(MIS-5 и MIS-7), имеющим возраст 100–130 т.л. и 180–250 тысяч лет соот- ветственно.
2. Данные каппаметрии позволяют численно сопоставить скорости осад- конакопления в изученных лессовых разрезах.
Исследование выполнено при поддержке РФФИ, грант 18-00-00470.
Литература
1. Панин А. В.Методы палеогеографических исследований: Четвертичная геохроно- логия. Учебное пособие. – М.: Географический факультет МГУ, 2014. – 116 с.
2. Методы палеогеографических реконструкций: Методическое пособие / Коллектив авторов: Блюм Н. С., Болиховская Н. С., Глушанкова Н. И., Каплин П. А., Клювит- кина Т. С., Маркова А. К., Николаев С. Д., Новичкова Е. А., Полякова Е. И., Поро- тов А. В., Свиточ А. А., Судакова Н. Г., Талденкова Е. Е., Фаустов С. С., Янина Т.
А. / Под редакцией П. А. Каплина, Т. А. Яниной. – М.: Географический факультет МГУ, 2010 – 430 с.
3. Feng Z, Ran M, Yang Q, Zhai X, Wang W, Zhang X, Huang C (2011) Stratigraphies and chronologies of late quaternary loess–paleosol sequences in the core area of the central Asian arid zone. Quat Int 240(1):156–166
4. Forster T, Heller F (1994) Paleomagnetism of loess deposits from the Tajik depression (Central Asia). Earth Planet Sci Lett 128:501–512.
5. Guanhua Li, Dunsheng Xia, Erwin Appel, Youjun Wang, Jia Jia and Xiaoqiang Yang. A paleomagnetic record in loess– paleosol sequences since late Pleistocene in the arid Cen- tral Asia. 2018.
6. Karmanov V. N. Zaretskaya N. E., Panin A. V., Chernov A. V. Reconstruction of local environments of ancient population in a changeable river valley landscape (the Middle Vychegda River, Northern Russia) // Geochronometria. 2011.
7. Li G, Rao Z, Duan Y, Xia D, Wang L, Madsen D, Jia J, Wei H, Qiang M, Chen J, Chen F (2016) Paleoenvironmental changes recorded in a luminescence dated loess/paleosol se- quence from the Tianshan. Mountains, arid central Asia, since the penultimate glaciation.
Earth Planet Sci Lett 448:1–12.
Металлической железо в земных и лунных базальтовых
Итак, полученные ранее результаты показывают, что на Земле средний размер частиц железа D (и теллурического, и космического) (~ 21 мкм) и ос- новная мода их размера (10–20 мкм) постоянны в пространстве и времени и не зависят от возраста пород, по крайней мере, от современных до нижнепро- терозойских. Несколько заниженное значение среднего размера частиц в об- разце нижнепротерозойского базальта (17, 3 мкм) связано, по-видимому, с малым (порядка 1%) содержанием зерен рудных минералов (в шлифе этого образца было обнаружено всего 14 единичных зерен неправильной формы с размерами от 8,1 до 33,9 мкм).
Таблица 1. Средний размер частиц железа для разных возрастов земных пород (дан- ные МЗА).
Породы Возраст, млн лет D, мкм
Океанские поздне-кайнозойские базальты 1–2 20,6
Сибирские пермо-триасовые траппы ~250 21,3
Осадки Крыма и Кавказа 145–200 21,0
Рис. 1. Зависимость среднего размера частиц железа от возраста различных земных пород. По оси абсцисс – примерный возраст пород в млн лет, цифры над столбиками – средний размер частиц железа в мкм (три левых столбика – по данным табл. 1, три правых – по предварительным неопубликованным данным Кулаковой Е.П.)
Такое постоянство среднего размера частиц металлического железа и сходство гистограмм распределения числа частиц по размеру в разных поро- дах разного возраста должно быть связано с определяющими действием ка- кого-то глобального постоянного фактора при осаждении частиц железа в воде (для осадков) и в жидкой лаве (для базальтов и траппов). Очевидно, что таким глобальным фактором может быть гравитация (ускорение свободного падения g). Остальные факторы, такие как вязкость, температура, тепловой поток, плотность лавы, окислительно-восстановительный потенциал и др.
действуют, скорее всего, локально и приведут лишь только к росту разброса размеров частиц.
Следовательно, если средний размер частиц железа (и не только железа) определяется величиной ускорения свободного падения (g), то в соответ- ствии с законом Стокса для оседания тяжелых частиц в жидкой среде [4] раз- ница между скоростями оседания в лаве крупных и мелких частиц будет про- порциональна величине g, т.е. при большой величине g более крупные части- цы должны оседать заметно быстрее мелких частиц, а в случае малой вели-
20,6 21,3 21 22,2 21,4
17,3
1,50 250,00 145,00 389,00 410,00 2050,00
чины g разница скоростей оседания крупных и мелких частиц будет меньше, чем в случае большой g. Поэтому статистически для разных g и при прочих равных условиях средний размер частиц будет увеличиваться с уменьшением g. Предположим, снова в соответствии с законом Стокса, что D ~ С/g1/2, где С – константа. Тогда уменьшение g, например, в 4 раза должно привести к уве- личению D примерно в 2 раза и, соответственно, наоборот.
N
а) б)
N N
в) г)
Рис. 2. Распределение числа частиц (N) самородного железа по размеру (в мкм) в осадках (а), гипербазитах (б), траппах (в) и в океанских базальтах (г). (Черные столби- ки – чистое железо, серые столбики – железо с примесью никеля [2].
Нам остается только найти образцы горных пород с таких космических объектов, на которых ускорение свободного падения существенно отличается от земного, определить средний размер частиц в этих образцах и сравнить его со средним размером частиц в земных породах. Таким объектом, к сожале- нию, пока единственным является Луна, где gз = 1,62 м/с2 (на Земле gз = 9,807 м/с2), и нам доступны образцы базальтов, отобранные во время миссий
«Аполлонов 11–17», вернее доступны опубликованные результаты изучения лунных базальтов [5], где помимо краткого описания каждого образца ба- зальта, приведены микрофотографии шлифов в отраженном и/или проходя-
щем свете (к сожалению, нет результатов наблюдений рудных зерен на мик- розонде, поэтому нет точной диагностики интересующих нас частиц железа).
Определение средних размеров частиц железа в лунных базальтах мы начали с отбора наиболее пригодных для решения этой задачи образцов, опи- санных в работе [5]. Во-первых, выбирались те образцы, у которых имелись результаты определения радиологического возраста, во-вторых, предпочте- ние отдавалось фотографиям в отраженном свете, когда видны все рудные зерна от серых до ярко белых тонов (последние, вероятно, относятся к зернам металлического железа), в-третьих, исключались образцы с краев потоков (наличие зоны обжига, большая роль стекла).
По отобранным фотографиям проводилось измерение размеров зерен рудных минералов, при этом выбирались близкие к изометричным и менее остроугольные зерна размером от 4–5 мкм до 100–120 мкм. Естественно, в наш набор измеренных зерен могут попасть не только железо, но и ильменит, хромит и другие рудные минералы. Но для решения нашей задачи на первом этапе это не очень важно, т.к. перечисленные рудные минералы тяжелее ла- вы. Небольшие вторичные изменения зерна для нашей задачи также не име- ют значения – лишь бы можно было уверенно видеть контуры зерна. В даль- нейшем измеряемый набор всех рудных зерен будем называть одним словом:
«железо».
Результаты измерений и вычислений средних размеров D сведены в табл.
2, куда вошли только те образцы, для которых в сводке [5] был приведен ра- диологический возраст и четко указан масштаб фотографии.
Таблица 2. Средний размер частиц «железа» (D) и возраст базальтов.
Образец «Аполлон» Петрографический тип Режим N D Возраст
10003 А-11 ил. пир. базальт свет 136 40,6 3,91
10017 А-11 ил. пир пуз. базальт отр. 26 39,6 3,58
10045 А-11 ил. ол.-пир. пуз. базальт отр. 13 36,3 3,75
12022 А-12 ил.пир. базальт отр. 13 40,1 3,18
12038+12039 А-12 офит. полшпат. базальт отр. 19 40,3 3,24 14073+14076 А-14 KREEP базальт (пирокс.) свет 229 27,8 3,88
14078 А-14 КREEP субофит. базальт отр. 27 26,3 3,89
15016 А-15 пуз. ол. базальт свет 56 37,8 3,33
15603 А-15 ол. базальт свет 84 41,14 3,27
15674 А-15 ол. базальт свет 48 37,5 3,37
70215 А-17 морской базальт отр. 22 36,5 3,7
75055 А-17 ил. базальт отр. 5 30 3,83
78585 А-17 витрофировый базальт отр. 98 26,8 3,72
Примечание: образец – номер образца лунного базальта; Аполлон – номер рейса Аполлона; ил. – ильменит, пир. – пироксен, ол. – оливин, пуз. – пузыристый, офит. – офитовый, полшпат – полевошпатовый, KREEP – калий, редкоземельные элементы,
фосфор; режим отр. – фото шлифа в отраженном свете, режим свет – фото шлифа в проходящем свете; N – число измеренных зерен «железа»; D – средний размер изме- ренных зерен «железа» в мкм; возраст – радиологический возраст образца базальта (миллиардов лет тому назад).
Более наглядная картина результатов измерения D в лунных базальтах представлена на рис. 3, который, несмотря на заметный разброс, демонстри- рует явную зависимость D от возраста базальта. Видно, что за интервал вре- мени от 3,9 до 3,2 Ва D вырос примерно в 1,6 раза
.
Вспомним, что ничего подобного не было обнаружено для земных пород, в которых D постоянен в пространстве и времени вследствие постоянного и глобального действия земной гравитации.Что произошло на Луне за время от 3,2 до 3,9 Ва? Определенно ответить на этот вопрос, очевидно, пока нельзя. Для этого необходимы дополнитель- ные исследования. Но некоторые предположения можно выдвинуть уже сей- час.
Во-первых, среди исследованных нами образцов лунных базальтов есть образцы с близкими D и возрастом из разных рейсов «Аполлона», т.е. из раз- ных регионов Луны, например, (см. табл. 2) образцы 12022 (А-12), 15603 (А- 15) или 14073 (А-14) и 75055 (А-17).
Рис. 3. Зависимость среднего размера зерен «железа» D в лунных базальтах от возраста базальтов. Ва – возраст, миллиардов лет тому назад. Полые значки – фото шлифа в проходящем свете; залитые значки – фото шлифа в отраженном свете.
Во-вторых, разнообразие петрографических типов лунных базальтов (табл.2) не сказывается на закономерной зависимости среднего размера зерен
«железа» от возраста базальтов (рис. 3). Например, преобладание среди изме- ренных рудных зерен более легкого, чем железо, ильменита должно вести к укрупнению среднего размера зерен, однако среди ильменитовых базальтов есть образцы и с высокими (D~40 мкм, образцы 10003, 10017) и низкими (D = 30мкм образец 75055) средними размерами зерен «железа». Подобная ситуация наблюдается и для «безильменитовых» образцов: высокие средние размеры (D~40 мкм) у образцов 12038, 15603, низкие средние размеры (D~27 мкм) у образцов 14073, 14078.
Выше сказанное говорит о глобальном характере зависимости среднего размера зерен «железа» от возраста лунных базальтов. А это, в свою очередь, позволяет сделать предположение, что увеличение D в лунных базальтах со временем связано с уменьшением в этот же интервал времени ускорения сво- бодного падения на поверхности Луны. Разумеется, такое достаточно силь- ное предположение требует такого же достаточно веского основания. Пока таких оснований нет, но есть надежда, что дальнейшие исследования их предоставят. Учитывая, что на Луне молодых базальтов нет, следует изучить земные базальты сходного возраста с лунными, т.е. с возрастом 3–4 Ва. Для этого нужны только образцы земных базальтов архейского возраста с извест- ным радиологическим возрастом и данные МЗА этих образцов для однознач- ного выбора зерен металлического железа.
Литература
1. Печерский Д.М. Самородное железо и другие магнитные минералы в осадках: тер- момагнитные признаки космического происхождения. 2012. Saarbrücken: Palmarium Academic Publishing. 107 с.
2. Печерский Д.М. Распределение частиц самородного железа и Fe-Ni сплавов на пла- нетах. 2015. Saarbrücken: Palmarium Academic Publishing. 56 с.
3. Печерский Д.М., Кузина Д.М. Частицы безникелевого железа в осадках. 2015. Фи- зика Земли. № 6. С. 103–115.
4. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа, 3 изд., М., 1970. 92 с.
5. Kramer F.E., Twedell D.B. and Walton W.J.A. 1977. Apollo 11 Lunar Sample Infor- mation Catalogue (revised). Curator’s Office, JSC 12522.
6. Nagata T., Ishikawa Y., Kinoshita H. Magnetic properties of Lunar samples. Science.
1970. V. 167. P. 703–706.
7. Nagata N., Sugiura N., Fisher R.M., Schwerer F.C., Fuller M.D., Dunn J.R. Magnetic properties of Apollo 11–17 lunar materials with special reference to effects of meteorite impact. Proceedings of the Fifth Lunar conference. 1974. Vol. 3, pp. 2827–2839.