الفيروبيريكلاس هو معدن أكسيد المغنيسيوم-الحديد يتم تمثيل تكوينه عادة بـ (Mg,Fe)O. تعود إلى مجموعة البيريكلاز وتشكل سلسلة حلول صلبة بين البيريكلاز الغني بالمغنيسيوم، MgO، والوستيت الغني بالحديد، FeO. في هيكلها، يحل Fe²⁺ محل Mg²⁺ في مواقع الكاتيونات الثنائية المكافئة، مما يسمح بتغير التركيب حسب النسب النسبية للمغنيسيوم والحديد. يُستخدم اسم الفيروبيريكلاز عادةً للعناصر التي تحتوي على الحديد في هذا النظام، وخاصة التركيبات التي يبقى فيها المغنيسيوم مكونًا رئيسيًا.
تترسب الفيروبريكليز في نظام البلورات المكعبية وتحتوي على نفس البنية الأساسية كما في بيريكلاس. يمكن أن تتغير تكوينها وخصائصها الفيزيائية بشكل كبير مع زيادة محتوى الحديد. وبما أن أيونات المغنيسيوم (Mg²⁺) والأيونات الحديدية (Fe²⁺) لها أقطار أيونية مختلفة، فإن استبدال الحديد يؤثر على معايير مثل أبعاد الخلية البلورية، الكثافة، الخصائص الضوئية، والسلوك المرن. عادة ما يكون المعدن لونه رمادي داكن أو بني أو أخضر فاتح أو أسود تقريبًا، على الرغم من أن مظهره قد يختلف حسب التكوين، حجم الحبيبات، الشوائب، والتغيير.
الفيروبيريكلاز الطبيعي مرتبط بشكل رئيسي ببيئات جيولوجية ذات ضغط عالي. تم تحديده في بعض الصخور المتكوية التي تشكلت تحت ظروف ضغط قصوى وكما في inclusion في الماس الذي نشأ في عمق كبير داخل الأرض. يُعترف أيضًا بالفيروبيريكلاز كمرحلة من المعادن يمكن أن تحدث تحت ظروف الضغط ودرجة الحرارة الخاصة بالmantle السفلي. وجوده في هذه البيئات يعكس استقرار أكاسيد المغنيسيوم-الحديد تحت ظروف مختلفة بشكل كبير عن تلك الموجودة على سطح الأرض.
إن تكوين الفيروبريكلاس ليس بالضرورة ثابتًا عند نسبة محددة من المغنيسيوم إلى الحديد. بدلًا من ذلك، يمكن للكمبيوستات والحديد أن يحلوا محل بعضهما البعض على طول نطاق من التكوينات، ويعتمد التكوين الكيميائي الدقيق على البيئة الجيولوجية التي تشكلت فيها المعادن. في العينات الطبيعية، قد تحدث عناصر قليلة أيضًا من خلال استبدالات إضافية. لهذا السبب، من الأفضل وصف الفيروبريكلاس باستخدام تكوينه الكيميائي مع خصائصه الهيكلية بدلًا من لونه فقط.
تاريخ واكتشاف فيروبيريكلاس
الفيروبيريكلاس لا يُعتبر عادةً كespécie من المعادن ذات تركيب ثابت واحد كما هو الحال مع البيركلاس أو فوستيت. يشير الاسم إلى المواد التي تحتوي على الحديد ضمن نظام الحلول الصلبة MgO-FeO. كانت العلاقة بين البيركلاس الغني بالمغنيسيوم والفوستيت الغني بالحديد معروفة منذ زمن طويل من خلال دراسات تجريبية لنظام Mg-Fe-O، بينما تم تحديد الفيروبيريكلاس الطبيعي لاحقًا في مواد جيولوجية ذات ضغط عالي.
التمييز المعدني يعتمد بشكل رئيسي على التركيب الكيميائي والبنية البلورية بدلًا من اللون أو المظهر الخارجي. تمتلك البيريكلاز التركيب المثالي MgO، بينما تمتلك وستايت التركيب المثالي FeO. بين هذين العضوين النهائيين، يمكن لـ Mg²⁺ و Fe²⁺ أن يستبدلا بعضهما البعض في نفس الموقع البلوري. وبالتالي تمثل الفيروبيريكلاز تركيبًا يحتوي على الحديد ويكون مغنيسيومه السائد ضمن هذا النظام الأكسيدي الأوسع. تم الإبلاغ عن الفيروبيريكلاز الطبيعي في عدة بيئات ذات ضغط عالٍ. واحدة من أكثر الوجود المعروف هو كمحتوى معدني داخل الألماس، حيث يمكن لجمعية المحتوى أن تحافظ على معادن شكلت أو توازنت في عمق داخل قشرة الأرض. كما تم التعرف على الفيروبيريكلاز في مواد متغيرة الضغط العالي وبيئة جيولوجية أخرى حيث تسمح ظروف الضغط ودرجة الحرارة باستقرار أكاسيد المغنيسيوم-الحديد.
يُمكن أن يوفر تركيب الفيروبريكلاس معلومات حول الظروف التي تشكلت فيها عينة فردية أو توازنت لاحقًا. تتأثر النسب النسبية للمغنيسيوم والصلب بالحرارة والضغط ونشاط الأكسجين وتركيب التجميع الصخري المحيط. وبما أن ذلك، فإن التحليل الكيميائي ضروري عادةً لتحديد الفيروبريكلاس بدقة، وخاصة عند تمييزه عن أعضاء مرتبطين كيميائيًا في نظام الفيروكلاس-وستيت.
تشكيل ووجودها الجيولوجي للفيروبريكلاز
تتشكل فيروبريكلاس تحت ظروف حيث يظهر المغنيسيوم والحديد معًا في نظام غني بالأكسيد، وظروف الضغط ودرجة الحرارة تفضل استقرار هيكل أكسيد المغنيسيوم-الحديد البلوري. تتكون تركيبتها حسب نسب المغنيسيوم والحديد المتاحة أثناء التشكيل، بالإضافة إلى درجة الحرارة والضغط ونشاط الأكسجين. تحت الظروف المختزلة، يكون الحديد غالبًا موجودًا بشكل رئيسي كـ Fe²⁺، مما يسمح له بالاستبدال مباشرةً لـ Mg²⁺ في الهيكل الكالسيتي. يمكن أن تغير تغيرات نشاط الأكسجين نسبة الحديد الموجودة كـ Fe²⁺ أو Fe³⁺، وبالتالي تؤثر على استقرار وتراكيب مجموعة الأكاسيد.
في البيئات الميتامورفية ذات الضغط العالي، يمكن أن يتشكل الفيروبيريكلاز من خلال تفاعلات تتضمن معادن سيليكات غنية بـ Mg وأطوار تحمل الحديد. عند ضغوط كافية، يمكن تحول المعادن المستقرة في مستويات أعمق من القشرة والغلاف الصخني إلى مجموعات تحتوي على الفيروبيريكلاز. لذلك، وجوده لا يعتمد فقط على تركيب الصخر العام بل أيضًا على المسار الحراري-الضغط الذي مر به الصخر. قد تتراوح حجم الحبيبات من بلورات دقيقة إلى إدراجات محاطة بمعادن أخرى، اعتمادًا على الظروف الجيولوجية.
تُعرف فيروبريكليز أيضًا من الماس الذي تشكل في عمق كبير داخل الأرض. عندما يظهر الفيروبريكليز كشائبة محاطة بالماس، يمكن للحقل المحيط بالماس أن يحمي الشائبة من التغيير اللاحق أثناء نقلها نحو السطح. قد تحافظ هذه الشيوب على معلومات كيميائية وبنائية عن البيئة ذات الضغط العالي التي تشكلت فيها أو توازنت فيها. في هذه العينات، يظهر الفيروبريكليز غالبًا مع مواد معدنية أخرى تمثل مجموعات الغلاف الناعم العميق.
يمكن أن يظهر المعدن أيضًا في تجميعات ضغط عالية تم إنتاجها تجريبيًا، حيث تُستخدم ظروف الضغط والحرارة ونشاط الأكسجين المُتحكم بها لدراسة نظام MgO–FeO. توضح الدراسات التجريبية أن التركيب والخصائص الفيزيائية للفيروبيركلاز تتغير مع الضغط والحرارة ومحتوى الحديد. هذه العلاقات مفيدة عند تفسير العينات الطبيعية، وخاصة تلك من الصخور ذات الضغط العالي وأكاسيد المعادن ذات الأصل العميق.
البنية البلورية لفيريوبيريكلاز
فيريبريكلاس لها بنية بلورية مكعبية خصائص نظام البيركلاز-فستايت. إن هيكلها يعتمد على الترتيب من نوع ملح الصخور أو NaCl، حيث تشكل أيونات الأكسجين إطارًا متراصًا بشكل وثيق وتتربع الكاتيونات ثنائية التكافؤ على مواقع م коordinated مكعبية بينها. يتم توزيع المغنيسيوم والحديد على نفس الموقع البلوري للكاتيونات، لذلك يمكن للهيكل أن يتقبل التغيرات في نسبة Mg:Fe دون الحاجة إلى هيكل أساسي مختلف.
يمكن وصف الهيكل المثالي على أنه مجموعة من الكاتيونات Mg²⁺ وFe²⁺ محاطة بست ذرات أكسجين. كل ذرة أكسجين مُحاطة أيضًا بست كاتيونات ثنائية التكافؤ الجارين. يؤدي استبدال Fe²⁺ بـ Mg²⁺ إلى تغيير الأبعاد المتوسطة للهيكل لأن Fe²⁺ له نصف قطر أيوني أكبر من Mg²⁺. مع زيادة محتوى الحديد، تزداد عادةً معلمة الخلية البلورية والكثافة، بينما تتغير الخصائص الفيزيائية والمرنة الأخرى وفقًا للمكونات.
تؤثر الضغوط بشكل كبير على سلوك الهيكل في فيروبريكلاس. عند الضغوط ذات الصلة بالmantle السفلي للأرض، يبقى أكسيد الحديد في البنية البلورية، ولكن يمكن أن يتغير الحالة الإلكترونية للحديد. على وجه الخصوص، قد يمر Fe²⁺ بتحول من حالة عالية الدوران إلى حالة منخفضة الدوران تحت الضغط. هذا التغيير يتعلق بترتيب الإلكترونات في أيون الحديد وليس بتغيير تناظر البلورة ككل، لكنه قد يؤثر على حجم المعدن وكتلته الحجمية والمرونة وخصائص فيزيائية أخرى.
تُمكن توزيع وسلوك الحديد في الفيروبريكلاز من التغير أيضًا مع درجة الحرارة والضغط والمكونات. تؤثر هذه العوامل على العلاقة بين الشبكة البلورية والخصائص الفيزيائية التي تُقاس في عينات طبيعية أو مُنتجة تجريبيًا. وبالتالي، تأخذ دراسات التركيب للفيروبريكلاز عادةً في الاعتبار كل من تركيبها المغنيسيوم-الحديد والظروف التي تشكلت أو توازنت فيها المعادن.
خصائص الفيروبريكلاز الفيزيائية والكيميائية
تُوصف فيروبريكلاس عادةً بأنها معدن لونه رمادي داكن أو رمادي بني أو رمادي أخضر أو أسود، على الرغم من أن مظهرها يختلف حسب محتوى الحديد وحجم الحبيبات والشوائب وحالة العينة. وبما أن الفيروبريكلاس الطبيعي يحدث عادةً كحبات صغيرة أو تضمينات معدنية، فإن البلورات الكبيرة المطورة بشكل جيد نادرة. ولها لمعان عام يتراوح بين زجاجي إلى شبه معدني، وتتراوح شفافيتها من شفافة إلى غير شفافة حسب سماكة الحبيبات وتركيبها.
يمكن التعبير عن تركيب فيروبيريكلاز الكيميائي بشكل عام كـ (Mg,Fe)O، مع وجود Mg²⁺ و Fe²⁺ في الموقع الرئيسي للكationToken ثنائي التكافؤ. كمية الحديد النسبية متغيرة بدلًا من أن تكون ثابتة، وهذه التغيرات في التركيب تنتج تغييرًا مستمرًا في عدة خصائص فيزيائية بين التركيبات الغنية بالمغنيسيوم والتركيبات الغنية بالحديد. قد تحدث عناصر دقيقة أيضًا من خلال استبدالات إضافية، وخاصة في العينات الطبيعية التي تتشكل تحت ظروف جيولوجية معقدة.
تزداد كثافة الفيروبيركلاز عادةً مع زيادة محتوى الحديد لأن Fe²⁺ أثقل من Mg²⁺ ولديه نصف قطر أيوني أكبر. وتن tended أبعاد الخلية البلورية أيضًا إلى الزيادة عندما يحل Fe²⁺ محل Mg²⁺. توفر هذه العلاقات مؤشرات تكوينية مفيدة عند دراسة الفيروبيركلاز بالتحليل بالأشعة السينية أو طرق تحليلية أخرى. ومع ذلك، يمكن أن يؤثر الضغط والحرارة أيضًا على المعايير الهيكلية المقاسة، لذلك لا ينبغي استنتاج التركيب من خاصية فيزيائية واحدة دون مراعاة الظروف الجيولوجية.
تتميز فيروبريكلاز بدرجة انصهار عالية وهي مستقرة على مدى واسع من ظروف الضغط ودرجة الحرارة. تتأثر خصائصها الفيزيائية بشكل كبير بالضغط، وخاصة في البيئات ذات الضغط العالي حيث توجد الأمثلة الطبيعية. يمكن أن تتغير خصائص ملحوظة مثل الخصائص المرونة والكثافة والسلوك الكهربائي وغيرها مع تركيز الحديد والضغط. سلوك Fe²⁺ تحت الضغط مهم للغاية لأن التغييرات في حالة التربيع الإلكتروني يمكن أن تغير خصائص المادة دون تغيير هيكلها البلوري المكعب الأساسي. من الناحية الكيميائية، تنتمي فيروبريكلاز إلى نظام الأكسيد MgO–FeO. تحت ظروف كافية من الأكسدة، قد يظهر بعض الحديد في حالة أكسدة أعلى أو قد توجد فيروبريكلاز مع أكاسيد الحديد الأخرى وأملاح السيليكات. وبالتالي، تختلف الكيمياء الفعلية لعينة طبيعية حسب بيئة تكوينها وتاريخها الجيولوجي اللاحق. ومن ثم، من الضروري إجراء تحليل كيميائي كمي لتحديد نسبة Mg/Fe وتحديد استبدال العناصر الدقيقة.
أنواع و أنواع فيروبريكلاز
لا توجد أصناف معترف بها رسمياً لفيروبيريكلاس بناءً على اللون أو المظهر. بدلًا من ذلك، يُميّز المادة الطبيعية عادةً بتركيبها الكيميائي، وخاصة النسب النسبية للمغنيسيوم والحديد. وبما أن أيونات المغنيسيوم وحديد الصلب يمكن أن تستبدل بعضها البعض في نفس الموقع الهيكلي، قد تظهر العينات اختلافًا كبيرًا في التركيب بينما تحتفظ بالبنية البلورية المكعبة نفسها.
- مغنيسيوم غني بيروبيركلاز: يوجد Fe²⁺ ك compsant فرعي، مع بقاء المغنيسيوم كأيون ثنائي التكافؤ السائد. هذه التركيبات تقترب من العضو النهائي للبيريكلاس، MgO.
- الفيروبيريكلاز المتوسطة: يوجد المغنيسيوم والحديد بنسبة كبيرة، مما ينتج عنه تكوينات بين البيركلاز ووستيت. خصائص الفيزياء مثل الكثافة وأبعاد الخلية الواحدة تتغير حسب نسبة Mg:Fe.
- أكسيد المغنيسيوم المنكّه بالحديد: يُظهر الحديد نسبة أكبر من محتوى الكاتيونات الثنائية، وتتجه التركيبة نحو الجانب الغني بـ FeO في نظام MgO-FeO.
- تراكيب بيريكلاس-فيروبريكلاس: العينات القريبة من عضو MgO قد تحتوي على كميات صغيرة نسبياً من Fe²⁺. تُصنف هذه العينات بناءً على التركيب الكيميائي المحدد بالتحليل وليس على المظهر البصري.
- الفيروبيريكلاس في التجميعات ذات الضغط العالي: المواد الموجودة في الصخور ذات الأصل العميق أو التضمينات المعدنية يمكن أن يكون لها تكوينات تتأثر بالضغط ودرجة الحرارة ونشاط الأكسجين والجمعية المعدنية المحيطة. هذه الاختلافات الجيولوجية لا تمثل بالضرورة أصنافًا معدنية منفصلة.
لا يجب استخدام اللون كأساس رئيسي لتمييز هذه الأنواع التركيبية. يتطلب التحليل الكيميائي تحديد الكميات النسبية للمغنيسيوم والصلب، بينما يمكن استخدام تحليل الأشعة السينية والطرق الهيكلية الأخرى للتأكيد على البنية البلورية ووصف التغيرات المرتبطة بالتركيب.
أين توجد فيروبيريكلاس؟
الفيروبيريكلاس مرتبط بشكل رئيسي ببيئات جيولوجية ذات ضغط عالي بدلًا من الصخور السطحية العادية. تم تسجيل وجودها الطبيعي في تجميعات معادن ذات أصل عميق، بما في ذلك الفيروبيريكلاس المحفوظ كشذوذ داخل الماس. في هذه الظروف، يمكن للعُدَّة أن تبقى محاطة بالصخرة المضيفة أثناء النقل من العمق نحو سطح الأرض، مما يسمح بفحص تركيبها وبنية بلورتها بعد وصول الصخرة إلى ظروف أعمق.
تُرتبط فيروبريكلاز أيضًا بصخور التحول الضاغطي العالية التي تصبح فيها مراحل أكسيد المغنيسيوم والحديد مستقرة تحت ضغط ودرجة حرارة مرتفعة. يعتمد وجودها على التركيب الكيميائي العام للصخر بالإضافة إلى ظروف الضغط ودرجة الحرارة ونشاط الأكسجين أثناء تكوين المعادن أو التوازن اللاحق. قد يظهر مع معادن السيليكا الضاغطية العالية ومع أكاسيد أخرى ومع معادن تحتوي على المغنيسيوم والحديد.
يُرتبط هذا المعدن بشكل خاص بتركيبات القشرة العميقة. تحت ظروف تتوافق مع قشرة الأرض السفلية، يمكن لفيريوبيركلاز أن يجتمع مع مراحل سيليكات المغنيسيوم والصلب ذات الضغط العالي. قد تتغير استقراره وتركيبه مع العمق لأن الضغط المتزايد يؤثر على توزيع الحديد والمغنيسيوم بين المعادن المتواجدة. كما يمكن للحرارة ونشاط الأكسجين أن يؤثرا أيضًا على نسبة الحديد إلى المغنيسيوم والحالة التأكسدية للحديد داخل التركيب.
تُعتبر العينات الطبيعية صغيرة عادةً وقد تظهر كإدراجات أو ككتل دقيقة أو حبيبات منفصلة داخل الصخور ذات الضغط العالي. لهذا السبب، يتم دراسة الفيروبركلاز بشكل شائع باستخدام تقنيات التحليل الدقيق بدلًا من المراجعة التقليدية للعينات اليدوية. يمكن لتحليل الميكروبروب الإلكترونية تحديد نسبة Mg/Fe، بينما توفر أشعة إكس والتحليل الطيفي بالرنين والطرق الأخرى معلومات حول بنية البلورة والحالة الفيزيائية لها.
كيفية تحديد فيروبريكليز
يمكن أن يكون فيروبريكلاس صعب التعرف عليه من خلال المظهر فقط لأن العينات الطبيعية عادة ما تكون ذات حبيبات دقيقة وألوان داكنة أو محاطة بمعادن أخرى. كما يتقاطع تكوينها مع مراحل أكسيد المغنيسيوم والحديد الأخرى، وخاصة بيركلاز ووستيت. لذلك يتطلب تحديدًا موثوقًا معلومات حول التركيب الكيميائي والبنية البلورية بدلًا من الاعتماد فقط على اللون أو اللمعان أو شكل الحبيبات.
التحليل الكيميائي هو أحد الطرق الأساسية المستخدمة لتحديد خصائص الفيروبريكلاز. يمكن تحليل الميكروبيك الإلكتروني تحديد تركيزات المغنيسيوم والحديد وتحديد نسبة Mg / Fe لحبة منفصلة. يمكن أيضًا قياس عناصر إضافية لتحديد الاستبدالات الصغيرة. وبما أن نسبة Fe / Mg يمكن أن تتغير بشكل كبير، فإن التحليل الكمي يكون مفيدًا بشكل خاص للتمييز بين الفيروبريكلاز والتركيبات الأقرب إلى نهاية البيركلاز أو وستايت.
يمكن استخدام التحليل بالأشعة السينية لتأكيد الهيكل البلوري المميز للنوع الصخري. يؤثر استبدال Fe²⁺ بـ Mg²⁺ على أبعاد الخلية الأساسية، لذلك يمكن أن توفر معايير الشبكة المقاسة معلومات إضافية عن التركيب. ومع ذلك، تتأثر معايير البنية أيضًا بالضغط ودرجة الحرارة والحالة الفيزيائية للعينة، خاصة عندما يتم فحص المواد التي تشكلت تحت ظروف ضغط عالية بعد استعادتها. قد توفر طرق التحليل بالرنم والطرق الطيفية الأخرى معلومات إضافية عن الحالة البنائية والكيميائية للنوع الصخري، وخاصة عندما تكون الحبيبات المتاحة صغيرة جدًا. بالنسبة للفيروبريكلاز الذي تم الحفاظ عليه كشظية داخل الماس أو نوع صخري آخر، يمكن أن تكون الطرق التحليلية غير التدميرية مفيدة بشكل خاص لأن الشظية قد تكون بعرض عدة مايكروميترات فقط.
المعادن والطور الذي قد يحتاج إلى التمييز عن الفيروبريكلاز تشمل البُلْبُلَة و أوكسيد الحديد (II)تُمثل بيريكلاس العضو النهائي الغني بمعدن أكسيد الماغنيسيوم (MgO)، بينما تُمثل وستيت الأكسيد النهائي الغني بأكسيد الحديد (FeO) في نظام أكاسيد الماغنيسيوم والحددي. وبما أن هذه الطورتين يشتركان في هياكل وتركيبات كيميائية مشابهة، فإن التمييز بينهما لا يمكن دائمًا إجراؤه بشكل موثوق من خلال الخصائص البصرية. لذلك يجب أخذ التركيب الكيميائي والبيانات البلورية والبيئة الجيولوجية معًا عند تحديد عينة طبيعية.
تطبيقات واستخدامات فيروبريكلاز
لا توجد لفيريبريكلاس أي استخدام محدد كمواد خام صناعية أو حجر كريم أو معدن زخرفي. يُعتبر المادة الطبيعية عادةً على شكل حبيبات صغيرة أو إدراجات معدنية أو مكونات لتركيبات معدنية تحت ضغط عالي بدلًا من أن تكون مادة تم استخراجها لأغراض تجارية. تتسبب تركيبتها المتغيرة وOccurrences جيولوجية المعتادة في حدود استخدامها كسلعة معدنية تقليدية.
تتعلق التطبيقات الرئيسية للفيروبريكلاس ببحوث جيولوجية تجريبية. يمكن تحليل العينات الطبيعية لدراسة العلاقات الكيميائية بين المغنيسيوم والحديد في المعادن الأكسيدية وتحديد كيفية توزيع هذه العناصر بين المراحل ذات الضغط العالي المتوازية. كما يمكن دمج بيانات التركيب من الفيروبريكلاس مع معلومات من المعادن المرتبطة بها لدراسة ظروف الضغط ودرجة الحرارة والأكسجين لتشكيل المعادن.
تُدرس فيروبريكلاس أيضًا تجريبيًا لأن خصائصها تتغير تحت الضغط. يفحص البحث غالبًا تأثيرات الضغط ودرجة الحرارة على بنية بلورتها وكثافتها ومرونتها والحالة الإلكترونية للحديد. يتضمن التغيير الناتج عن الضغط بين الحالتين العالية والمنخفضة للدوبليت Fe²+ جزءًا مهمًا من سلوكها تحت ظروف الأرض العميقة ويمكن أن يؤثر على عدة خصائص فيزيائية قابلة للقياس.
في الدراسات الخاصة بال diamants ومواد أخرى ذات أصل عميق، يمكن أن توفر الشقائق المكونة من فيروبريكلاس معلومات عن الظروف التي عاشتها الحجرة المعدنية في العمق. وبما أن الشقائق الفردية قد تكون صغيرة جداً، تُستخدم تقنيات التحليل مثل المجهر الإلكتروني، والتحليل بالمجهر الإلكتروني، والأشعة السينية، والتحاليل الطيفية، وغيرها من الأساليب الطيفية بشكل شائع بدلًا من الفحص التقليدي للعينة.