наи
более вероятный механизм, на наш взгляд, – это
осаждение вещества за счет конденсации ранее
испаренного материала, так как на Луне много
кратному импактному воздействию подвержены
частицы всех размеров вплоть до микро и нано
размерных. Под воздействием микрометеорит
ной бомбардировки они испаряются и затем кон
денсируются на поверхности окружающего рего
лита. При меньших энергиях импактного
воздействия они плавятся и разбрызгиваются в
виде стекла на ближайшие частицы грунта. Кроме
того, в пользу импактного происхождения свиде
тельствует наличие включений железа, найден
ных в конденсатной пленке, которое, по мнению
Дж.У. Делано [14], является одним из критериев
импактного происхождения лунных стекол.
Таким образом, конденсатная стеклянная плен
ка на поверхности частиц металлического железа
выполняет изолирующую, защитную роль, пре
пятствуя окислению, в том числе и при длительном
хранении в условиях земной атмосферы.
Вероятно, именно присутствие такой на
нопленки стекла обеспечило изоляцию ранее опи
санных нами самородных рения, церия и иттербия
[3, 15] от изменений при контакте как с земной ат
мосферой, так и с агрессивной хлоридной средой
(в случае с иттербием), а сами хлориды предохра
нило от воздействия атмосферной влаги.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Frondel J.W.
Lunar Mineralogy. N. Y.: WileyIntersci.,
1975. 332 p.
2.
Keller L.P., McKay D.S.
// Science. 1993. V. 261.
P. 1305–1307.
3.
Мохов А.В., Карташов П.М., Богатиков О.А.
Новые
данные по минералогии Луны (Луна под микро
скопом). М.: Наука, 2007. 128 с.
4.
Виноградов А.П., Барсуков В.Л., Урусов В.С., Бога
тиков О.А.
Свойство неокисленности ультрадис
персных форм простых веществ, находящихся на
поверхности космических тел. Свидетельство на
открытие № 279, открытие зарегистрировано в Го
сударственном реестре открытий СССР 15 ноября
1979 г.
5.
Виноградов А.П., Нефедов В.И., Урусов В.С., Жаво
ронков Н.М.
// ДАН. 1971. Т. 201. № 4. С. 953–960.
6.
Wentworth S.J., Keller L.P., McKay D.S., Morris R.V.
//
Meteoritics and Planet. Sci. 1999. V. 34. P. 593–603.
7.
Диков Ю.П., Герасимов М.В., Яковлев О.И., Ива
нов А.В.
// Петрология. 2009. Т. 17. № 5. С. 459–469.
8.
Keller L.P., McKay D.S.
// Meteoritics. 1991. V. 26.
P. 355.
9.
Dikov Yu.P., Ivanov A.V., Wlotzka F., Galimov E.M.,
Wan k e G .
// Solar Syst. Res. 2002. V. 36. Iss. 1. P. 1–11.
10.
Дюрро Л., Журе Л., Бибринг Ж.Р., Менье Р.,
Моретт М.
В кн.: Лунный грунт из Моря Изоби
лия. М.: Наука, 1974. С. 430–435.
11.
Sasaki S., Nakamura K., Hamabe Y., Kurahashi E.,
Hiroi T.
// Nature. 2001. V. 410. Iss. 6828. P. 555–557.
12.
Keller L.P., McKay D.S.
In: LIV Annual Meeting of the
Meteorit. Soc. Monterey, 1991. P. 114.
13.
Dikov Yu.P., Ivanov A.V., Wlotzka F., Galimov E.M.,
W
ä
nke H.
// Earth and Planet. Sci. Lett. 1998. V. 155.
P. 19 7– 20 4 .
14.
Delano J.W.
// J. Geophys. Res. Solid Earth. 1986.
V. 91. Iss. B4. P. 201–213.
15.
Мохов А.В., Карташов П.М., Горностаева Т.А., Бо
гатиков О.А.
// ДАН. 2011. Т. 441. № 5. С. 670–673.
7