Петрофульгуриты: электроатмогенная дифференциация вещества

Фульгуриты — геологические тела, образующиеся в результате ударов молний в сухие горные породы [3], классифицируются по характеру мишени на три типа: кластофульгуриты (алев-ро- или псаммито-), петрофульгуриты и фитофульгуриты [5]. Обычно внимание исследователей привлекают клас-тофульгуриты, имеющие эффектную трубчатую или близкую к ней форму и легко извлекаемые из рыхлых вмещающих пород. Петрофульгуриты, являющиеся следствием разряда молний на обнаженную скальную поверхность твердых горных пород и встречающиеся на их поверхности в виде корок или сферических стекольных капель, охарактеризованы значительно слабее [1].

В этой статье приводятся результаты изучения образцов фульгурита из окрестностей г. Норильска, переданного вместе с образцом исходного габ-бро-долерита в Геологический музей им. А. А. Чернова Института геологии Коми НЦ УрО РАН к. г.-м. н. Е. В. Коло-ниченко. Это пример типичного петро-фульгурита, связанного in situ с материнской породой.

Скопление петрофульгуритов обнаружено на окраине города на одной из сопок между двумя опорами высоковольтной линии. Под ней на земле остались вытянутый параллельно ЛЭП обрывок старого провода и бухта алюминиевого провода, которые и испытали удары молний. Алюминиевая бухта частично переплавилась, из-под нее вы- тек «язык» металла, застывший в виде лепешки. Вокруг обрывка провода образовались несколько неглубоких кратеров и ореол фульгуритовых корок, покрывающих габбро-долерит, каплевидные образования и шарики (рис. 1, а, б), представленные черным стеклом с коричневато-бурым оттенком в тонких, просвечивающихся осколках.

Породой мишени, как уже отмечалось, оказался мелкокристаллический габбро-долерит зубовского комплекса возрастом около 245 млн лет. Текстура его мaссивная, структура офитовая с элементами пойкилитовой (рис. 2). Минеральный состав породы: плагиоклаз основного состава (лабрадор и анортит?) — 40 %, минералы группы эпидота (цоизит, клиноцоизит) — 50 %, эпидот, рудный непрозрачный минерал (магнетит) — 3—5 %. Эпидот и цоизит, образовавшиеся в основном при изменении пироксенов, плагиоклазов, амфиболов, относятся ко вторичным минералам. Выявлены две генерации плагиоклаза: ранняя (анортит или битовнит),

аб

Рис. 1. Корки петрофульгурита (а), капли и шарики (б)

к которой относятся индивиды призматической или таблитчатой формы размером 0.8—1.3 мм с полисинтетическими двойниками, и поздняя (лабрадор), составленная короткими (0.1— 0.5 мм) лейстами.

Материал петрофульгурита представлен практически полностью стеклом коричневато-бурого цвета с отчетливой флюидальной текстурой (рис. 3) и высокой пористостью. Поры имеют правильную сферическую форму и разную величину — от видимых простым глазом (около 1 см и даже более) до ультрамикроскопических. По стенкам пор под микроскопом иногда обнаруживаются тонкие оторочки бесцветного пока не определенного минерала с показателем преломления выше канадского бальзама. Встречаются редкие включения магнетита в виде нитевидных и дендритовых образований.

Гомогенность фульгуритового стекла подтверждается и электронно-микроскопическим исследованием нa растровом микроскопе, хотя при больших

Рис. 2. Структура габбро-долерита (николи скрещены)

Рис. 3. Петрофульгуритовое стекло в проходящем свете. Ч 5

увеличениях улавливаются трудно расшифровываемые наноразмерные структурные обособления. На всех масштабных уровнях облик фульгуритово-го стекла определяется нанопористостью (рис. 4).

Реликтовые включения в материале мишени представлены наиболее тугоплавкими минералами: титаномагне-титом с сагенитовой структурой распада, ильменитом. Ряд включений оплавлены и частично перекристаллизованы. К новообразованным можно отнести некоторые включения магнетита, сферические включения железоникелевого сплава, иногда содержащего медь, а также сферические капли вы-

Таблица 1

Состав исходной породы и петрофульгурита по данным приближенно- количественного рентгенофлюоресцентного анализа

Компоненты	Содержание компонентов, %
	Габбро-долерит	Фульгурит, корки	Фульгурит, капли
SiO 2	51.2	54.8	54.7
TiO 2	1.7	2.0	2.1
Al2O3	16.8	14.3	13.9
Fe 2 O 3 общ.	16.0	14.6	15.7
MnO	0.2	0.2	0.2
MgO	4.9	5.3	4.6
CaO	8.3	7.8	7.9
K 2 O	0.6	0.8	0.8
P 2 O 5	0.2	0.09	0.1
SrO	0.04	0.04	0.03
ZrO 2	0.02	0.02	0.03
Сумма	100.00	100.00	100.00

Примечание. Без учета потерь при прокаливании и Na 2 O. Аналитик С. Т. Неверов

сококремнеземистого (почти до чистого кремнезема) стекла.

Особый интерес вызывают изменения геохимического баланса компонентов в процессе электроатмогенно-го разрушения исходной породы и формирования петрофульгурита. Об этом можно судить по результатам рентгенофлюоресцентного (ИГ Коми НЦ УрО РАН) и нейтронно-активационного (ГЕОХИ РАН) анализов габбро-до-лерита мишени, корок и капель фульгурита (табл. 1, 2; рис. 5).

Сравнительный анализ химических составов показывает, что содержание элементов в исходном габбро-долери-те и продуктах его электроатмогенного преобразования в целом различается незначительно, что отмечалось и ранее [1], но определенные тенденции в дифференциации вещества проявляются. Так, в фульгурите по сравнению с габ-бро-долеритом уменьшается содержание Al2O3, Fe2O3, CaO, P2O5, но увеличивается концентрация SiO2, TiO2. Из примесных элементов в фульгурите незначительно накапливаются элементы-гидролизаты La, Ce, Nd, Zr, а также Br. Выносятся Ba, As, Sb, Cr, Ni. Разная тенденция характерна для Sr, Eu, Se, Th и U. Так, стронций и европий аккумулируются в массивном фульгурите, но выносятся из капель стекла. Селен, торий и уран также накапливаются в фульгурите, но содержания их в стекле остаются практически без изменения. Наконец, количество цезия резко возрастает в стекле (что, кстати, свойственно и вулканическим стеклам).

Я. Э. Юдович и М. П. Кетрис по нашей просьбе исследовали поведение редких земель при фульгуритизации. Они вычислили коэффициенты аномальности для церия и европия, определяемые как отношение нормированных по хондриту содержаний CeN и EuN к их «теоретическим» интерполированным содержаниям Ce*N и Eu*N : A(Ce) = CeN /CeN*, A(Eu) = EuN/Eu*N. Величины Ce*N и Eu*N рассчитывались по формулам интерполяции: Ce*N= 2/3LaN + 1/3NdN; Eu*N = 2/3 SmN + 1/3TbN.

а

б

г

д

е

Рис. 4. Структура петрофульгуритового стекла и включения в нем по данным сканирующей электронной микроскопии: а — общий вид; б — сагенитовая решетка распада во включении титаномагнетита; в — дендриты титаномагнетита и игольчатые кристаллы магнетита; г — сферическое зерно сплава железа с никелем и медью; д — высококремнеземистые образования в стекле; е — наноразмерные структуры неустановленного состава

Анализ показал, что цифры аномалии церия А(Се) = СeN/CeN* образуют ряд:

1.56 (исходная порода) ⇒ ⇒ 0.55 (фульгурит) ⇒ 0.60 (стекло), т. е. термально-ударное изменение габ-бро-долерита превращает «положи- тельную» аномалию церия в «отрица- пределение самого европия: прирост

Рис. 5. Спектры редкоземельных элементов

1 — исходный габбро-долерит; 2 — фульгурит; 3 — капля фульгуритового стекла

Цифры аномалии европия A(Eu) = Eu/EuN/Eu*N образуют ряд:

0.78 (исходная порода) ⇒

⇒ 0.89 (фульгурит) ⇒ 0.32 (стекло).

Поведение европиевой аномалии повторяет дифференцированное рас- вождается увеличением аномалии, а убывание содержания Eu в стекле — уменьшением аномалии, она становится более ярко выраженной «отрицательной».

Установленные мною тенденции изменения состава норильского габбро-диорита в результате атмосферных электроразрядов на его поверхность характеризуются мгновенным локальным воздействием сверхвысоких температур и давлений [6], связаны с прохождением мишенью газовой стадии и объясняются дегазацией, последовательно-избирательным плавлением породы и несколько различающимися условиями застывания расплава стекол на скальной поверхности и в разбрасываемых каплях. Процессы фульгурито-образования сопровождаются восстановлением всех фаз до предельного состояния. Подобные явления характерны и для других импактных процессов [2—5].

Выражаю глубокую благодарность Я. Э. Юдовичу, М. П. Кетрис, В. П. Лютоеву, В. Н. Филиппову, А. Н. Шулеповой за обсуждение результа-

Таблица 2

Результаты нейтронного активационного анализа габбро-долерита и фульгурита

Образец	Содержание элементов, ppm
	La	Ce	Pr	Nd	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu
Габбро-долерит	8.43	21.0	3.02	14.6	4.82	1.4	6.13	0.95	5.42	1.2	3.27	0.47	2.54	0.42
Фульгурит, корки	17.7	35.6	4.48	19.9	5.35	1.71	6.23	0.93	5.21	1.14	3.01	0.44	2.13	0.36
Фульгурит, капли	14.6	32.1	4.0	18.2	5.05	0.59	6.4	0.96	5.32	1.19	3.08	0.44	2.26	0.37

Продолжение табл. 2

Образец	Содержание элементов, ppm
	Na*	K*	Rb	Cs	Ca*	Sr	Ba	Sc	Cr	Fe*	Cj	Ni
Габбро-долерит	1.51			0.85	4.79	270	985	43.7	149.8	10.3	55.8	280
Фульгурит, корки	1.59				4.23	640	165	41.8	128.2	10.1	48.3
Фульгурит, капли	1.54	4.06	52.2	6.65	5.0	82	580	40.5	117.6	8.63	48.8	200

* Cодержание в процентах.

Окончание табл. 2

Образец	Содержание элементов, ppm
	Se	As	Sb	Th	U	Br	Hf	Ta	Zr	Au	Ag
Габбро-долерит	0.96	6.37	1.07	0.44	2.4	0.73	3.66	0.44	5
Фульгурит, корки	3.52	5.67	0.62	3.1	4.35	1.76	4.25		24	0.041	19.9
Фульгурит, капли		3.82	0.64	0.58	1.96	1.16	2.21		30	0.014

Зес^Аи^ , май, 2009 г., № 5

бе?

тов исследований, их интерпретации, за проведение аналитических работ, а также Е. В. Колониченко за передачу в музей Института геологии Коми НЦ УрО РАН коллекции норильских фульгуритов.

Исследования проводились в рамках программ Президиума РАН «Окружающая среда в условиях изменяющегося климата. Экстремальные природные явления и катастрофы» и «Происхождение биосферы и эволюция геобиологических систем».