Теллурическое железо - Telluric iron

Железо, самородное железо или теллурическое железо
Утюг-136213.jpg
Распиленная плита из базальта с включениями яркого металлического самородного железа из Уивфака, остров Диско (размер: 7,8 x 3,5 x 0,6 см)
Общий
Категория Родной элемент минерал
Формула
(повторяющаяся единица)
Fe
Классификация Струнца 1.AE.05
Классификация Дана 1.1.17.1
Кристаллическая система Кубический
Кристалл класс Шестиугольник (м 3 м)
Символ HM : (4 / м 3 2 / м)
Космическая группа Im3m
Ячейка а = 2,8664 Å; Z = 2
Идентификация
Цвет От серо-стального до железно-черного, белый в полированном сечении
Хрустальная привычка Массивные, как промежуточные пузыри, редкие, как кристаллы
Twinning {111} и {112}
Расщепление {001}; с пробором на {112}
Перелом Хакерский
Упорство Податливый
Твердость по шкале Мооса 4
Блеск Металлический
Прозрачность Непрозрачный
Удельный вес 7,3–7,87
Рекомендации

Теллурическое железо , также называемое самородным железом , - это железо, которое возникло на Земле и находится в металлической форме, а не в виде руды . Теллурическое железо встречается крайне редко, и только одно известное крупное месторождение в мире расположено в Гренландии .

Вступление

За исключением его расплавленного ядра, почти все элементарное железо на Земле находится в виде железной руды . Считалось, что все металлическое железо превратилось в оксиды железа во время Великого окислительного события , начавшегося примерно 2 миллиарда лет назад, среди других теорий. До конца 1800-х годов за пределами изолированной Гренландии железо как самородный металл оставалось лишь предметом спекуляций. Единственное известное земное железо в металлической форме было обнаружено в виде метеоритов , которые выпали 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 напоминает метеоритное железо тем , что оно содержит как значительное количество никеля, так и структуры Видманштеттена . Однако теллурическое железо обычно содержит всего около 3% никеля, что слишком мало для метеоритов, из которых ни один не был обнаружен с содержанием никеля менее 5%. Есть 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

Теллурическое железо - это металлическое железо, которое образовалось 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 сильно различаться между различными регионами, такими как Уивфак, Асук, Блаафьельд и Меллемфьорд. Общим фактором является то, что все гренландские отложения обычно находятся в дайках (трещинах, заполненных лавой в коренных породах) или в экструзиях, где расплавленная порода могла вытекать на поверхность. Еще одна общая черта заключается в том, что все отложения связаны с богатым графитом полевым шпатом, что , вероятно, способствует высокому содержанию углерода и низкому содержанию оксидов в металле, хотя неизвестно, удалось ли металлу избежать окисления с остальным железом Земли. , или если бы он начался как пласты руды и угля, которые подверглись субдуцированию, а затем были естественным образом переплавлены в лаве из-за восстановительной среды, обеспечиваемой богатым углеродом графитовым полевым шпатом.

Теллурическое железо в Гренландии уникально тем, что его можно найти почти во всех фазах железоуглеродных сплавов и с сильно различающимися кристаллическими структурами. В некоторых породах он встречается в смеси с базальтом в виде очень мелких зерен с острыми углами и неправильной формы, тогда как в других мелкие, размером с зерно капли в расплавленной магме были способны слиться в более крупные капли размером с горошину, которые кристаллизовались с большей частью. шаровидной или продолговатой формы. В других случаях дайка или экструзия могут быть сделаны почти полностью из чугуна с очень высоким содержанием углерода, который может легче сливаться в магме и течь в трещины из-за его более низкой вязкости и температуры плавления. Этот чугун часто покрыт коркой или содержит включения базальта, поскольку он вытеснялся из земли в виде очень больших шаровидных масс внутри лавы, из которых образовывались большие валуны из-за естественной эрозии окружающего базальта.

Теллурическое железо в основном делится на две группы в зависимости от содержания углерода. Тип 1 - это чугун, обычно содержащий более 2,0% углерода, а тип 2 находится где-то между кованым железом и эвтектоидной сталью. Оба типа имеют тенденцию очень хорошо переносить выветривание элементов, но имеют тенденцию очень быстро разлагаться и крошиться в сухой, контролируемой атмосфере музея, хотя тип 2 гораздо более склонен к такому виду повреждений.

Тип 1

Теллурическое железо типа 1 содержит значительное количество углерода. Тип 1 представляет собой белый никелевый чугун, содержащий от 1,7 до 4% углерода и от 0,05 до 4% никеля, который является очень твердым и хрупким и плохо реагирует на холодную обработку . Структура типа 1 состоит в основном из перлита и цементита или когенита с включениями троилита и силиката . Размер отдельных зерен феррита обычно составляет около миллиметра. Хотя состав зерен может различаться даже в пределах одного зерна, в основном они состоят из довольно чистого никель-феррита. Зерна феррита соединены прослоями цементита; обычно толщиной от 5 до 25 микрометров; образуя перлит.

Тип 1 встречается в виде массивных выступов или очень больших валунов, обычно от нескольких тонн до десятков тонн. Древние инуиты (местные жители Гренландии) не могли обработать металл холодным способом , и его чрезвычайно трудно обрабатывать даже с использованием современных инструментов. Обработку типа 1, возможно, лучше всего выполнять с помощью карборундового колеса и водяного охлаждения. Однако тип 1, возможно, использовался инуитами в качестве камней для молотка и наковальни.

При распиливании пополам валуны типа 1 обычно имеют толстую чугунную оболочку снаружи, которую с трудом можно сломать пневматическими отбойными молотками , но внутри гораздо более хрупкая конструкция из железных зерен в почти порошкообразной форме, спеченных вместе, чтобы образуют пористый , губчатый железный тип материала , который измельчает на удар молотком.

Тип 2

Теллурическое железо типа 2 также содержит от 0,05 до 4% никеля, но обычно менее 0,7% углерода. Тип 2 - это ковкое железо-никель, хорошо реагирующее на холодную обработку. Содержание углерода и никеля оказывает большое влияние на окончательную твердость холоднодеформированного изделия.

Тип 2 встречается в виде мелких зерен, смешанных с базальтовой породой. Зерна обычно имеют диаметр от 1 до 5 миллиметров. Зерна обычно находятся по отдельности, разделенные базальтом, хотя иногда они спекаются вместе с образованием более крупных агрегатов. 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 забивали в диски размером с монеты. Металл очень мягкий, его можно разбить на очень тонкие пластины. Эти плоские диски обычно вставлялись в длинные прорези, вырезанные в костяных ручках, рядами так, чтобы они слегка перекрывали друг друга, образуя край, напоминающий комбинацию ножа и пилы (перевернутый зубчатый край ).

История

Помимо очень небольшого месторождения теллурического железа в Касселе, Германия , которое в настоящее время истощено, и нескольких других второстепенных месторождений со всего мира, единственные известные крупные месторождения существуют в районе залива Диско в Гренландии и поблизости от него . Этот материал, найденный на вулканических равнинах из базальтовых пород, использовался местными инуитами для изготовления режущих кромок таких инструментов, как ножи и улусы . Инуиты были единственными людьми, которые на практике использовали теллурическое железо.

В 1870 году Адольф Эрик Норденшельд обнаружил большие железные валуны недалеко от района залива Диско в Гренландии. Зная, что инуиты сделали инструменты из метеорита Кейп-Йорк , в основном из-за открытия сэром Джоном Россом , что коренные жители Гренландии использовали железные ножи, Норденшельд высадился в заливе Форчун на острове Диско, чтобы найти материал. Инуиты сказали Россу, что они взяли железо высоко на горе, на том месте, где лежали два больших валуна. Один был очень твердым, и его нельзя было сломать, но другой был расколот на более мелкие куски, из которых были извлечены железные шарики и забиты на плоские диски для ножей. Норденшельд безуспешно искал это место, пока некоторые из местных инуитов не привели его в место под названием Уивфак , где вокруг были разбросаны большие массы металлического железа. Он предположил, что металл имеет метеоритное происхождение, поскольку оба содержат значительное количество никеля и оба имеют структуру Видманштеттена. Большинство ученых в то время сомневались в существовании теллурического железа, и у немногих были причины сомневаться в открытии Норденшельда.

В 1871 году Густав Наукхофф совершил экспедицию в Гренландию. Вооружившись динамитом и подъемным оборудованием , его экспедиция собрала три больших образца теллурического железа, также полагая, что они метеорные, согласно исследованиям Норденшельда, и вернула их в Европу для дальнейшего изучения. Эти образцы в настоящее время можно найти в Швеции , Финляндии и Дании . 25-тонный блок теперь находится за пределами Риксмузеума в Стокгольме, 6,6-тонный блок за пределами Геологического музея в Копенгагене, а 3-тонный блок можно найти в Музее естественной истории в Кумпуле, Хельсинки.

Сопровождал Наукхоффа в 1871 году К.Й.В. Стеенструп . Из-за таких обстоятельств, как форма валунов, которые часто имели острые углы или зазубренные края, которые не характерны для метеоритов (которые значительно разрушаются при входе в атмосферу ), или из-за того, что на многих из них были участки, покрытые базальтом, Стинструп не согласился с Норденшельдом. о происхождении валунов и отправился в собственную экспедицию в 1878 году. В 1879 году Стенструп впервые идентифицировал железо типа 2, показав, что он также содержит структуры Видманштеттена. Позже Стинструп писал о своем открытии:

Осенью 1879 года я сделал открытие в связи с этим вопросом, потому что в старой могиле в Экалуите ... я нашел 9 кусков базальта с круглыми шарами и кусками металлического железа неправильной формы. Эти части лежали вместе с костяными ножами, подобными тем, что принес Росс, а также с обычными каменными орудиями ... тогда как 9 кусков базальта с железными шарами, очевидно, были материалом для костяных ножей. Этот утюг мягкий и хорошо держится на воздухе, поэтому его можно использовать так, как описано Россом. Скала , в которой появляется железо является типичным, крупнозернистой полевой шпат-базальт, и открытие имеет двойное значение, во - первых, потому что это первый раз , когда мы увидели материал, из которого эскимосы [Eskimo] сделал искусственные ножи и, во-вторых, потому что это показало, что они использовали для этой цели теллурическое железо.

После находки в могиле Стинструп обнаружил множество крупных обнажений железистого базальта, содержащих железо 2-го типа. Поскольку тип 2 находился в вулканическом базальте, который соответствовал подстилающей коренной породе, Стенструп смог показать, что железо имеет земное или теллурическое происхождение. В своем трактате Стинструп добавил:

Этот своеобразный слой базальта сверху донизу заполнен крупинками железа всех размеров от долей миллиметра до 18 мм в длину. с шириной 14 мм., что является лучшим из того, что я когда-либо обнаружил ... При полировке это железо показывает красивые фигуры Видманштеттена ... Металлический никель-железо с фигурами Видманштеттена теперь доказано, что это тоже теллурический минерал, и, следовательно, присутствие никеля вместе с определенной кристаллической структурой недостаточно, чтобы придать рыхлым железным блокам характер метеоритов.

Открытия Стинструпа были позже подтверждены экспертом по метеоритам Дж. Лоуренсом Смитом в 1879 г., а затем Джоном Лоренценом в 1882 г. С тех пор чрезвычайно редкое теллурическое железо изучается.

Вхождение

Самородное железо из базальтового карьера в Бюле, Веймар , округ Кассель, Германия (размер: 6,6 x 5,9 x 1,8 см)

Помимо месторождения на острове Диско, самородное железо было зарегистрировано из залива Форчун, Меллемфьорда, Асука и других мест вдоль западного побережья Гренландии. Другие места включают:

Самородные никелево-железные сплавы от Ni 3 Fe до Ni 2 Fe встречаются в виде россыпных отложений, образованных из ультраосновных пород . Аваруит был описан в 1885 году из Новой Зеландии .

Рекомендации

  1. ^ a b Справочник по минералогии
  2. ^ Самородное железо на Миндате
  3. ^ Железо на Webmineral
  4. ^ a b Минералогический журнал и Журнал Минералогического общества: Том 6, автор: Joh Lorenzen - Simpkin, Marshall & Co. 1886, стр. 14--38.
  5. ^ a b Железо и сталь в древние времена Вагн Фабрициус Бухвальд - Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab 2005 Стр. 35-37
  6. ^ a b Метеоритное железо, теллурическое железо и кованое железо в Гренландии Вагн Фабрициус Бухвальд и Герт Мосдаль - член комиссии videnskabelige Undersogelser i Gronland 1985, стр. 19-23
  7. ^ Минералогический журнал и журнал Минералогического общества, том 6 Минералогического общества (Великобритания), KJV Steenstrup, J. Lorenzen-Wessrs, Williams и Straham (1882), страницы 1-38
  8. ^ a b c d e f g Палаш, Чарльз, Гарри Берман и Клиффорд Фрондел, Система минералогии Даны, Vol. 1, стр. 114–118, Wiley, изд. 1944 г.
  9. ^ https://www.mindat.org/loc-106121.html , дата обращения 04.01.2020.
  10. ^ https://www.mindat.org/locentries.php?p=5602&m=2047 , по состоянию на 04.01.2020 г.
  11. ^ Hatrurim Fm на Mindat.org