Crystallization of plagioclase in chondrules from the ordinary chondrite EET14017

Abstract

콘드라이트는 태양계 성운에서 고체물질이 집적되어 만들어진 태양계 초기의 퇴적암으로 콘드률이라고 불리는 구형의 암석을 포함하고 있다. 콘드라이트는 모천체(parent body)에서 다양한 변질, 변성작용을 받게 되는데 이 정도를 암석학적 유형(petrologic type)으로 구분한다. 유형 3이 가장 시원적인(primitive)이며 유형 3에서 1로 갈수록 수성변질작용을 받은 것이고 유형 3에서 7로 갈수록 열변성 작용을 많이 받은 콘드라이트를 나타낸다. EET14017 콘드라이트는 2014년 극지연구소 남극운석 탐사대가 엘레펀트 모레인(Elephant Moraine)에서 발견하였으며 평균 0.9 mm 크기의 경계가 명확한 콘드률로 이루어져 있고 감람석과 휘석이 결정화 되고 비정질로 남아있는 메소스타시스(mesostasis)가 관찰되며 철 함량이 높은 감람석 내에서 Cr2O3의 평균값과 편차를 통해 유형 3.05에 속하는 것으로 확인되었다. 이렇게 시원적인 콘드라이트에서는 일반적으로 감람석과 휘석은 결정화되어 관찰되나 사장석은 결정화되어 관찰되지 않고 콘드라이트가 열변성을 겪으면서 메소스타시스에서 재결정작용이 일어나 사장석이 결정화 된다는 것이 일반적인 견해였다. 그런데 최근 카보네셔스 콘드라이트(carboneseous chondrite)에서는 열변성을 겪지 않은 유형 3 콘드라이트에서도 사장석이 결정화되어 나타나는 것이 관찰되었고 실험을 통해 용융체로부터 식는 속도(cooling rate)를 감소시켰을 때 사장석이 용융체에서 직접적으로 결정화되는 것이 확인되었다. 본 연구에서는 열변성을 겪지 않은 유형 3.05에 속하는 오디너리 콘드라이트인 EET14017의 콘드률 내에서 사장석이 결정화되는 과정을 밝히고자 한다. EET14017 콘드라이트 박편을 약 25 nm 두께로 탄소 코팅한 후 극지연구소의 전자현미분석기(Electron Microprobe JEOL JXA-8530F)를 이용해 가속 전압 15 keV, 전류는 10 nA 하에서 분석하여 입자의 후방산란전자(backscattered electron, BSE) 영상을 관찰하였다. 정량 원소 분석은 WDS(wave dispersive spectroscopy)를 이용하여 수행되었으며 X-ray map은 15 keV, 100 nA의 조건에서 10 ms의 분석시간을 이용해 측정되었다. 본 연구를 통해 오디너리 콘트라이트인 EET14017 내 콘드률에서 사장석(Anorthite>90%)이 lath 형태로 결정화되어 있는 콘드률이 처음으로 관찰되었고, 감람석과 휘석 사이를 채우고 있는 조직을 보이는 형태로 사장석이 결정화 되어 있는 9개의 콘드률이 관찰되었다. 콘드라이트 내에서 사장석이 결정화되는 과정은 두 가지로 생각해 볼 수 있다. 첫째 콘드라이트가 생성된 이후 모천체에서 열변성을 통해 메소스타시스에서 재결정작용이 일어나면서 사장석이 결정화 되었을 가능성이 있고 두 번째는 태양계 성운에서 콘드률이 생성될 때 여러 번의 재가열 과정을 겪으면서 생성되었을 가능성이다. 전자의 경우 콘드률이 이미 콘드라이트를 구성한 후에 열변성을 받기 때문에 모든 콘드률에서 사장석이 결정화 되어 나타나야 한다. EET14017 콘드라이트에서는 사장석이 결정화 되어 나타나는 콘드률과 메소스타시스가 결정화 되지 않고 남아있는 콘드률이 모두 관찰되기 때문에 EET14017 콘드라이트의 콘드률에서 발견되는 사장석은 태양계 성운에서 각각의 콘드률이 생성될 때 재가열 과정을 통해서 결정화 되었거나 cooling rate의 감소로 인해 결정화 되었다고 생각된다. EET14017 콘트라이트에서 관찰되는 lath 형태로 자란 사장석과 감람석과 휘석의 간극에서 관찰되는 사장석은 결정화 정도가 다를 것으로 예상되며 콘드률 내 사장석의 결정화 정도를 규명하여 콘드률이 생성되는 과정에 대한 새로운 실마리를 제공할 수 있을 것이 기대된다.