Строеж на железните метеорити

Железните метеорити представляват късове природно никелово желязо (сплав на желязо и никел). Главни минерали на железните метеорити са разновидностите на никеловото желязо камасит и тенит.

Камасит (Kamacite)
  Химична формула: алфа-(Fe,Ni)
  Сплав на желязо и никел. Съдържа от 4% до 7.5% никел.
  Плътност: 7.9 g/cm³
  Твърдост по Моос: 4
  Цвят: желязночерен, стоманеносив
  Блясък: метален
  Черта: сива
  Магнитност: силна

Тенит (Taenite)
  Химична формула: гама-(Fe,Ni)
  Сплав на желязо и никел. Съдържа от 20% до 65% никел.
  Плътност: 7.8 - 8.22 g/cm³
  Твърдост по Моос: 5 - 5.5
  Цвят: сивобял, сребърнобял
  Блясък: метален
  Черта: светлосива
  Магнитност: силна

Някои геолози споменават, че в разсипите, заедно с други тежки минерали, се среща и камасит, останал след разрушаването на метеорити, които са паднали в миналото.

В зависимост от своята структура, определена главно от съдържанието на никел, железните метеорити се делят на три основни групи: хексаедрити, октаедрити и атаксити.

Атакситите съдържат 12-35% никел и обикновено са изградени от финозърнеста смес от тенит и камасит, която се нарича плесит. Размерите на камаситовите области са 0.006 - 0.03 mm. Когато съдържанието на никел е над 25%, атакситите са изградени главно от тенит с неголеми включения от камасит.

Октаедритите съдържат 6-12% никел. На полирани и разядени (с разредена азотна киселина) плоски повърхности показват така наречените видманщетенови фигури (Widmanstätten pattern), които представляват преплетени ламели от камасит и тенит, разположени паралелно на определени равнини на октаедрични кристални форми. Тъй като тенитът и камаситът се различават по твърдост, химическа устойчивост и цвят, при полирането и разяждането се получава картина от различно изглеждащи ивици.

В зависимост от разположението на равнината на шлифа, видманщетеновата структура може да изглежда по три различни начина (скицирал съм ги грубо):

Като акцесорни минерали в октаедритите се срещат главно троилит, шрайберзит и графит.

Троилит (Troilite)
  Химична формула: FeS
  Плътност: 4.58 - 4.65 g/cm³
  Твърдост по Моос: 3.5 - 4
  Цвят: бронзов, кафяв, сивокафяв
  Блясък: метален
  Черта: сивочерна
  Магнитност: силна

Шрайберзит (Schreibersite)
  Химична формула: (Fe,Ni)₃P
  Плътност: 7 - 7.8 g/cm³
  Твърдост по Моос: 6.5 - 7
  Цвят: бронзов, кафяв, месинговожълт, сребърнобял
  Блясък: метален
  Черта: тъмносива

Според широчината на камаситовите ламели октаедритите се разделят на пет структурни типа (с нарастването на съдържанието на никел структурата става все по-фина):

• 2.5 - 15 mm - твърде грубоструктурни
• 1.5 - 2.5 mm - грубоструктурни
• 0.5 - 1.5 mm - средноструктурни
• 0.2 - 0.5 mm - финоструктурни
• 0.05 - 0.2 mm - твърде финоструктурни

Съществуват и така наречените плеситови октаедрити, които са изградени от плесит с размери на камаситовите области 0.07 - 0.6 mm.

Хексаедритите съдържат 4-6% никел и са изградени от гигантски кубични кристали камасит с размери над 50 мм. На полираните повърхности на хексаедритите се виждат тънки линии, наречени нойманови линии (Neumann bands).

Паласитите са интересна група железокаменни метеорити, които се състоят от основна маса никелово желязо с потопени из него зърна оливин с различни размери и форми (въобще, железокаменните метеорити се състоят от приблизително равни части желязо и силикати). Никеловото желязо на паласитите има средноструктурни видманщетенови фигури с типична ширина на камаситовите ламели ~ 0.9 mm. Зърната оливин в паласитите са ръбести или закръглени, с размери 5 - 10 mm.

Само върху желязо ли може да има видманщетенови фигури ?

Интересен пример за (подобни на) видманщетенови фигури върху неметален образец намерих в работата: Anders Lindskog,"A Russian record of a Middle Ordovician meteorite shower: Extraterrestrial chromite in Volkhovian-Kundan (lower Darriwilian) strata at Lynna River, St.Petersburg region", Dissertations in Geology at Lund University, Master’s thesis, no 287 (2011).

От тази работа е следващата микроскопска снимка на зърно от минерала хромит, по повърхността на което се виждат фигури, подобни на видманщетеновите. Това хромитово зърно с извънземен произход е намерено в проби от средния ордовик (от преди 467±1.6 милиона години) от областта на Санкт-Петербург (Волховский район - Русия):

Вече писах за метеоритите от геологичното минало, от които са се запазили зърна хромит с извънземен произход. Тъй като хромитът е устойчив минерал, той може да се използва като индикатор, насочващ при търсенето на метеорити.

Хромит (Chromite)
  Химична формула: FeCr₂O₄
  Цвят: черен, кафявочерен
  Плътност: 4.5 - 5.09 g/cm³
  Твърдост по Моос: 5.5
  Блясък: метален
  Черта: кафява
  Магнитност: слаба

Начално разпознаване на метеорити

От всички видове метеорити най-често се намират железните и каменните метеорити - обикновени хондрити. Метеоритите имат характерен външен вид, който се получава в резултат от разтопяването на повърхността им (но не вътрешността) при полета с голяма скорост през атмосферата.

По своя състав и строеж метеоритите се отличават от земните скали.
Железните метеорити са изградени от желязо, съдържащо никел (от 4% до над 25%) и притежават едрокристална структура, получена при изключително бавно охлаждане.
Каменните метеорити - обикновени хондрити съдържат в основната си каменна маса железни зърна, а също и малки сферични образувания, наречени хондри.

Има много описания на метеорити и тестове за разпознаването им, но те често са сложни за използване. Оформих една минимална последователност от правила за разпознаване на железните и най-често срещаните каменни метеорити. Правилата са следните.

Типичният железен метеорит:

1. Отвън е черен или ръждив.

2. Силно се лепи към магнит.

3. Отвътре представлява плътен сребрист метал (FeNi).

4. По повърхността си има едри, плитки, овални вдлъбнатини (наречени регмаглипти).

   Широчината на тези вдлъбнатини (регмаглипти) е такава, че на една страна на метеорита могат да се наредят в редица примерно 10 от тях.

Типичният каменен метеорит:

1. Отвън е черен или кафяв. 

2. Отвътре представлява камък, съдържащ сребристи метални частици и/или ръждиви петна.  

3. Обвит е от всички страни с тънка кора, по-тъмна в сравнение с вътрешността (разтопявана кора).

   Дебелината на тази разтопявана кора е около 1 mm.

Описаните правила служат за първоначално насочване в разпознаването на метеорити. По-нататък може да се наложи да се използват по-сложни методи за изследване, ако трябва да се докаже със сигурност, че това е метеорит.

Освен описаните, най-често срещани железни и каменни метеорити, са намерени и много други видове метеорити, които изглеждат по различен начин, но те се срещат много рядко.
Например:
Seymchan (Pallasite, PMG)
Cachari (Eucrite-mmict)

Земно и метеоритно желязо

Самородното желязо присъства често в състава на метеоритите.
Характерно за метеоритното желязо е значителното съдържание на никел.
В много случаи това позволява да бъде разпознат един метеорит.
Разпознаването се усложнява от това, че, макар и рядко, самородното желязо се среща и в земните скали. Намират се и много продукти от техническата дейност на човека, съдържащи желязо.

Тест за никел

За бързо разпознаване на метеорити в практиката се използва химически тест за никел, основан на следната реакция.

Откриване на Ni⁺⁺ йони (реакция на Л.А.Чугаев):

• капка разтвор на никелова сол
• 3-6 капки амонячен разтвор
• 2-3 капки спиртен разтвор на диметилглиоксим
• образува се ярко оцветена розово-червена утайка от вътрешнокомплексната сол диметилглиоксимат на никела:

 

 
Реакцията се провежда при pH=8 (слаб амонячен разтвор).
Откриваем минимум: 0,16μg. Гранична концентрация: 1:3.10⁵.
Присъствието на Fe⁺⁺ също води до червено оцветяване. Cu⁺⁺ дава кафяво-червено оцветяване.

Необходимо е да се окисли Fe⁺⁺ до Fe⁺⁺⁺ с водороден прекис или HNO₃ и да се преведе Fe⁺⁺⁺ в комплекс с винена киселина или сегнетова сол.В присъствие на Fe⁺⁺⁺ се добавя сегнетова сол или натриев флуорид и вместо воден разтвор на амоняк се използва сода каустик.
Чувствителността на реакцията се повишава значително в присъствието на окислители: бром, йод и др.

Изследване на находки

Следващите снимки на железни и железокаменни находки от района на Разград получих от Генчо Димитров.

На тази снимка се вижда как той е приложил химическия тест за никел върху разрязаната повърхност, на която се открива метал:

Ясното малиново-червено оцветяване може да се счита за положителен резултат от теста - да, има никел. В някои случаи това е свидетелство (но все пак не достатъчно доказателство) за метеоритния произход на находката.

Шлифованата повърхност на друг образец при увеличение 10 пъти:

Вижда се характерен строеж от ъгловати образувания, потопени в метална матрица. Изглежда интересно.
За сравнение, снимки на някои доказани метеорити:

«Метеоритно желязо, троилит, оливин - метеорит Seymchan»

«Метеоритно желязо - метеорит Barbianello»

Обратни примери - самородно желязо с неметеоритен произход в земни скали:

«Земно самородно желязо в базалтова матрица»

«Сегрегации от капки самородно желязо в земен базалтов образец»

Разпознаване на импактни кратери

Когато бъде открита подозрителна форма на релефа, за която се предполага, че може да представлява метеоритен кратер, най-лесно е да се определят размерите ѝ - диаметър и дълбочина.

Отношението между диаметъра и дълбочината на кратера в някои случаи може да се използва като критерий за импактния му произход.

Импактните кратери са кръгли или елипсовидни, обикновенно твърде плитки. По-големите от тях, с диаметър към 100 метра и повече понякога са запълнени с вода и представляват езера.

Кратер «Ямата»

В България, край град Мартен (област Русе), се намира предполагаем метеоритен кратер, наречен «Ямата». Диаметърът му е към 20m, а дълбочината - около 5m.  Отношението между диаметъра и дълбочината е приблизително 20/5=4.

За да разберем дали тези стойности са "подходящи" за метеоритен кратер, може да ги  сравним със стойностите за някои други известни импактни кратери.

Кратерно поле Kaalijärv

Деветте кратера Kaalijärv, намиращи се на естонския остров Saaremaa (58°24'N, 22°40'E), са образувани от удара на фрагментиран IAB железен метеорит.
Главният кратер е пълен с вода и представлява езеро, а останалите кратери са сухи.
Диаметърът на главния кратер е 110m.
Чрез радиометрично датиране е установено, че тези кратери са образувани през  400-370г.пр.Хр.

Размерите на кратерите Kaalijärv са следните:

Диаметър, m	Дълбочина, m	Диаметър/Дълбочина
110	22	5
39	4	9.8
25-76	3.5	7.1-21.7
33	3.5	9.4
26	0.6	43.3
20	1.25	16
15	1	15
13	0.9	14.4
12	1	12

Кратерно поле Morasko 

Кратерното поле Morasko се намира в Полша (52°29'N, 16°54'E). Кратерите са образувани от падането на метеоритен дъжд приблизително преди 3500 до 5000 години.

Метеоритът Morasko е железен, тип октаедрит (IAB група).

Размерите на кратерите Morasko са следните:

Диаметър, m	Дълбочина, m	Диаметър/Дълбочина
100	13	7.7
63	5	12.6
50	10	5
45	4.5	10
35	4.5	7.8
25	4	6.3
24	2.5	9.6
15	1.5	10

Изводи

При кратерните полета Kaalijärv и Morasko малките кратери с диаметър 10-20 метра са  твърде плитки - с дълбочина едва около един метър. Кратерът "Ямата" има близък диаметър, но е значително по-дълбок.