Железените метеорити са метеорити, състоящи се главно от желязо, обикновено комбинирано с малки количества никел. Въпреки че съставляват само около 5 % от наблюдаваните падания, те са сравнително лесни за разграничаване от земните скали и издържат по-дълго в почвата, поради което се срещат по-често от каменните и каменно-железните метеорити. Encyclopedia Britannica/Iron meteorite
Поради металния им състав и изключителното им тегло дори неспециалист може да различи железните метеорити от обикновените скали. Повечето от тях са доста устойчиви на земните атмосферни влияния, което им позволява да се съхранят много по-дълго от всеки друг вид метеорити. Освен това те обикновено са много по-големи от каменните и каменно-железните, рядко се фрагментират при навлизане в атмосферата и се променят много по-малко от ефектите на аблация по време на преминаването им през атмосферата. All about Meteorites/ Iron meteorites Всъщност най-големите метеорити са именно железни. Дванадесетте най-големи отделни метеорити, тежащи всеки от 10 до 60 тона, са железни. Oxford Research Encyclopedias/28 September 2020/Iron Meteorites: Composition, Age, and Origin Всички железни метеорити, взети заедно, имат общо тегло над 500 тона и представляват приблизително 89,3% от цялата маса на всички известни метеорити. Въпреки тези факти, железните метеорити са рядкост, тъй като представляват само 5,7% от всички паднали и открити на Земята метеорити.
Произход Повечето железни метеорити са образувани в ядрата на малки диференцирани астероиди, които са били разрушени от опустошителни удари малко след тяхното образуване. Те са истински останки от други светове, които някога са съществували в ранната Слънчева система. All about Meteorites/Chemical Classification of Iron Meteorites
Смята се, че железните метеорити произхождат от металните ядра и басейни, образувани в различни малки планетни тела. Голямото им разнообразие дава някои насоки за образуването на астероидите и ранната история на Слънчевата система. Химическият им състав обикновено съвпада с този, предвиден от експериментални и теоретични предположения за топене в малки тела. Тези тела, наречени планетезимали, са съставени от смеси от силикати, никел-желязо и железен сулфид със състави и пропорции както при хондритите. Топенето в планетезимали предизвиква потъване на плътния метал надолу през силикатната маса така, че се образуват метални сърцевини. Основният източник на топлина за топенето на планетезимали е радиоактивният изотоп 26Al, който има период на полуразпад от 0,7 милиона години. Освен това, някои от железните метеорити вероятно са се образували при ударно топене на хондритен материал.
Изотопното датиране предполага, че родителските тела на железните метеорити са се образували преди тези на хондритите, а някои от тях изглежда са най-старите известни метеорити. Изотопният анализ също така води до извода, че причината железните метеорити, подобно на други видове метеорити, да показват малки аномалии се дължи на предсоларните натрупвания, които не са хомогенизирани в Слънчевата мъглявина, или протопланетарния диск.
Въпреки че железните метеорити са получени от астероиди, техните изотопни аномалии предоставят най-добрите доказателства, че някои идват от планетезимали, които не са се образували в Астероидния пояс. Едни вероятно са се образували отвъд Юпитер, други показват изотопни прилики със Земята и може да са формирани в околностите на планетите от земен тип, където плътността на космичския прах е по-висока и орбиталните периоди са по-кратки. Това предполага, че протопланетите в района на земните планети са причинили сблъсъчно разрушаване на диференцираните планетезимали и са разпръснали техните фрагменти. Железните метеорити носят важна информация за образуването на планетезимали, които са се стопили, а също така предоставят ограничения в теориите за образуването на планети и астероиди.
Състав
Освен от желязо, железните метеорити се състоят почти изцяло от сидерофилни елементи (със слаб афинитет към кислород и сяра) като никел и кобалт, които лесно се разтварят в желязото, и халкофилни (с афинитет към сярата) елементи като мед и сребро. Повечето съдържат ~ 90% желязо, 5 – 10% никел, 0,4 – 0,6% кобалт, 0,1 – 0,5% фосфор, 0,1 – 2 % сяра и следи от над 20 други сидерофилни и халкофилни елементи. Съставени са до голяма степен от никел-железен метал и повечето съдържат само незначителни допълнителни минерали. Когато такива метеорити преминават през атмосферата, те могат да развият тънка, черна кора от железен оксид, която на Земята бързо изветря до ръжда.
Съдържат два основни минерала, представляващи никел-железни сплави – беден на никел камасит и богат на никел тенит, които често се срещат заедно. Най-често присъстващата сплав е камаситът, който съдържа от 4 до 7,5 % никел и образува големи кристали, изглеждащи като широки ленти или подобни на лъчи структури върху ецваната повърхност на железния метеорит. Другата сплав се нарича тенит и носи името си от гръцката дума за „лента“. Тя съдържа 27 до 65% никел и обикновено образува по-малки кристали, които се появяват като силно отразяващи тънки ленти на повърхността на метеорит, обработен с разредена киселина. В зависимост от разпространението и разпределението на тези два минерала, железните метеорити показват характерни структури, които се използват за тяхната структурна класификация. Изобилието на тези два минерала влияе силно върху структурата им – свързаните кристали на камасита и тенита често се комбинират и образуват характерно подреждане, наречено видманщетенова структура. Наличието ѝ е показателно за относително ниското налягане, при което се образува този вид метеорити.
Минерали, които се разтварят при охлаждане
Допълнителните минерали обикновено се срещат във вид на заоблени възелчета, които се състоят от желязо-сулфиден троилит или графит, често заобиколен от желязно-фосфидния шрайберзит и желеязно-карбидния кохенит. Дребните минерали, видими в полирани участъци на железните метеорити, отразяват намаляващата разтворимост на елементите фосфор, въглерод, азот и сяра в твърдата никел-желязна сплав, при понижаваща се температура. Почти всички железни метеорити, с изключение на тези от бедните на никел IVА и IVB групи, съдържат зърна от шрайберзит, които се утаяват при охлаждане.
При богатите на въглерод, които са предимно в група IAB, разтварянето на графита не е ефективно под около 800 °C и вместо това се образуват три метастабилни карбида – кохенит, хаксонит и едскотит. Кохенитът (Fe3C), наричан в металургията циментит, се появява при по-високи температури (~ 700 °C) при железни метеорити с ниско съдържание на никел. Хаксонитът (Fe23C6), има тенденция да се образува при по-ниски температури и при по-богато наличие на никел. Едскотитът (Fe5C2), който е най-редкият карбид, е идентифициран само в метеорита Wedderburn, който съдържа 23 % никел.
Нитридите се образуват в групи със сравнително ниско съдържание на никел и високо съдържание на азот, а именно IAB, IIAB и IIIAB. Идентифицирани са два нитрида, като и двата са образувани в много късен стадий от утаяването в камасита – карлсбергит и роалдит. Карлсбергитът (CrN) образува зърна с размер <30 μm и е особено често срещан при железни метеорити с ниско съдържание на Ni, характерно за групата IIIAB. Роалдитът (Fe4N) образува шиповидни плочи с ширина от няколко микрометра и дължина няколко милиметра. Намерен е само в няколко железни метеорита от групите IAB и IIAB.
Минерали, които кристализират от разтопен метал
Четири минерала в железните метеорити кристализират както от течен, така и от твърд метал. Масивните включвания от троилит, шрайберзит и по-рядко хромит и графит могат да достигнат размери от няколко сантиметра и много вероятно са кристализирали от стопилката, за разлика от микроскопичните зърна. В метеоритите от група IAB троилитните възли достигат размери от няколко сантиметра и обикновено съдържат графит и силикати. Големите възли от троилит са често срещани и при група IIIAB. Троиловите възли със сантиметров размер вероятно са образувани от уловена стопилка по време на кристализацията. Съдържанието на сяра в камасита и тенита е само няколко части на милион, така че субмилиметровите троилитови възелчета, разпръснати в бавно охлаждащите се железни метеорити, които съдържат ламели от добрелит, вероятно са твърди утайки.
Почти всички шрайберзити се утаяват в твърдата никел-желязна сплав, но големите зърна във IIG група, които имат насипно съдържание на фосфор от около 2 %, вероятно са кристализирали от стопилката. Хромитът образува свръхтънки ориентирани ламели в тенита, които са кристализирали в твърдото вещество. Обаче големите хромити с дължина до 8 см, които се срещат в група IIAB, вероятно са образувани от стопилка. Графитни възли с диаметър до 10 см, които присъстват в IAB група, съдържат метален пълнеж и изглежда също са кристализирали от стопилката. От друга страна, малките графитни зърна в метеоритите от същата група с размери 0,1 – 0,5 мм и могат да бъдат с кубична форма (наречени клифтонит), са утаени в твърд метал.
В троилитовите възли на членовете от IIIAB група се намират няколко фосфата, включително бухвалдит, които вероятно са кристализирали от стопилката Fe-Ni-S. В същата група са открити още 13 фосфатни минерала, включващи саркопсид и графтонит, които са образувани чрез окисляване на фосфора, когато ядрото вече се е втвърдило и кислородът се е концентрирал в остатъчната метална стопилка. Тези с ниско съдържание на иридий от същата група, които кристализират късно, съдържат главно желязо-манганови фосфати. При други, с високо съдържание на рано кристализирал иридий, се намират фосфати, съдържащи натрий, калий, магнезий, хром и олово. Богатите на калций фосфати като хлорапатит и мерилит, които липсват при представителите на IIIAB група, се откриват в тези от групите IAB и IIE.
Силикати
Наличието на силикати в железните метеорити, за които се смята, че някога са били разтопени, е дългогодишна загадка. Като се има предвид голямата разлика в плътността между силикатите и разтопения метал, силикатите би трябвало бързо да изплуват на повърхността, освен ако не се задържат чрез кристализация на твърдия метал или чрез силни движения на стопилката. Те са често срещани в представителите на групите IAB и IIE и са изобилни в два метеорита от IVA група. Големи количества има и в няколко негрупирани железни метеорита, включително Тюсон (Tucson, 1850, Аризона), Сомбререте (Sombrerete, 1958, Мексико) и Гуин (Guin, 1969, Алабама).
В повечето членове на IAB група и в няколко от IIE силикатите се срещат в класти с приблизително хондритни пропорции (равни оливин и пироксен). В някои силикати при същите групи даже се наблюдава ограничено количество реликтни хондрули. В същите две групи се срещат и силикатни включвания с нехондритна минералогия. Те включват класти от габро, базалт и андезит, богати на фелдшпат, също харцбургит и лерзолит, обогатени с оливин и пироксен.
Видове класификация
Железните метеорити са класифицирани в две утвърдени системи – структурна и химична. Първо са били групирани според тяхната кристална структура, която може да бъде разкрита чрез ецване на полирано напречно сечение на метеорита с разредена киселина.
Химичният анализ показва, че повечето железни метеорити могат да бъдат разделени на 14 групи. Химичните вариации във всички групи, с изключение на три, са в съответствие с фракционната кристализация на разтопените ядра на планетезимали. Другите три групи са по-богати на силикати и вероятно идват от натрупвания на разтопен метал в хондритни тела.