Научная группа Института физики высоких давлений им. Л. Ф. Верещагина РАН (ИФВД РАН), Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН (ИГМ СО РАН), Новосибирского государственного университета (НГУ) совместно со специалистами Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) в работе, посвященной изучению состава железных метеоритов, впервые показала, что высокобарическая форма Fe2P-аллабогданит не является, как считалось ранее, индикатором высоких давлений.
Полученные данные помогут специалистам более точно определять природу железных метеоритов. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports, входящем в Nature Publishing Group.
Работа ученых посвящена редким фосфидам железа и никеля, которые имеют важное значение для исследования железных метеоритов. Эти космические тела часто несут следы ударных воздействий в виде деформационных структур и ударно-расплавных жил, но при этом в их составе практически нет минералов высокого давления. 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 1400 °C. Фазой низкого давления считался Fe2P-барринджерит.
«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, – рассказал заместитель директора 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. 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, – пояснила ведущий научный сотрудник ИГМ СО РАН, старший преподаватель НГУ, доктор геолого-минералогических наук, профессор РАН Татьяна Беккер. – А вот в смесях из отдельных компонентов железа, никеля и фосфора нам удалось обнаружить начало реакции с образованием вокруг зерен железа каемок новой фазы».
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, – добавил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Константин Купер. – Мы смотрели, в каких образцах и в каких пропорциях присутствуют аллабогданит и барринджерит и фиксировали их. Таким образом был проведен комплексный анализ, верифицировавший данные».
Главный результат работы – аллабогданит с составом как в метеоритах является фазой атмосферных, а не высоких давлений, как считалось ранее – подтвержден 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, – пояснил 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».
Центр коллективного пользования «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения» ИЯФ СО РАН, на базе которого в том числе было проведено исследование, специализируется на фундаментальных и прикладных работах, связанных с использованием пучков синхротронного и терагерцового излучения, на разработке и создании экспериментальной аппаратуры и оборудования для таких работ, на разработке и создании специализированных источников синхротронного и терагерцового излучения. Ежегодно в Центре работают десятки российских и зарубежных организаций.