Теллурическое железо
| Теллурическое железо | |
|---|---|
 Распиленная плита базальта самородного железа с яркими металлическими включениями из Уивфака, остров Диско (размер образца: 7,8 см × 3,5 см × 0,6 см (3,07 дюйма × 1,38 дюйма × 0,24 дюйма)) | |
| Общий | |
| Категория | Родной элемент минерал |
| Формула (повторяющаяся единица) | Фе |
| Классификация Штрунца | 1. НО.05 |
| Классификация Дана | 1.1.17.1 |
| Кристаллическая система | Кубический |
| Кристаллический класс | Шестиоктаэдрический (м 3 м) Символ HM : (4/м 3 2/м) |
| Космическая группа | Im3m |
| Элементарная ячейка | а = 2,8664 Å; Z = 2 |
| Идентификация | |
| Цвет | От стально-серого до железно-черного, в полированном сечении белое. |
| Кристальная привычка | Массивные, как промежуточные пузырьки, редкие, как кристаллы. |
| Твиннинг | В {111} и в {112} |
| Расщепление | {001}; с пробором на {112} |
| Перелом | Хакли |
| упорство | Податливый |
| шкала Мооса твердость | 4 |
| Блеск | Металлик |
| прозрачность | Непрозрачный |
| Удельный вес | 7.3–7.87 |
| Ссылки | [1] [2] [3] |
Теллурическое железо , также называемое самородным железом , представляет собой железо , возникшее на Земле и встречающееся в металлической форме , а не в виде руды . известно только одно крупное месторождение Теллурическое железо встречается крайне редко, в мире , расположенное в Гренландии .
Введение
[ редактировать ]За исключением расплавленного ядра, почти все элементарное железо на Земле находится в виде железных руд . Среди других теорий считалось, что все металлическое железо превратилось в оксиды железа во время Великого события окисления , начавшегося примерно 2 миллиарда лет назад. До конца 1800-х годов за пределами изолированной Гренландии железо как самородный металл было лишь предметом предположений. Единственное известное земное железо в металлической форме было обнаружено в виде метеоритов , которые упали на Землю из космоса.
Теллурическое железо названо так в честь латинского слова Tellus , означающего «Земля» (планета, в отличие от terra, означающего «земля»: земля, земля или почва), в сочетании с суффиксом -ic, означающим «из» или «рожденный из». ", отличая его от метеоритов . Теллурическое железо похоже на метеоритное железо тем, что оно содержит как значительное количество никеля , так и видманштеттовые структуры . Однако теллурическое железо обычно содержит только около 3% никеля, что слишком мало для метеоритов, из которых не было обнаружено ни одного с содержанием менее 5%. Существует два типа теллурического железа: и тип 1 , и тип 2 содержат сопоставимые количества никеля и других примесей. Основное различие между ними заключается в содержании углерода , который сильно влияет на твердость, обрабатываемость и температуру плавления металла.
Свойства материала
[ редактировать ]Теллурическое железо — это металлическое железо, образовавшееся в мантии и коре Земли. Хотя небольшие месторождения теллурического железа были обнаружены по всему миру, на западном побережье Гренландии находятся единственные известные крупные месторождения. Однако эти отложения могут сильно различаться по форме и составу даже в одном и том же регионе, а также иметь резкие различия между разными регионами, такими как Уивфак, Асук, Блаафьельд и Меллемфьорд. Общим фактором является то, что все гренландские отложения, как правило, находятся в дайках (заполненных лавой трещинах в коренных породах) или экструзиях, где расплавленная порода могла вытекать на поверхность. Еще одна общая черта заключается в том, что все месторождения встречаются в сочетании с графитом богатым полевым шпатом , что, вероятно, способствует высокому содержанию углерода и низкому присутствию оксидов в металле, хотя неизвестно, удалось ли металлу избежать окисления с остальным железом Земли. или если оно началось с пластов руды и угля, которые погрузились под воду , а затем естественным образом расплавились в лаве из-за восстановительной среды обеспечивается богатым углеродом графитовым полевым шпатом .
Теллурическое железо в Гренландии уникально тем, что его можно найти почти во всех фазах железо-углеродных сплавов и с резко различающимися кристаллическими структурами. В некоторых породах он встречается в смеси с базальтом в виде очень мелких зерен с острыми углами и неправильной формой, тогда как в других маленькие, размером с зерно, капли расплавленной магмы могли сливаться в более крупные капли размером с горошину, которые кристаллизовались преимущественно с сферической или продолговатой формы. В других случаях дайка или выступ могут быть почти полностью изготовлены из очень высокоуглеродистого чугуна, который может легче сливаться с магмой и течь в трещины из-за его более низкой вязкости и температуры плавления. Этот чугун часто покрыт коркой или содержит включения базальта, поскольку он выходил из земли в виде очень больших шаровидных масс внутри лавы, из которых образовались большие валуны из-за естественной эрозии окружающего базальта.
Теллурическое железо в основном делится на две группы, в зависимости от содержания углерода. Тип 1 представляет собой чугун, обычно содержащий более 2,0% углерода, тогда как тип 2 находится где-то между кованым железом и эвтектоидной сталью. Оба типа очень хорошо справляются с атмосферными воздействиями, но имеют тенденцию очень быстро разлагаться и крошиться в сухой, контролируемой атмосфере музея, хотя тип 2 гораздо более подвержен такого рода повреждениям. [4]
Тип 1
[ редактировать ]Теллурическое железо 1-го типа содержит значительное количество углерода. Тип 1 — это чугун с белым никелем, содержащий от 1,7 до 4% углерода и от 0,05 до 4% никеля, который очень твердый и хрупкий и плохо поддается холодной обработке . Структура 1-го типа состоит преимущественно из перлита и цементита или когенита с включениями троилита и силиката . Отдельные ферритные зерна обычно имеют размер около миллиметра. Хотя состав зерен может различаться даже в пределах одного зерна, в основном они состоят из достаточно чистого никель-феррита. Зерна феррита соединены пластинками цементита; обычно толщина 5–25 микрометров; образуя перлит.
Тип 1 встречается в виде массивных выступов или очень крупных валунов, обычно весом от нескольких до десятков тонн. Древние инуиты (местные жители Гренландии) не могли обрабатывать этот металл холодной обработкой, и его чрезвычайно трудно обрабатывать даже современными инструментами. Обработку типа 1, возможно, лучше всего осуществлять карборундовым кругом и водяным охлаждением. Однако тип 1, возможно, использовался инуитами в качестве молота и наковальни.
Распиленные пополам валуны типа 1, как правило, имеют снаружи толстую чугунную оболочку, которую с трудом можно разбить пневматическими отбойными молотками , но внутри гораздо более хрупкую конструкцию из зерен железа в почти порошкообразной форме, спеченных вместе до образуют пористый материал , напоминающий губчатое железо , который измельчается при ударе молотка. [4]
Тип 2
[ редактировать ]Теллурическое железо типа 2 также содержит от 0,05 до 4% никеля, но обычно менее 0,7% углерода. Тип 2 — это ковкий никель-чугун, который хорошо поддается холодной обработке. Содержание углерода и никеля оказывает большое влияние на конечную твердость холоднодеформированной детали.
Тип 2 встречается в виде мелких зерен, смешанных с базальтовой породой. Зерна обычно имеют диаметр 1–5 миллиметров. Зерна обычно встречаются по отдельности, разделенные базальтом, хотя иногда они спекаются вместе, образуя более крупные агрегаты. Более крупные куски также содержат небольшое количество когенита, ильменита , перлита и троилита. Тип 2 использовался инуитами для изготовления таких предметов, как ножи и улусы . Базальт обычно измельчали, чтобы высвободить зерна размером с горошину, которые затем ковали в диски размером с монету. Металл очень мягкий, его можно ковать в очень тонкие пластины. Эти плоские диски обычно вставлялись в длинные прорези, вырезанные в костяных рукоятках, рядами так, чтобы они слегка перекрывали друг друга, образуя край, напоминающий комбинацию ножа и пилы (перевернутый фестончатый край ). [5] [6]
История
[ редактировать ]
Помимо очень небольшого месторождения теллурового железа в Касселе, Германия , которое в настоящее время истощено, и нескольких других мелких месторождений со всего мира, единственные известные крупные месторождения существуют в районе залива Диско в Гренландии и вблизи него . Этот материал был найден на вулканических равнинах породы базальтовой и использовался местными инуитами для изготовления режущих кромок таких инструментов, как ножи и улусы . Инуиты были единственным народом, который практически использовал теллурическое железо. [5] [6]
В 1870 году Адольф Эрик Норденшельд обнаружил большие железные валуны недалеко от залива Диско в Гренландии. Зная, что инуиты изготавливали инструменты из метеорита Кейп-Йорк , главным образом благодаря открытию сэра Джона Росса о том, что аборигены Гренландии использовали железные ножи, Норденшельд высадился в заливе Форчун на острове Диско для поиска материала. Инуиты рассказали Россу, что они взяли железо высоко на горе, в месте, где лежали два больших валуна. Один был очень твердым и его невозможно было сломать, а другой раскололся на более мелкие кусочки, из которых были извлечены железные шарики и забиты в плоские диски для ножей. Норденшельд безуспешно искал это место, пока некоторые местные инуиты не привели его к месту под названием Уивфак , где вокруг были разбросаны большие массы металлического железа. Он предположил, что металл имел метеоритное происхождение , поскольку оба содержали значительное количество никеля и оба имели видманштеттеновские узоры . Большинство учёных того времени считали, что не существует неокислённых теллурическое железо существовало, и мало кто сомневался в открытии Норденшельда. [5] [6]
Густав Наукхофф совершил экспедицию в Гренландию в 1871 году. Вооруженная динамитом и подъемным оборудованием , его экспедиция собрала три больших образца теллурического железа, также полагая, что они метеоритные, согласно исследованию Норденшельда, и привезла их обратно в Европу для дальнейшего изучения. Эти образцы в настоящее время можно найти в Швеции , Финляндии и Дании . 25-тонный блок сейчас находится возле Риксмузеума в Стокгольме, 6,6-тонный блок — возле Геологического музея в Копенгагене, а 3-тонный блок можно найти в Музее естественной истории в Кумпуле, Хельсинки. [7]
Сопровождающим Наукгофа в 1871 году был К. Я. В. Стенструп . Из-за таких обстоятельств, как форма валунов, которые часто имели острые углы или зазубренные края, не характерные для метеоритов (которые значительно аблируют при входе в атмосферу ), или тот факт, что многие из них имели участки, покрытые базальтом , Стеенструп не согласился с Норденшельдом. о происхождении валунов, и отправился в собственную экспедицию в 1878 году. В 1879 году Стеенструп впервые определил железо типа 2 , показав, что оно также содержит структуры Видманштеттена . Позже Стенструп сообщил о том, что он обнаружил:
Осенью 1879 года я сделал открытие по этому поводу, ибо в старой могиле в Экалуите ... я нашел 9 кусков базальта, содержащих круглые шарики и неправильные куски металлического железа. Эти куски лежали вместе с костяными ножами, подобными тем, что принес домой Росс, а также с обычными каменными орудиями... тогда как материалом для костяных ножей, очевидно, были 9 кусков базальта с железными шариками. Этот утюг мягок и хорошо держится на воздухе, поэтому пригоден для использования способом, описанным Россом. Порода, в которой появляется железо, представляет собой типичный крупнозернистый полевой шпат — базальт . Открытие имеет двойное значение, во-первых, потому, что мы впервые увидели материал, из которого делали эскимосы искусственные ножи , и, во-вторых, потому, что оно показало , что они использовали для этой цели теллурическое железо .
После открытия в могиле в Экалуите Стенструп обнаружил множество крупных обнажений базальта, содержащих железо второго типа . Поскольку зерна типа 2 заключены в вулканическом базальте, который соответствует подстилающей коренной породе, Стеенструп смог показать, что железо произошло из земных или теллурических источников. [7] В своем отчете Стенструп добавил:
Этот своеобразный слой базальта сверху донизу заполнен железными крупинками всех размеров от долей миллиметра до длины 18 мм и ширины 14 мм, что является самым большим из найденных мною. ... При полировке на этом утюге видны красивые фигурки Видманнштеттена . ... Металлический никель-железо с фигурами Видманштеттена теперь оказался также теллурическим минералом , и присутствия никеля вместе с определенной кристаллической структурой, следовательно, недостаточно, чтобы придать характер метеоритов , чтобы отделить железные блоки.
Выводы Стенструпа были позже подтверждены экспертом по метеоритам Дж. Лоуренсом Смитом в 1879 году, а затем Джо Лоренценом в 1882 году. Чрезвычайно редкое теллурическое железо, обнаруженное в западной Гренландии , с тех пор изучается. [5] [6] [7]
возникновение
[ редактировать ]
Помимо месторождения на острове Диско, самородное железо было обнаружено в заливе Форчун, Меллемфьорде, Асуке и других местах вдоль западного побережья Гренландии. Другие места включают: [1]
- Бен Брек , Шотландия в граните с магнетитом [8]
- в графстве Антрим, Северная Ирландия [8]
- встречается в базальте в Бюле, недалеко от Анаталь-Веймара , Гессен , и связан с конкрециями пирита в известняке в Мюльхаузене, Тюрингия, Германия. [8]
- близ Rivne , Volhynia , Ukraine [8]
- в трахите в Оверни , Франция
- в России у Грушерска в Донском районе Южного Урала связан с пиритом; [8] в Хунтукунском (Хунгтукунском) массиве Красноярского края ; [9] и на трещинном вулкане Толбачик на Камчатке. [10]
- в формации Хатрурим , Негев , Израиль. [11]
- В Соединенных Штатах случаи были зарегистрированы в угольных пластах возле Кэмерона , округ Клинтон, штат Миссури ; и из каменноугольных сланцев недалеко от Нью-Брансуика , округ Сомерсет, штат Нью-Джерси. [8]
- В Онтарио о нем сообщалось из городка Кэмерон , округа Ниписсинг и на острове Св. Джозефа на озере Гурон . [8]
Самородные никель-железные сплавы с Ni 3 Fe до Ni 2 Fe встречаются в виде россыпных месторождений, образовавшихся из ультраосновных пород . Аваруит был описан в 1885 году из Новой Зеландии .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Железо» (PDF) . Справочник по минералогии .
- ^ «Родное железо» . МинДат . Кесвик, Вирджиния: Гудзонский институт минералогии . Проверено 31 декабря 2021 г.
- ^ "Железо" . ВебМинерал .
- ^ Jump up to: а б Лоренцен, Джо. (июль 1884 г.). «Химическое исследование гренландского теллурического железа» . Минералогический журнал и журнал Минералогического общества . 6 (27). Минералогическое общество Великобритании / Симпкин, Маршалл и компания: 14–38. дои : 10.1180/minmag.1884.006.27.02 .
- ^ Jump up to: а б с д Бухвальд, Вагн Фабрициус (2005). Железо и сталь в древности . Историко-философские сочинения 29. Датская королевская академия наук и литературы. стр. 35–37. ISBN 8773043087 .
- ^ Jump up to: а б с д Бухвальд, Вагн Фабрициус; Мосдал, Герт (1985). Метеоритное железо, теллурическое железо и кованое железо в Гренландии . Монографии о Гренландии [ Монографии о Гренландии ], Человек и общество 9. Комиссия по научным исследованиям в Гренландии. стр. 19–23. ISBN 9788763511735 .
- ^ Jump up to: а б с Стенструп, KJV (июль 1884 г.). «О существовании никель-железа с фигурами Видманштеттена в базальте Северной Гренландии» . Минералогический журнал и журнал Минералогического общества . 6 (27). Минералогическое общество Великобритании: 1–13. дои : 10.1180/minmag.1884.006.27.01 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Палаш, Чарльз; Берман, Гарри; Фрондел, Клиффорд, ред. (1944). Система минералогии Даны . Том. 1. Уайли. стр. 114–118.
- ^ "Khungtukun Massif, Malaya Romanikha River, Khatanga, Taimyr Peninsula, Taymyrskiy Autonomous Okrug, Krasnoyarsk Krai, Russia" . www.mindat.org . Retrieved 4 January 2020 .
- ^ «Железо вулкана Толбачик, Камчатский край, Россия» . www.mindat.org . Проверено 4 января 2020 г. [ название отсутствует ]
- ^ «Формирование Хатрурим, Ближний Восток» . МинДат . Кесвик, Вирджиния: Гудзонский институт минералогии . Проверено 31 декабря 2021 г.