Inkluze minerálů v australsko-asijských tektitech typu Muong Nong z Laosu

R. Skála1, Š. Křížová1, M. Klementová2, L. Palatinus2

1Geologický ústav AVČR, v. v. i., Rozvojová 269, 16500 Praha 6 – Lysolaje

2Fyzikální ústav AVČR, v. v., i., Na Slovance 2, 18200 Praha 8

skala@gli.cas.cz


Tektity (z řeckého τηκτόσ = tavený) jsou přírodní skla vyskytující se v relativně plošně rozsáhlých geograficky vymezených oblastech, tzv. pádových polích. Aktuálně je v literatuře [1] uváděno 5 takových pádových polí, přičemž jejich stáří se pohybuje mezi 35 milióny a 780 tisíci let. Panuje obecná shoda, že tato skla jsou produktem hypervelocitních dopadů extraterestrických těles do pozemských sedimentárních nebo zvětralinových povrchových sekvencí [2,3]. Podle vnějšího vzhledu a vnitřní stavby se tektity tradičně dělí na tzv. tvarované (angl. splashform), ablatované (angl. ablated/aerodynamically shaped) a tektity typu Muong Nong (někdy označované rovněž jako vrstevnaté, níže zkráceno jako MNT). Název posledního typu je odvozen od jména městečka Muong Nong (někdy uváděno jako Muang Nong) v provincii Savannakhet v jižním Laosu, přibližně 15 km záp. od hranice s Vietnamem, odkud byly tyto tektity poprvé popsány [4]. Tektity s velikostí do cca 2 mm v průměru se označují jako mikrotektity a obyčejně jde o tektity tvarované. Kromě jejich charakteristického výskytu v pádových polích jsou dalšími výraznými znaky tektitů např. vysoký obsah SiO2 (s výjimkou některých mikrotektitů obyčejně nad 70 hm.%), absence nebo jen extrémně nízký obsah krystalických fází, nízký obsah meteoritové komponenty, obsah vody maximálně v nižších stovkách ppm, a přítomnost částic křemenného skla – lechatelieritu.

V průběhu chemického a strukturně-texturního studia MNT pocházejících z lokality cca 10 km sev. od města Muong Nong prováděného pomocí optické mikroskopie, SEM, EPMA a Ramanovy spektrometrie byly ve sklovitém materiálu nalezeny (1) drobné, do cca 10 µm v průměru velké, globulární útvary dominantně složené ze sulfidů Fe, Ni a Cu; (2) nepravidelně omezené do cca 500 × 300 µm velké, silně napěněné domény složené z hmot SiO2: nízkého křemene, coesitu (vysokotlaký polymorf) a křemičitého skla – lechatelieritu a (3) nepravidelná granulární zrna budovaná zirkonem a ZrO2 (Obr. 1). Sulfidické inkluze jsou přitom dvou typů: (A) s doménami Fe- a (Fe,Ni)-sulfidů a nepravidelným okrajem lemovaným silikátem Mg a Fe, stechiometrií odpovídajícím minerálu ze skupiny pyroxenů a (B) s drobnými „červíky“ sulfidu Fe a Ni v základní hmotě tvořené FeS.

 

 

Obr. 1. Inkluze složené převážně ze sulfidů Fe a Ni (a,b), zirkonu (c), a hmot SiO2 (d) ve zpětně odražených elektronech.

 

Z inkluzí byly následně technikou SEM-FIB připraveny tenké lamely, které byly studovány metodami transmisní elektronové mikroskopie (TEM: TEM s vysokým rozlišením (HRTEM), elektronovou difrakcí (SAED a 3D ED) pro určení struktury, mapováním fází a jejich krystalografické orientace pomocí ED(ACOM) a energiově disperzní spektroskopií (EDS) pro zjištění prvkového složení.

Sulfidické inkluze typu (A) mají komplexní mineralogii. Jako hlavní konstituenty byly identifikovány pentlandit a pyrrhotin (Obr. 2). Pyrrhotin byl nalezen jako 4C polytyp. Pro tento typ inkluzí je typický lem minerálu ze skupiny pyroxenů o tloušťce 100–150 nm. Empirický vzorec fáze odpovídá M2(Mg0,97Ca0,03Fe0,01)M1(Fe0,93Al0,05Mn0,02)T(Si0,96Al0,04)2O6. Strukturně se podařilo v různých oblastech lemu určit fázi jak monoklinickou (P21/c) tak ortorombickou (Pbca). Jde tak o vysoce železnatý klinoenstatit resp. enstatit. Mezi lemem a sulfidickou fází inkluze bývá přítomna rovněž vrstva chalkopyritu do cca 100 nm silná a vzácně domény hercynitu (Obr. 3). Dalším ze spinelidů je magnetit v podobě domén o velikosti do 500 nm uzavřených v pentlanditu. Hercynit obsahuje navíc nízké koncentrace Ti, Cr a Zn a magnetit chrómu.

Obr. 3. Detail lemu sulfidické inkluze typu (A) budovaný klinopyroxenem (Cen), chalkopyritem (Ccp) a hercynitem (Hc). Sulfidická fáze odpovídá pentlanditu (Pn). Fázová mapa (ACOM) a prvkové mapy (EDS).

 

Hlavní součástí sulfidických inkluzí typu (B) je pyrrhotin. Dalšími sulfidy zjištěnými v těchto inkluzích jsou pentlandit a chalkopyrit. Mimo sulfidických minerálů je v inkluzích přítomen rovněž magnetit (Obr. 4). Ten je na rozdíl od inkluzí typu A čistý a neobsahuje příměsi žádných dalších prvků. Dále se v těchto inkluzích nachází také ryzí měď.

Obr. 4. Koexistující pyrrhotin (Pyh) a magnetit (Mag) v sulfidické inkluzi typu (B).

 

Inkluze tvořené polymorfy SiO2 a sklovitou fází o stejném složení jsou výrazně větší než inkluze sulfidické. Byla v nich jednoznačně potvrzena přítomnost křemene, coesitu a skelné fáze. Krystalické fáze se vyskytují v podobě agregátu drobnějších zrn, kdy i v těchto jednotlivých zrnech existují domény vykazující vzájemně odlišnou orientaci. V coesitu bylo zjištěno polysyntetické dvojčatění (Obr. 5).

Obr. 5. Lamela zastihující rozhraní mezi křemenem a oblastí obsahující vedle křemene (Qz) coesit (Coe) a skelnou fázi. Fázová mapa a mapy krystalografické orientace v jednotlivých fázích (Qz a Coe).

V granulárních inkluzích zirkonu se vyskytují domény baddeleyitu o velikosti do cca 250 nm. Zatímco zirkon v jednotlivých granulích se zdá mít jednu krystalografickou orientaci, domény m-ZrO2 jsou složeny z menších navzájem disorientovaných oblastí, z nichž některé dokonce vykazují polysyntetické dvojčatění (Obr. 6). Jednotlivé granule zirkonu buď navzájem přiléhají anebo jsou odděleny amorfní hmotou o složení SiO2.

Obr. 6. Granulární inkluze složená ze zrn zirkonu (Zrn) s drobnými doménami baddeleyitu (Bdy), vykazujícími lokálně polysyntetické dvojčatění. Fázová mapa a mapy krystalografické orientace v jednotlivých fázích (Bdy a Zrn).

Prezentovaný výzkum představuje vůbec první detailní strukturní studium sulfidických inkluzí v tektitech typu Muong Nong. V minulosti byly z australsko-asijských tvarovaných tektitů z ostrova Luzon (Filipíny) a lokality Dalat ve Vietnamu popsány tzv. „kovové sférule“ [5,6]. Jednalo se o kulovité objekty řádově větších rozměrů než zde popisované inkluze (až 500 µm v průměru). Jejich složení bylo stanoveno pomocí EPMA a fázová identifikace provedena práškovou rtg. difrakcí. Fázové složení zahrnovalo železo (α-Fe, „kamacit“), schreibersit a troilit. S ohledem na tuto fázovou asociaci byly tyto sférule jistý čas považovány za příměs mimozemské hmoty v tektitech a brány jako podpora pro jejich původ v průběhu impaktních událostí a nikoliv třeba vulkanismu. Nicméně identifikace troilitu je v tomto případě nejistá s ohledem na použití práškové difrakce v kombinaci s dostupným celkovým množstvím vzorku a obsahem sulfidu v něm, které ve výsledku vedlo k pozorování pouze 4 difrakčních maxim odpovídajících případnému troilitu, a může se v podstatě jednat o jakýkoliv polytyp Fe1–xS. Stejně tak ke zpochybnění kosmického původu sférulí popsaných v [5,6] vedl nízký obsah Ni v železe [7,8]. Přítomnost popisovaných sulfidických inkluzí se také nezdá odpovídat příměsi extraterestrické hmoty ve studovaných tektitech, naopak poskytuje podporu pro zahrnutí (ultra)bazických magmatických hornin nebo jejich zvětralin do tektitové taveniny na základě jejich podobnosti s inkluzemi sulfidů z pozemských magmatických hornin [např. 9,10].

Mikrostruktury pozorované zde v inkluzi zirkonu jsou analogické materiálu zdokumentovanému z trinititů (skel vzniklých při prvním nukleárním testu v Novém Mexiku v r. 1945) [11]. Inkluze křemene s coesitem a lechatelieritem potom vykazují značnou podobnost s SiO2-bohatými vzorky z vrstvy podmořských sedimentů o stejném stáří jako australsko-asijské tektity [12]. Na základě těchto podobností je možno odhadnout minimální tlaky a teploty, za nichž tektity vznikaly jako 30 GPa a 1500 °C.

Tento výzkum byl realizován v rámci projektu GAČR 22-28249S a je součástí výzkumného plánu RVO 67985831 Geologického ústavu AVČR. Příprava a charakterizace vzorků pomocí FIB-SEM a TEM byla podpořena v rámci projektu výzkumné infrastruktury CzechNanoLab financovaným MŠMT ČR (LM2023051).

1. P. Rochette, P. Beck, M. Bizzarro et al., Commun. Earth Environ., 2, (2021), 94.

2. C. Koeberl in Large Meteorite Impacts and Planetary Evolution, edited by B.O. Dressler, R.A.F. Grieve & V.L. Sharpton, Geological Society of America Special Paper, 293, (1994), pp. 133-151.

3. C. Koeberl in Treatise on Geochemistry (Second Edition), edited by H. D. Holland & K. K. Turekian (Elsevier), 2014, pp. 133-151.

4. A. Lacroix, Compt. Rend. Acad. Sci. Paris, 200, (1935), 2129.

5. E. C. T. Chao, I. Adler, E. J. Dwornik, J. Littler, Science, 135, (1962), 97.

6. E. C. T. Chao, E. J. Dwornik, J. Littler, Geochim. Cosmochim. Acta, 28, (1964), 971.

7. R. Ganapathy, J. W. Larimer, Earth Planet. Sci. Letters, 65, (1983), 225.

8. J. A. O’Keefe, J. Non-Crystalline Solids, 67, (1984), 371.

9. M. Zelenski, V. S. Kamenetsky, N. Nekrylov et al., Lithos, 318–319, (2018), 14.

10. A. A. Georgatou, M. Chiaradi, Solid Earth, 11, (2020), 1.

11. A. J. Lussier, S. Rouvimov, P. C. Burns, A. Simonetti, American Mineralogist, 102, (2017), 445.

12. F. Campanale, E. Mugnaioli, L. Folco et al., Geochim. Cosmochim. Acta, 264, (2019), 105.