Structural and Compositional Variations of Feldspar in an Ordinary Chondrite Induced by Shock Metamorphism

Abstract

Feldspar is a silicate mineral commonly observed in meteorites, and during shock metamorphism, it undergoes partial or complete amorphization. This characteristic is used as a major indicator of shock metamorphism. In this study, we investigated the formation mechanisms and chemical compositional changes of partially amorphous feldspar in ordinary chondrites. Crystalline and amorphous domains were found to coexist within single feldspar grains. The crystalline domains have well-developed internal fractures, whereas the amorphous domains have glass-like surfaces without fractures and exhibit complete extinction under a polarizing microscope. Raman analysis revealed distinct peaks crystalline feldspar, while amorphous feldspar exhibited broad peaks of full widths at half maximum (FWHM), reflecting structural disorder. Both domains exhibit albite-oligoclase compositions. However, the amorphous domains are characterized by higher potassium (K) and lower sodium (Na) contents relative to the crystalline domains. These results suggest the possibility of elemental redistribution during partial melting and quenching in the meteorite impact process. In addition, unlike sanidine and anorthite, albite shows a narrow melt-crystal coexistence field in the phase diagram, resulting in a relatively limited compositional range compared with other feldspars. This interpretation, however, has limitations because it is based on phase equilibria under ambient pressure rather than the high-pressure conditions of shock metamorphism. Therefore, dynamic high-temperature and high-pressure experiments and studies of phase equilibria under high-pressure conditions that better reflect shock metamorphism are required in the future.

장석은 운석에서 흔히 관찰되는 규산염 광물로, 충격변성과정에서 부분 또는 완전한 비정질화가 일어나며, 이러한 특징을 바탕으로 충격 변성의 주요 지시자로 활용된다. 본 연구에서는 오디너리 콘드라이트에 존재하는장석의 부분 비정질화를 통해 형성 메커니즘과 화학 조성 변화에 대해 고찰하였다. 연구결과 장석의 단일 입자에서결정과 비정질 영역이 공존함을 확인하였으며, 결정은 내부에 균열이 잘 발달되어 있는 반면 비정질은 균열이 없는유리와 같은 표면을 가지며, 편광 현미경에서 완전한 소광을 보였다. 라만분석에서 장석의 결정은 뚜렷한 피크(peak)가 관찰되는 반면, 비정질에서는 결정구조의 무질서를 반영하는 넓은 반치폭(FWHM, full width at half maximum)을 가지는 피크가 관찰된다. 두 영역 모두 조장석-회조장석 조성을 보이나, 비정질영역은 결정에 비해상대적으로 포타슘(K) 이 높고 소듐(Na) 이 낮은 특징을 가진다. 이러한 결과는 운석의 충격 과정에서 부분 용융 및급랭에 따른 원소 분배 가능성을 시사한다. 또한 정장석, 회장석과는 달리 조장석은 상평형도에서 결정-액체 공존구간의 영역이 좁아 화학 조성의 변화폭이 다른 장석들에 비해 상대적으로 제한적임을 알 수 있었다. 다만, 이는충격 변성이라는 고압 환경을 상압 조건의 상평형도를 통해 해석한 것으로 한계를 지닌다. 따라서, 향후 충격 변성조건을 반영할 수 있는 동적 고온-고압 실험과 고압의 상평형도 연구의 필요성이 요구된다.