Камасит

Камасит
Узор Видманштеттена, показывающий две формы никель-железных минералов: камасит и тэнит.
Общий
Категория	Метеоритный минерал
Формула (повторяющаяся единица)	α-(Fe,Ni); Фе 0 0,9 Ни 0 0.1
Классификация Штрунца	1. НО.05
Кристаллическая система	Изометрический
Кристаллический класс	Шестиоктаэдрический (м 3 м) Символ HM : (4/м 3 2/м)
Космическая группа	мне м 3 ​
Идентификация
Формула массы	56.13 g/mol
Цвет	Железно-черный, стально-серый
Кристальная привычка	Массивные – равномерно неразличимые кристаллы, образующие большие массы.
Расщепление	нечеткий
Перелом	Hackly – неровные, разорванные поверхности (например, сломанный металл).
шкала Мооса твердость	4
Блеск	Металлик
Полоса	Серый
Удельный вес	7.9
Другие характеристики	Нерадиоактивный, магнитный, нефлуоресцентный.
Ссылки

Камасит — сплав железа никеля и , который встречается на Земле только в метеоритах . По данным Международной минералогической ассоциации (IMA), он считается богатой никелем разновидностью минерала самородного железа . Соотношение железо:никель составляет от 90%:10% до 95%:5%; небольшие количества других элементов, таких как кобальт или углерод также могут присутствовать . Минерал имеет металлический блеск , серый цвет, не имеет четкой спайности , хотя его кристаллическая структура изометрически-гексоктаэдрическая. Его плотность около 8 г/см. ³ а его твердость равна 4 по шкале Мооса . Его также иногда называют балкенейзен.

Название было придумано в 1861 году и происходит от греческого корня καμακ- «камак» или κάμαξ «камакс», что означает виноградная лоза. Он является основным компонентом железных метеоритов ( октаэдритового и гексаэдритового типов). В октаэдритах он встречается в виде полос, переслаивающихся с тэнитом, образующих видманштеттеновые узоры . В гексаэдритах часто можно увидеть тонкие параллельные линии, называемые линиями Неймана , которые свидетельствуют о структурной деформации соседних пластин камасита из-за ударов.

Иногда камасит встречается настолько тесно перемешанным с тэнитом , что их трудно различить визуально, образуя плессит . Самый большой задокументированный кристалл камасита имел размеры 92 × 54 × 23 см (36,2 × 21,3 × 9,1 дюйма).

Физические свойства

Камасит обладает множеством уникальных физических свойств, включая структуру Томсона и чрезвычайно высокую плотность.

Идентификация

Камасит непрозрачен, и его поверхность обычно имеет серые полосы различных оттенков или «стеганые» узоры. Камасит имеет металлический блеск. Твердость камасита может различаться в зависимости от степени удара, которому он подвергся, но обычно он достигает четырех баллов по шкале твердости Мооса. Удар увеличивает твердость камасита, но это не на 100% надежно при определении истории ударов, поскольку существует множество других причин, по которым твердость камасита может увеличиться.

Камасит имеет измеренную плотность 7,9 г/см. ³ . Он имеет массивный кристаллический облик, но обычно отдельные кристаллы в природных проявлениях неразличимы. В камасите нет плоскостей спайности, что придает ему характурный излом. Камасит магнитен и изометричен, что делает его оптически изометричным.

Камасит встречается с тэнитом и смешанной областью камасита и тэнита, называемой плесситом .

Тенит содержит больше никеля (от 12 до 45 мас. % Ni), чем камасит (от 5 до 12 мас. % Ni). Увеличение содержания никеля приводит к тому, что тэнит имеет гранецентрированную элементарную ячейку, тогда как более высокое содержание железа в камасите приводит к тому, что его элементарная ячейка становится объемноцентрированной. Это различие вызвано тем, что никель и железо имеют одинаковый размер, но разные межатомные магнитные и квантовые взаимодействия.

Тетрагональная фаза

Есть свидетельства существования тетрагональной фазы, наблюдаемой при рентгеновских испытаниях порошка, а затем и под микроскопом. При тестировании два метеорита дали значения d, которые можно было «индексировать на основе тетрагональной элементарной ячейки, но не на основе кубической или гексагональной элементарной ячейки». Было высказано предположение, что это электронное железо, гексагональная полиморфная модификация железа.

Структуры Томсона

Основная статья: Структуры Томсона

Структуры Томсона , обычно называемые узорами Видманштеттена , представляют собой текстуры, часто встречающиеся в метеоритах, содержащих камасит. Это полосы, которые обычно чередуются между камаситом и тэнитом. В 1804 году Уильям Томсон наткнулся на эти структуры, когда заметил неожиданные геометрические узоры после очистки образца азотной кислотой ( HNO
₃ ). Он опубликовал свои наблюдения во французском журнале, но из-за наполеоновских войн английские ученые, которые в то время проводили большую часть исследований метеоритов, так и не обнаружили его работу. Лишь в 1808 году, четыре года спустя, те же узоры гравюры были обнаружены графом Алоисом фон Беком Видманштеттеном, который нагревал железные метеориты, когда он заметил геометрические узоры, вызванные разной скоростью окисления камасита и тэнита. Видманштеттен рассказал многим своим коллегам об этих паттернах в переписке, в результате чего в большинстве литературы их стали называть паттернами Видманштеттена.

Структуры Томсона или узоры Видманштеттена создаются по мере остывания метеорита; при высоких температурах и железо, и никель имеют гранецентрированные решетки. Когда метеорит формируется, он сначала представляет собой полностью расплавленный тэнит (более 1500 ° C), а по мере охлаждения выше 723 ° C первичная метастабильная фаза сплава превращается в тэнит, и камасит начинает выпадать в осадок. Именно в этом окне, когда метеорит охлаждается ниже 723 ° C, формируются структуры Томсона, на которые могут сильно влиять температура, давление и состав метеорита.

Оптические свойства

Камасит непрозрачен и его можно наблюдать только в микроскопии в отраженном свете. Он изометричен и поэтому ведет себя изотропно .

Магнетизм

Когда метеорит остывает ниже 750 °C, железо становится магнитным и переходит в фазу камасита. Во время этого охлаждения метеорит приобретает нетрадиционную термоостаточную намагниченность . Термоостаточная намагниченность на Земле придает минералам железа, образовавшимся в земной коре, более высокую намагниченность, чем если бы они образовались в том же поле при комнатной температуре. Это нетрадиционная термоостаточная намагниченность, поскольку она, по-видимому, обусловлена ​​химическим остаточным процессом, который возникает при охлаждении тэнита до камасита. Что делает это особенно интересным, так это то, что это, как было показано, объясняет все магнитное поле обычных хондритов, сила которого достигает 0,4 эрстеда (обозначение Э).

Кристаллография

Камасит представляет собой изометрический минерал с объемной элементарной ячейкой с кубическим центром. Камасит обычно не встречается в виде крупных кристаллов; однако аномально большой кристалл камасита, обнаруженный и задокументированный, имел размеры 92×54×23 сантиметра. Несмотря на то, что крупные кристаллы настолько редки, чрезвычайно важно понимать, что кристаллография играет важную роль в формировании структур Томсона.

Симметрия

Камасит образует изометрические шестиоктаэдрические кристаллы, что приводит к тому, что кристаллы имеют много элементов симметрии. Камасит подпадает под класс 4/m 3 2/m в обозначениях Германа-Могена, что означает, что он имеет три оси четверного порядка, четыре оси тройного порядка, шесть осей двойного порядка и девять зеркальных плоскостей. Камасите имеет пространственную группу Fm 3 m.

Элементарная ячейка

Камасит состоит из повторяющихся звеньев α-(Fe, Ni), Fe.
_0,9 Ни
_0,1 , что составляет размеры ячейки a = 8,603 Å , Z = 54 Å ; V = 636,72 Å ³ . Межатомные магнитные и квантовые взаимодействия нульвалентного железа (металлического Fe ⁰ ) атомы, взаимодействующие друг с другом, приводят к тому, что камасит имеет объемноцентрированную решетку.

Химия

Формула и доминирующие элементы

Камасит состоит из повторяющихся звеньев α-(Fe, Ni), Fe.
_0,9 Ни
_0,1 , в котором и железо, и никель имеют нулевую валентность (Fe ⁰ и Ни ⁰ ), поскольку они представляют собой металлические самородные элементы, обычно встречающиеся в железных метеоритах. Помимо микроэлементов, обычно считается, что он состоит из 90% железа и 10% никеля, но может иметь соотношение 95% железа и 5% никеля. Это делает железо доминирующим элементом в любом образце камасита. Он сгруппирован с самородными элементами в классификационных системах Дана и Никель-Штрунц.

Условия формирования

Камасит начинает образовываться около 723 ° C, когда железо расщепляется из гранецентрированного в центрированное по телу, в то время как никель остается гранецентрированным. Чтобы приспособиться к этим областям, начинает образовываться железо с более высокой концентрацией, вытесняющее никель в области вокруг него, что создает тэнит, который является концевым элементом никеля.

Микроэлементы

Было проведено большое количество исследований микроэлементов камасита. Наиболее заметными микроэлементами в камасите являются галлий , германий , кобальт , медь и хром . Наиболее заметным из них является кобальт, содержание никеля которого варьируется от 5,26% до 6,81%, а содержание кобальта может составлять от 0,25% до 0,77%. Все эти микроэлементы являются металлическими, и их появление вблизи границы камасита и тэнита может дать важную информацию о среде, в которой образовался метеорит. Масс-спектрометрия показала, что камасит содержит значительные количества платины , среднее содержание которых составляет 16,31 (мкг/г). , иридий в среднем 5,40 (мкг/г), осмий в среднем 3,89 (мкг/г), вольфрам в среднем 1,97 (мкг/г), золото в среднем 0,75 (мкг/г). г), а рения – в среднем 0,22 (мкг/г). Наиболее заметны значительные количества кобальта и платины.

Важные второстепенные элементы, замены, твердые растворы

Сульфирование камасита было проведено экспериментально в лабораторных условиях. моносульфида В результате сульфуризации образовались три отдельные фазы: твердый раствор ( Fe
_х (Ни, Ко)
_1-x S ), фаза пентландита ( Fe
_х (Ни, Ко)
_9-х С
₈ ), а также фаза, богатая P. Это было сделано в лаборатории для создания условий, аналогичных условиям солнечной туманности. С помощью этой информации можно было бы извлечь информацию о термодинамических, кинетических и физических условиях ранней Солнечной системы. Это все еще остается предположением, поскольку многие сульфиды в метеоритах нестабильны и уже разрушены. Kamacite also alters to tochilinite ( Fe ²⁺
· 5-6 (Mg, Fe ²⁺
)
₅ С
₆ (ОН)
₁₀ ). Это полезно для подсказки о том, насколько сильно изменился метеорит в целом. Преобразование камасита в тохилинит можно увидеть в петрологических микроскопах, сканирующем электронном микроскопе и электронном микрозондовом анализе. Это можно использовать, чтобы позволить исследователям легко индексировать степень изменений, произошедших в образце. На этот индекс можно позже ссылаться при анализе других областей метеорита, где изменения не столь очевидны.

Отношения с тэнитом

Тенит — это богатый никелем конечный член твердого раствора камасит-тенит. Тенит встречается на Земле в природе, тогда как камасит встречается на Земле только тогда, когда он прибывает из космоса. Камасит образует тэнит, поскольку он образует и вытесняет никель в окружающую среду, эта область образует тэнит. Из-за гранецентрированного характера решетки камасита и объемноцентрированного характера решетки никеля они образуют сложные углы, когда вступают в контакт друг с другом. Макроскопически эти углы проявляются в структуре Томсона. Также из-за этой связи мы получаем термины атаксит, гексаэдрит и октаэдрит. Атаксит относится к метеоритам, которые не имеют явно шестигранной или октаэдрической структуры. Метеориты, состоящие из 6 мас.% или менее никеля, часто называют гексаэдритами из-за изометрической кристаллической структуры камасита, из-за которой метеорит имеет кубическую форму. Аналогично, если в метеорите преобладает гранецентрированный тэнит, он называется октаэдритом, поскольку камасит отделяется от октаэдрических кристаллических границ тэнита, в результате чего метеорит кажется октаэдрическим. И гексаэдриты, и октаэдриты появляются только тогда, когда метеорит разбивается по кристаллическим плоскостям или когда они подготовлены, чтобы подчеркнуть структуры Томсона, поэтому многие из них ошибочно называются атакситами.

Химическое объяснение тепла

Микроэлементы были проанализированы при образовании камасита при разных температурах, но микроэлементы в тэните, кажется, лучше подходят для определения температуры образования метеорита. По мере того как метеорит остывает и тэнит и камасит отделяются друг от друга, некоторые микроэлементы предпочтут находиться в тэните или камасите. Анализ границы тэнита-камасита может дать представление о том, как быстро произошло охлаждение, а также о множестве других условий во время формирования по окончательному местоположению микроэлементов.

Диапазон стабильности

Камасит стабилен только при температуре ниже 723 ° C. или 600 °C (Стейси и Банерджи, 2012), поскольку именно здесь железо становится достаточно холодным, чтобы образовать телоцентрированную кристаллическую структуру. Камасит также стабилен только при низких давлениях, как можно предположить, поскольку он формируется только в космосе .

Эффект шока

Металлографическая и рентгеновская дифракция может быть использована на камасите для определения истории ударов метеорита. Экспериментировали с использованием твердости для определения истории ударов, но оказалось, что это слишком ненадежно. К ряду образцов камасита было применено испытание на твердость по Виккерсу, и было обнаружено, что ударные метеориты имеют значения 160–170 кг / мм, а несотрясенные метеориты могут иметь значения до 244 кг / мм. Удар вызывает уникальную структуру превращения железа, которую можно измерить с помощью металлографических и рентгеновских дифракционных методов. После использования методов металлографии и дифракции рентгеновских лучей для определения истории удара было обнаружено, что 49% метеоритов, найденных на Земле, содержат признаки удара.

Геологические проявления

Камаситовые метеориты были найдены на всех континентах Земли, а также на Марсе .

Метеориты

Камасит в первую очередь ассоциируется с метеоритами, поскольку ему необходимы высокие температуры, низкое давление и немного других более активных элементов, таких как кислород. Хондритовые метеориты можно разделить на группы в зависимости от наличия хондр . Существует три основных типа: энстатитовые хондриты, углистые хондриты и обычные хондриты. Обычные хондриты — самый распространенный тип метеоритов, обнаруженных на Земле, составляя 85% всех зарегистрированных метеоритов. Считается, что все обычные хондриты произошли из трех разных источников, поэтому они делятся на три типа LL, L и H; LL означает низкое содержание железа, низкое содержание металлов, L означает низкое содержание железа, а H означает высокое содержание железа. Все обычные хондриты содержат камасит в количестве, уменьшающемся по мере перехода от хондритов H к LL. Камасит также встречается во многих менее распространенных метеоритах, мезосидеритах и ​​E-хондритах. E-хондриты — это хондриты, состоящие в основном из энстатита и составляющие лишь 2% метеоритов, падающих на Землю. У хондритов E совершенно другая материнская порода, чем у обычных хондритов. При анализе камасита в хондритах Е было обнаружено, что они содержат обычно меньше никеля, чем в среднем.

Избыток

Поскольку камасит образуется только в космосе и встречается на Земле только в метеоритах, его распространенность на Земле очень мала. Его численность за пределами нашей Солнечной системы определить сложно. Железо, основной компонент камасита, является шестым по распространенности элементом во Вселенной и самым распространенным из тех элементов, которые обычно считаются металлическими.

Сопутствующие минералы

Тенит и точилинит — минералы, которые обычно ассоциируются с камаситом.

Конкретные примеры

Метеоритный кратер в Аризоне

Камасит был найден и изучен в Метеоритном кратере в Аризоне. Метеоритный кратер был первым подтвержденным местом падения метеорита на планете и не был общепризнан как таковое до 1950-х годов. В 1960-х годах Геологическая служба США обнаружила камасит в образцах, собранных со всего этого места, связывая минерал с метеоритами.

Планеты

Камасит в основном образуется на метеоритах, но был обнаружен и на внеземных телах, таких как Марс. Это было обнаружено марсоходом Mars Exploration Rover (MER) Opportunity . Камасит возник не на Марсе, а был занесен туда метеоритом. Это представляло особый интерес, поскольку метеорит относился к менее известному классу мезосидеритов . Мезосидериты очень редки на Земле, и их появление на Марсе дает ключ к разгадке происхождения более крупных материнских пород.

Использование

Основное исследовательское использование камасита — пролить свет на историю метеорита. Будь то изучение истории ударов в железных структурах или условий во время формирования метеорита с использованием границы камасит-тенит, понимание камасита является ключом к пониманию нашей Вселенной.

Музеи, университеты и подготовка фотоматериалов

Из-за редкости и в целом тусклого вида камасит не пользуется популярностью среди частных коллекционеров. Однако образцы камасита имеются в коллекциях многих музеев и университетов. Обычно образцы камасита готовят с использованием полировки и кислоты, чтобы показать структуру Томсона. Подготовка образцов включает их промывку в растворителе, как это сделал Томсон с азотной кислотой, чтобы выявить структуры Томсона. Затем их тщательно полируют, чтобы они выглядели блестящими. Обычно камасит легко отличить от тэнита, поскольку после этого процесса камасит выглядит немного темнее тэнита.

Взгляд в будущее

Камасит и тэнит потенциально могут быть экономически ценными. Вариант, который сделал бы добычу полезных ископаемых на астероидах более прибыльной, — это сбор микроэлементов. Одной из трудностей может стать очистка таких элементов, как платина и золото. Платина стоит около 12 000 долларов США/кг (камасит содержит 16,11 мкг/г платины), а золото – около 12 000 долларов США/кг (камасит содержит 0,52 мкг/г золота); однако вероятность прибыльного дохода довольно мала. Добыча полезных ископаемых на астероидах для использования в космосе могла бы быть более практичной, поскольку транспортировка материалов с Земли обходится дорого. Подобно текущим планам повторного использования модулей Международной космической станции в других миссиях, железный метеорит может быть использован для создания космических кораблей в космосе. НАСА выдвинуло предварительные планы по созданию космического корабля в космосе.

См. также

• Глоссарий метеоритики - Словарь терминов, используемых в метеоритике.

Ссылки

• Мейсон Б., 1962: Метеориты . Дж. Уайли и сыновья, Нью-Йорк

Камасит и тэнит после тэнита, демонстрирующие октаэдрическую структуру тэнита, железный метеорит Нантан (Нандан), округ Наньдан , Гуанси-Чжуанский автономный район , Китай. Размер: 4,8×3,0×2,8 см. Нантаньские утюги, падение которых наблюдалось в 1516 году, состоят из 92,35% железа и 6,96% никеля .