Эксперимент российских специалистов раскрыл природу железных метеоритов

Работа российских ученых посвящена редким фосфидам железа и никеля, которые имеют важное значение для исследования состава железных метеоритов. Их результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.

Железные метеориты часто несут следы ударных воздействий в виде деформационных структур и ударно-расплавных жил, но при этом в их составе практически нет минералов высокого давления, пояснили в пресс-службе Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН. Одним из возможных индикаторов высоких давлений специалисты до последнего времени считали высокобарическую форму Fe2P — аллабогданит, которую удавалось обнаружить экспериментально только при высоком давлении в 8 ГПа (примерно 79 000 атмосфер) и температуре 1 400 °C. Фазой низкого давления считался Fe2P-барринджерит.

Научная группа Института физики высоких давлений им. Л. Ф. Верещагина РАН, Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН, Новосибирского госуниверситета совместно со специалистами Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН в работе, посвященной изучению состава железных метеоритов, впервые показала, что высокобарическая форма Fe2P-аллабогданит не является, как считалось ранее, индикатором высоких давлений.

«Мы обратили внимание, что железные метеориты с аллабогданитом не имеют никаких признаков воздействия ударных давлений. Кроме того, имелась противоречивая информация по термодинамике фазового перехода барринджерит — аллабогданит: в одних теоретических работах при нормальных условиях стабильным был барринджерит, в других — аллабогданит», — сообщил замдиректора по науке ИФВД РАН доктор геолого-минералогических наук, профессор РАН Константин Литасов.

«Сначала мы провели квантово-химические расчеты из первых принципов и получили данные, что при нормальных условиях (1 атмосфера и 25°C) стабильным является аллабогданит, а при повышении температуры моделирования до 500 °C он переходит в барринджерит, — пояснил он. — Чтобы подтвердить возможную стабильность аллабогданита, получив результаты численных расчетов, мы провели серию простых, но трудоемких экспериментов при невысоких температурах (400—500°C)».

Специалисты работали со смесью железа и фосфора; железа, никеля и фосфора; а также с синтетическими Fe2P и Ni2P фосфидами.

«Образцы запаивали в кварцевую ампулу и выдерживали при температурах 400—500°C в печи 1—2 месяца. С синтетическими материалами ничего не происходило: фазового перехода от барринджерита к аллабогданиту не было. А вот в смесях из отдельных компонентов железа, никеля и фосфора нам удалось обнаружить начало реакции с образованием вокруг зерен железа каемок новой фазы», — рассказала ведущий научный сотрудник ИГМ СО РАН, старший преподаватель НГУ доктор геолого-минералогических наук, профессор РАН Татьяна Беккер.

Наличие аллабогданита в смесях с преобладанием железа и барринджерита только в смесях с высоким содержанием никеля показали рентгеноструктурные исследования и исследования методом дифракции отраженных электронов.

«Образцы смесей были исследованы на электронном микроскопе методом дифракции обратно рассеянных электронов в лаборатории синхротронного излучения ИЯФ СО РАН. Мы смотрели, в каких образцах и в каких пропорциях присутствуют аллабогданит и барринджерит и фиксировали их. Таким образом был проведен комплексный анализ, верифицировавший данные», — добавил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Константин Купер.

Главный результат работы: аллабогданит с составом, как в метеоритах, является фазой атмосферных, а не высоких давлений, как считалось ранее, и это подтверждено численными и физическими экспериментами. Эти данные помогут специалистам в дальнейшем изучении природы метеоритов.

«По своей природе железные метеориты являются фрагментами ядер планетезималей, небесных тел, образованных из примитивного вещества ранней Солнечной системы, — указал Константин Литасов. — Находки высокобарических минералов, таких как Fe2P — аллабогданит, в метеоритах без признаков ударного метаморфизма могли бы являться доказательством кристаллизации в недрах планетезималей при высоких давлениях (выше 8 ГПа). Для сравнения: в центре Луны давление достигает 5 ГПа. То есть эти объекты должны были быть существенно больше Луны. В данной работе мы показали, что аллабогданит может быть фазой атмосферных давлений и не обязательно характеризует ядра крупных планетезималей».