Woreczko Meteorites

Jan Woreczko & Wadi
  searchglossary Google (new window)eBay.com (new window)Meteoritical Bulletin Database (new window)Meteoritical Bulletin Database News (new window)

Stopień szokowy S, poziom zszokowania
(Shock stage)  «

 

Stopień szokowy S – petrograficzne oszacowanie opisujące stopień w jakim meteoroid ulegał metamorfizmowi szokowemu. Pewne cechy obserwowane w ziarnach minerałów (głównie oliwinu i plagioklazów) służą do określenia charakteru i wielkości zmian jakim podlegał meteoroid w wyniku wzajemnych zderzeń. Najwyższy stopień zszokowania obserwowany w 25% wskaźnikowych ziarnach służy określeniu stopnia zszokowania. W opisie meteorytu stopień szokowy jest oznaczany literą S i liczbą od 1 do 6. S1 odpowiada brakowi widocznych zmian szokowych, coraz większe liczby wskazują coraz większy poziom zszokowania.

 

W trakcie swojego żywota w przestrzeni kosmicznej ciała macierzyste chondrytów podlegały licznym zderzeniom. Szok spowodowany wybiciem meteoroidu z powierzchni ciała macierzystego wywiera znaczny wpływ na teksturę meteoroidu, w wyższych stopniach metamorfizmu szokowego powstają nowe wysokociśnieniowe fazy mineralne (maskelynit, ringwoodyt, majoryt, perowskit), tworzą się żyły szokowe (shock veins, melt veins) i kieszenie stopu (melt pockets) ze stopionego materiału [Minerały]. Meteoroidy ulegały wielokrotnemu rozbijaniu, lokalnemu stapianiu i ponownej akrecji fragmentów. Analiza obserwacji wskazuje, że zderzenia meteoroidów (planetozymali) odpowiedzialne za obserwowane zmiany szokowe w meteorytach, prawdopodobnie zachodziły pomiędzy ciałami o różnych rozmiarach – na dużą asteroidę spadało mniejsze ciało. Zderzenia dwóch dużych ciał zachodziły stosukowo rzadko, a ponadto ich skutkiem było najczęściej ich rozbicie. Z drugiej strony, kolizja dwóch małych ciał, opadających na siebie pod wpływem grawitacji, nie wywoływała wystarczająco dużych wartości ciśnień i temperatury, potrzebnych do osiągnięcia obserwowanych efektów metamorfizmu szokowego. Często obserwowane zbrekcjowanie chondrytów też nie jest prawdopodobnie wynikiem łączenia się i kumulacji fragmentów małych ciał. Prawdopodobnym scenariuszem jest zatem spadek/kolizja małego asteroidu z dużym ciałem – wyzwolone energie były już wystarczająco duże do wywołania obserwowanych zmian szokowych, powstałe fragmenty ulegało ponownej akrecji na duże ciało, tworząc na jego powierzchni regolit, który w następstwie dalszych kolizji była materiałem tworzącym brekcje.

System klasyfikacji poziomu zszokowania S (stopnia szokowego) Stöffler–Keil–Scott

Pierwszy schemat klasyfikacji stopnia zszokowania dla chondrytów typu L zaproponowali Dodd i Jarosevich w 1979 roku [Dodd+ 1979]. Rozszerzenia tego schematu na wszystkie chondryty zwyczajne i węgliste dokonała w 1991 roku grupa uczonych: D.Stöffler, K.Keil, E.R.D.Scott [Stöffler+ 1991] oraz A.E.Rubin [Rubin+ 1997]. Opracowali oni skalę stopnia zszokowania S opartą na obserwowanych w płytce cienkiej zmianach w kryształach oliwinu i plagioklazu oraz stopniu rozwinięcia żyłek szokowych (shock veins, melt veins) i zbrekcjowania chondrytu. Podstawowym minerałem w ocenie stopnia zszokowania jest oliwin, będący powszechnym minerałem chondrytów zwyczajnych, chondrytów węglistych i ureilitów. Aby włączyć do systemu klasyfikacji chondryty enstatytowe zawierające mało oliwinu, Rubin rozszerzył obserwowane efekty o ubogie w wapń pirokseny, rozszerzono więc minerały wskaźnikowe o ortopirokseny (enstatyt).

  Określanie stopnia szokowego dokonuje się za pomocą mikroskopu polaryzacyjnego przy skrzyżowanych polaryzatorach. Obserwuje się oliwiny i plagioklazy, rzadziej efekty w piroksenach. Najwyższy stopień zszokowania obserwowany w 25% wskaźnikowych ziarnach służy określeniu stopnia zszokowania.

  Obserwowane w chondrytach od stopnia szokowego S3 żyłki szokowe (shock veins), widoczne już gołym okiem na przekrojach meteorytów, jawią się jako sieć drobnych, o różnej grubości włókienek, ciemnej, szklistej substancji wypełniających cały meteoryt, często łączących się w większe twory zwane kieszeniami stopu (melt pockets). Powstały one w wyniku lokalnego stopienia skały na skutek zderzenia i wstrzyknięcia tak powstałego stopu o składzie chondrytowym do powstałych i istniejących szczelin oraz pęknięć. Natomiast szokowe żyłki stopu Fe-Ni spotykanie w chondrytach bogatych w metaliczne żelazo, powstały przy wyższych ciśnieniach (rzędu 25 GPa) i mogą pojawić się dopiero w stopniu szokowym S4. Najciekawsze z naukowego punktu widzenia są meteoryty o najwyższych stopniach szokowych, bo ich bardzo burzliwa historia dostarcza bogatego materiału badawczego.

 

System klasyfikacji poziomu zszokowania S (stopnia szokowego) Stöffler-Keil-Scott

Poziom zszokowania S (shock stage) Cechy charakterystyczne Ciśnienie (shock pressure) [GPa]†
S1 bez zmian szokowych, niezszokowany (unshocked)
W trakcie obracania płytki cienkiej przy skrzyżowanych polaryzatorach (XP) następuje silne wygaszanie światła w oliwinach i plagioklazach (skalenie sodowo-wapniowe). Mogą wystąpić pojedyncze drobne, nieregularne spękania w kryształach oliwinu i plagioklazu, ale są one również obserwowane w skałach ziemskich i nie są związane z czynnikami szokowymi.		 <5
S2 bardzo słabe zmiany szokowe (very weakly shocked)
W kryształach oliwinu, plagioklazu i piroksenu widać w świetle spolaryzowanym niejednorodne wygaszanie w postaci fali ściemniania, tzw. wygaszanie faliste (podobne wygaszanie obserwuje się w ziemskich kwarcach skał magmowych i metamorficznych, ale w przypadku ziemskich kwarców wygaszanie to jest spowodowane przez ciśnienie statyczne, a nie szokowe jak w meteorytach). W kryształach występują planarne i nieregularne spękania, ale w kierunkach innych od naturalnych płaszczyzn łupliwości.		 5–10
S3 słabe zmiany szokowe (weakly shocked)
W oliwinie widać serie planarnych spękań, tzw. lamelek szokowych (shock lamellae), widocznych jako bliskie siebie spękania w kierunkach innych niż płaszczyzny łupliwości, ale zorientowane równolegle do pewnych płaszczyzn w sieci kryształu. Spękania w oliwinie układają się wzdłuż kierunków krystalograficznych {100}, {010}, {001} i spękania szczególnie diagnostyczne w kierunku {130}. W piroksenie najpopularniejsze są kierunki spękań {010} i {001}.
  Występowanie lamelek szokowych jest najważniejszym wskaźnikiem dla stopnia zszokowania S3. Serie takich spękań muszą zawierać co najmniej trzy spękania w serii lub przynajmniej dwie serie równoległych spękań przecinających się wzajemnie. W plagioklazie nie widać takich spękań. Wygaszanie faliste jest nadal widoczne w oliwinie i plagioklazie. Zaczynają się w tym stopniu zszokowania pojawiać drobne, nieprzezroczyste żyłki (shock veins) i kieszenie stopionej materii (melt pockets).		 15–20
S4 umiarkowane zmiany szokowe (moderately shocked)
Do widocznych nadal w tym stopniu szokowym spękań planarnych w oliwinie dołącza jeszcze niezbyt wyraźna struktura mozaikowa (są to różnice kilku stopni łuku w wygaszaniu światła przez poszczególne domeny), pojawienie się tej struktury jest kryterium wskaźnikowym dla stopnia zszokowania S4.
  W ubogich w wapń piroksenach dochodzi do powstawania zbliźniaczeń wzdłuż płaszczyzny krystalograficznej {100}. W plagioklazie nadal widać faliste wygaszanie, ale zaczynają się pojawiać planarne struktury deformacji, częściowo już izotropowe (plagioklazy ulegają częściowej izotropizacji). Jest to objaw początkowego zachodzenia przemiany fazowej oligoklazu (skaleń sodowo-wapniowy) w maskelynit, ale jeszcze bez upłynnienia. Powstałe szkliwo diaplektyczne jest pseudomorfozą po oryginalnym krysztale i nie wykazuje oznak płynięcia (szkliwa diaplektyczne). Nieprzezroczyste żyłki i kieszenie stopu stają się liczniejsze. Już przy ciśnieniu 25–30 GPa są one na tyle powszechne, że mogą się przecinać ze sobą i z pojedynczymi kieszeniami stopu.		 30–35
S5 silne zmiany szokowe (strongly shocked)
Struktura mozaikowa w oliwinie i piroksenach staje się już bardzo wyraźna wraz z widocznymi jeszcze planarnymi spękaniami i oznakami deformacji (gęsta sieć regularnych spękań co 20–30 μm). Skaleń (plagioklaz) w tym stopniu szokowym jest w całości przekształcony już w maskelynit – jest to cecha wskaźnikowa stopnia S5. Żyłki szokowe i kieszenie stopu są bardzo liczne i rozległe, wypełniają już całą przestrzeń meteorytu, wiele z żyłek grubieje oraz przerasta ziarna stopu Fe-Ni i troilitu.		 45–55
S6 bardzo silne zmiany szokowe (very strongly shocked)
W tym stopniu zszokowania ma miejsce rekrystalizacja w stanie stałym, kryształów oliwinu i piroksenu. Krawędzie kryształów oliwinu i piroksenu, przylegających do żyłek i kieszeni stopu, wykazują oznaki przetopienia.
  Część oliwinu przekształca się w ringwoodyt – odmianę oliwinu o tym samym składzie, ale o innej strukturze krystalicznej. Jest to spinelowy polimorf oliwinu, występujący w formie izotropowych purpurowych kryształów o rozmiarach rzędu 100 μm. Drugim pojawiającym się polimorfem oliwinu jest wadsleyit często tworzący naprzemienne lamelki z ringwoodytem.
  W żyłach i kieszeniach stopu obserwuje się szokowy polimorf piroksenu – majoryt, przedstawiciel granatów, tworzący kryształy od 0,5 do 300 μm. Stosunkowo rzadką fazą wysokociśnieniowa jest perowskit (CaTiO3) występujący w żyłach szokowych w formie 2 μm kryształów. Natomiast maskelynit w kieszeniach stopu uległ całkowitemu przetopieniu i przekształceniu w bezpostaciowe szkliwo.		 75–90
  Dla ciśnień powyżej 90 GPa następuje stopienie meteorytu, a powstałe w wyniku impaktu chondryty są prawie zawsze zbrekcjowane (impalct melt). >90

† ciśnienie o wartości 1 GPa odpowiada około 10000 atmosfer

 

 

Schematyczne cechy klasyfikacji stopnia szokowego [Hutchison 2006]

Stopień szokowy Efekty obserwowane w: Efekty lokalne Minimalny wzrost temperatury
oliwinie ubogich w wapń piroksenach plagioklazach
S1 ostre wygaszanie światła; nieregularne spękania brak 10
S2 faliste wygaszanie światła; nieregularne spękania brak 20
S3 planarne spękania   lamelki klinoenstatytu nieprzezroczyste żyły szokowe; czasami kieszenie stopionego materiału 100
faliste  wygaszanie  światła
S4 liczne spękania planarne;
słaba mozaikowatość		 zbliźniaczenia;
słaba mozaikowatość;
spękania planarne		 częściowa izotropizacja nieprzezroczyste żyły i kieszenie szokowe, często przecinające się 300
S5 silna mozaikowatość; liczne struktury planarne; deformacje planarne powstanie maskelynitu wszechobecne żyły i kieszenie szokowe 600
S6 miejscami powstanie ringwoodytu lub topnienie pojawia się majoryt; miejscami stopiony i rekrystalizowany materiał miejscami powstaje szkliwo diaplektyczne (plutoniczne) z topnienia wszechobecne żyły i kieszenie szokowe 1500
stopienie cała skała stopiona; powstaje brekcja z topnienia. Tekstura petrologiczna typu 7 >1500

 

Podsumowanie

  • W wyniku szoku termicznego stop Fe-Ni może ulec podgrzaniu do temperatury 500–800oC (pole α2) w wyniku czego powstaje martensyt, który następnie podczas ochłodzenia ulega odmieszaniu przechodząc w plessyt otoczony czasami obwódką taenitową. Metale i siarczki uwięzione w kieszeniach szokowych upłynnione w temperaturze 900oC (stopnie szokowe S4–6) mogą tworzyć owalne nodule o średnicy do 200 μm [chondrules].

  • W stopniu szokowym S2–3 troilit tworzy często duże skupienia krystaliczne o teksturze dendrycznej lub komórkowej.

  • Przy ciśnieniach 10–20 GPa powstają liczne zbliźniaczenia troilitu, zaś przy ciśnieniach 35–60 GPa siarczek tworzy drobnoziarniste polikrystaliczne agregaty.

  • Efekty szokowe i zwiększanie się stopnia metamorfizmu jest bardzo podobne we wszystkich trzech typach chondrytów zwyczajnych H, L i LL. Co wskazuje na podobną historię zderzeń ich ciał macierzystych. Zróżnicowanie częstości występowania różnych stopni szokowych w różnych typach chondrytów zwyczajnych jest względnie małe, przykładowo w chondrytach typu L dominują stopnie S5 i S6.

  • Dla typów petrologicznych 3 występuje niedobór stopni zszokowania S4 do S6, ale jednocześnie ze wzrostem typu petrologicznego zwiększa się udział stopni S4, S5 i S6. Może to sugerować, że bardziej porowate i o luźnej strukturze chondryty typu 3 są mniej podatne na szok ciśnieniowy w porównaniu z bardziej zwartymi chondrytami wyższych typów petrologicznych. Luźna struktura jest swoistą pułapką dla fali szokowej – powoduje jej efektywne rozproszenie nie doprowadzając do lokalnych przetopień.

  • Stopień szokowy S3 jest najczęstszy wśród wszystkich typów petrologicznych chondrytów.

  • Przy ciśnieniach szokowych powyżej 35 GPa (czyli dla stopni S5 i S6) izotopy helu 4He i argonu 40Ar są kompletnie nieobecne; natomiast dla ciśnień poniżej 10 GPa (czyli dla S1 i S2) nie następowała jeszcze utrata gazów szlachetnych.

 

Zmiany obserwowane w kwarcu

Wskaźniki szoku obserwowane w kwarcu {schemat}

Ciśnienie [GPa] Wskaźnik szoku
5–35 planarne spękania, utwory deformacji planarnych, tzw. PDF
10–13 mozaikowatość
15–40 stiszowit
30–50 coesyt
>50 lechaterieryt – bezpostaciowe szkliwo powstałe z przetopienia ziaren kwarcu, powstaje ono w wulkanach, w kraterach meteorytowych (? tektyty i LDG) i w wyniku wyładowań atmosferycznych (fulguryty)

 

Przykłady

Jak wyglądają żyłki szokowe można zobaczyć m.in. tu: Markovka.

Zobacz również

Źródła (sources)

[Dodd+ 1979], [Hutchison 2006], [Stöffler+ 1991], [Rubin+ 1997];

Owocki Krzysztof;

art. Norton Richard O., Szok i groza, METEORYT 2/2007, pp.27–28 (kolor);

art. Norton Richard O., Chitwood Lawrence A., Szok w ziemskich strukturach uderzeniowych, METEORYT 4/2007, pp.14–16.
                                 

Page since: 2009

Woreczko Meteorites 2002–2016 © Jan Woreczko & Wadi Page update: 2016-02-17 23:37   GlossaryHometop