Ferroperiklas egy magnézium-vas oxid ásvány, amely összetételét általában a következőképpen lehet megadni (Mg,Fe)O. Az a periklasz-csoportba tartozik, és szilárdoldat-sorozatot képez a magnéziumpikrosz (MgO) és a vasban gazdag wüstit (FeO) között. Szerkezetében az Fe²⁺ helyettesíti a Mg²⁺-t az egyenértékű kationhelyeken, lehetővé téve a kompozíció változását a magnézium és vas relatív arányától függően. A ferropikrosz nevet általában ezen rendszer vasban gazdag tagjaira használják, különösen olyan összetételre, amelyben a magnézium továbbra is jelentős komponens marad.
Ferroperiklász kristályosodik a kockás kristályrendszer és ugyanazt a alapstruktúrát veszi fel, mint a periklasz. Összetétele és fizikai tulajdonságai jelentősen változhatnak a növekvő vas-tartalommal. Mivel a Mg²⁺ és Fe²⁺ különböző ion sugarú, a vas helyettesítés befolyásolja a cellatérfogat méreteit, sűrűséget, optikai tulajdonságokat és rugalmas viselkedést. A ásvány általában sötét szürke, barnás, zöldes szürke vagy majdnem fekete, bár megjelenése változhat az összetételtől, a szemcsenagyságtól, bevitelaktól és alterációtól.
Természetes ferroperiklasz főként magas nyomású geológiai környezetekhez kapcsolódik. Megállapították, hogy bizonyos metamorf kőzetekben fordul elő, amelyek extrém nyomás alatt keletkeztek, valamint gyöngyökbe zárt inklúziókban, amelyek a Föld belsejében jelentős mélységekről származnak. A ferroperiklaszt az alsó mállat nyomás- és hőmérsékleti viszonyai között ismert ásványi fázisként ismerik. Jelenléte ezekben a környezetekben a Mg–Fe oxidok stabilitását tükrözi olyan feltételek mellett, amelyek jelentősen eltérnek a Föld felszínén uralkodóktól.
A ferroperiklas összetételének nem kell egyetlen Mg:Fe arányban lennie. Ehelyett a magnézium és vas egymást helyettesítheti egy összetétel-tartományon keresztül, és az pontos kémiai összetétel függ a geológiai környezettől, amelyben a kristály kialakult. Természetes mintákban kis mennyiségű más elem is előfordulhat további helyettesítések révén. Ezért a ferroperiklaszt legjobban a kémiai összetételével és szerkezeti jellemzőivel kell leírni, nem csupán a szín alapján.
Történet és felfedezése a ferropericlásenak
A ferroperiklasz nem szokás általánosan egyetlen rögzített összetételű ásványfajnak tekinteni a periklasz vagy wüstit ellenére. A neve a MgO–FeO szilárd oldatrendszerben lévő vas-tartalmú anyagra utal. A magnéziumtartalmú periklasz és vas-tartalmú wüstit közötti kapcsolat már régóta ismert a Mg–Fe–O rendszer kísérleti tanulmányai révén, míg természetesen előforduló ferroperiklaszt később azonosítottak a magasnyomású geológiai anyagokban.
A mineralogiai különbség elsősorban a kémiai összetétel és kristálystruktúra alapján történik, nem a szín vagy külső megjelenés alapján. A periklasz ideális összetétele MgO, míg a wüstit ideális összetétele FeO. Ezek az extrém tagok között a Mg²⁺ és a Fe²⁺ egymást helyettesítheti ugyanabban a szerkezeti pozícióban. Ferroperiklasz ezért egy, a Fe-t tartalmazó, Mg-domínáns összetételt képvisel ebben a bővebb oxid rendszerben. Természetes ferroperiklaszt több magasnyomású környezetből is jelentettek. Egyik ismertebb előfordulása a gyémántokban lévő ásványi bevitelként, ahol az ásványi bevitel-összetétel megőrizheti azokat az ásványokat, amelyek a Föld mállagának mélységeiben keletkeztek vagy egyensúlyba kerültek. A ferroperiklaszt más magasnyomású metamorf anyagokban és más geológiai környezetekben is felfedezték, ahol a nyomás és hőmérsékleti körülmények lehetővé teszik a Mg–Fe oxidok stabilitását.
A ferroperiklás összetételéből információk származhatnak az egyes minták kialakulásának vagy későbbi egyensúlyba jutásának feltételeiről. A magnézium és vas relatív arányát a hőmérséklet, nyomás, oxigén fugacitás és a környező ásványösszetevő összetétele befolyásolja. Ennek eredményeként a kémiai elemzés általában szükséges a ferroperiklás pontos jellemzéséhez, különösen akkor, ha megkülönböztetni kell a periklász–wüstit rendszer összetevés szerint rokon tagjaitól.
Ferroperiklasz kialakulása és geológiai előfordulása
A ferropericlase a magnézium és vas együttes előfordulásával képződik egy oxigénben gazdag rendszerben, és a nyomás-hőmérséklet-körülmények kedvezőek a kocka Mg–Fe-oxid szerkezet stabilitásához. Összetételét a kialakulás során rendelkezésre álló Mg és Fe arányai határozzák meg, valamint a hőmérséklet, nyomás és oxigén fugacitás is. Redukáló körülmények között a vas gyakran elsősorban Fe²⁺ formában jelenik meg, amely közvetlenül helyettesítheti a periclase szerkezetben a Mg²⁺-t. Az oxigén fugacitás változásai módosíthatják a vas arányát Fe²⁺ vagy Fe³⁺ formában, és ezért befolyásolhatják az oxid aszsemblája stabilitását és összetételét.
A magas nyomású metamorf környezetekben a ferroperkláz a Mg-gyenge szilikátásványok és vas-tartalmú fázisok részvételével alakulhat ki. Elegendően magas nyomás esetén a kéreg és a felső mállap szintjén stabil ásványok átalakulhatnak ferroperkláz tartalmú összetevőkbe. Ezért jelenléte nemcsak a tömegkő összetételétől, hanem a kőzet által élt nyomás–hőmérséklet útvonaltól is függ. A szemcsenagyság mikroszkópikus kristályoktól az egyéb ásványokban lévő bevitelékig terjedhet, attól függően, hogy milyen geológiai környezetben található.
A ferroperiklasztot ismerik azokból a gyöngyökből, amelyek a Föld belső mélyében keletkeztek. Amikor a ferroperiklaszt kiválás formájában a gyöngy belsejében található, a körülvevő gyöngy megvédi a kiválást a későbbi átalakulástól, amíg a felszín felé szállítják. Ilyen kiválások lehetnek olyan kémiai és strukturális információk megőrzésére képesek, amelyek a magas nyomású környezetről szólnak, amelyben létrejöttek vagy egyensúlyba kerültek. Ezekben a mintákban a ferroperiklaszt gyakran együtt fordul elő más mély földkéreg összetevőit jellemző ásványokkal.
A só ismerhető kísérletileg előállított, magasnyomású összetevőkben is, ahol a nyomás, hőmérséklet és oxigén fugacitás feltételeit ellenőrzött körülmények között használják a MgO–FeO rendszer vizsgálatára. Kísérleti tanulmányok azt mutatják, hogy a ferroperiklásza összetételének és fizikai tulajdonságainak megváltozása nyomás, hőmérséklet és vas-tartalom függvényében zajlik. Ezek az összefüggések hasznosak a természetes minták értelmezésében, különösen a magasnyomású kőzetekből és mélyforrású ásványbevitelekből származó esetekben.
A ferroperiklas kristálystruktúrája
Ferroperiklasnak van a kockás kristálystruktúra jellemzője a periklasz–wüstit rendszernek. A szerkezete a kősó vagy NaCl-típusú elrendezésen alapul, amelyben az oxigén anionok szorosan pakolt keretet alkotnak, és a kéttömös kationok azok között oktaéderesen koordinált helyeket foglalnak el. A magnézium és vas azonos kristálykémiai kationhelyeken oszlanak meg, így a szerkezet változásokat tud elviselni a Mg:Fe arányban anélkül, hogy másik alapvető szerkezeti keretet igénylenne.
Az idealizált szerkezet tehát egy Mg²⁺ és Fe²⁺ kationokból álló tömbként írható le, amelyet hat oxigénatom vesz körül. Minden oxigénatom szintén hat szomszédos, kétpluszos kationnal koordinált. Az Fe²⁺ helyettesítése a Mg²⁺-hez képest a szerkezet átlagos méreteit változtatja meg, mivel az Fe²⁺ nagyobb ion sugárú, mint a Mg²⁺. Növekvő vas-tartalom esetén a cellaállandó és a sűrűség általában növekszik, miközben más fizikai és rugalmas tulajdonságok is megváltoznak a összetételtől függően.
A nyomás jelentős hatással van a feroperiklasz szerkezeti viselkedésére. A Föld alsó magjára vonatkozó nyomásokon a vas-tartalmú oxid kockaszerű struktúrában marad, de a vas elektronállapota megváltozhat. Különösen a Fe²⁺ nyomás hatására magas spinűtől alacsony spinű állapotba térhet át. Ez a változás az ionban lévő elektronok elrendeződését érinti, nem a teljes kristályszerkezet szimmetriáját, de befolyásolhatja a kőzetképződés térfogatát, sűrűségét, rugalmasságát és más fizikai tulajdonságait.
A vasal és az elektronikus viselkedés eloszlása a ferroperklázban más is változhat hőmérséklet, nyomás és összetétel szerint. Ezek a tényezők befolyásolják a kristályrács és a természetes vagy kísérleti módon előállított mintákban mért fizikai tulajdonságok közötti kapcsolatot. Ennek következtében a ferroperkláz strukturális tanulmányai gyakran figyelembe veszik mind a Mg–Fe összetételét, mind a mineral formálódásának vagy egyensúlyozódásának nyomás–hőmérsékleti körülményeit.
Ferroperiklás fizikai és kémiai tulajdonságai
A ferroperiklas általában sötét szürke, barnás szürke, zöldes szürke vagy fekete ásványként írják le, bár megjelenése változhat a vas tartalom, a szemcsenagyság, az idegen anyagok és a minta állapota szerint. Mivel a természetes ferroperiklas gyakran kis szemcsékben vagy ásványi bevitelként fordul elő, jól fejlett makroszkópikus kristályok riták. A fényvisszaverődése általában üveges vagy részlegesen fémhez hasonló, és átlátszósága áttörőtől opákig terjed, attól függően, hogy mekkora a szemcsenagyság és a összetétel.
A ferroperiklas kémiai összetétele általánosan kifejezhető mint (Mg,Fe)O, ahol az Mg²⁺ és az Fe²⁺ foglalja el a fő kétdologú kationhelyet. Az vas relatív mennyisége változó, nem rögzített, és ez a kompozíciós változás folyamatosan változtatja a fizikai tulajdonságokat a magnéziumtartalmú és vas tartalmú összetétel között. Kisebb elemek is előfordulhatnak további helyettesítések révén, különösen természetes mintákban, amelyek összetett geológiai körülmények között keletkeztek.
A ferroperiklasz sűrűsége általában növekszik az vas tartalom növekedésével, mivel az Fe²⁺ nehezebb, mint a Mg²⁺, és nagyobb ion sugara van. A kristályrács méretei is tendenciájuk szerint növekednek, amikor az Fe²⁺ helyettesíti a Mg²⁺-t. Ezek a kapcsolatok hasznos összetevői mutatók, amikor a ferroperiklaszt röntgensugár-diffúzióval vagy más analitikai módszerekkel tanulmányozzák. Azonban a nyomás és hőmérséklet is befolyásolhatja a mért strukturális paramétereket, így az összetétel nem lehet következtetni egyetlen fizikai tulajdonságból, anélkül hogy a geológiai körülményeket figyelembe venné.
A ferroperiklas magas olvadáspontja van, és stabil egy széles nyomás- és hőmérséklet-tartományban. Fizikai tulajdonságai erősen befolyásolódnak a nyomástól, különösen a természetes példányokban előforduló magasnyomású környezetekben. Rugalmassági tulajdonságok, sűrűség, elektromos viselkedés és más mérhető jellemzők változhatnak az vas koncentrációja és a nyomás függvényében. A Fe²⁺ viselkedése összenyomás alatt különösen jelentős, mivel ennek elektronpályájának állapotváltozása megváltoztathatja a kőzet alapvető kocka kristálystruktúrájától függetlenül a fizikai tulajdonságait. Kémiai szempontból a ferroperiklas az MgO–FeO oxid rendszerhez tartozik. Megfelelően oxidatív körülmények között az arany lehetőleg magasabb oxidációs állapotban is előfordulhat, vagy a ferroperiklas más vasoxidokkal és szilikát ásványokkal együtt is előfordulhat. Ezért a természetes minta valós kémiai összetétele a kialakulás környezetétől és az azt követő geológiai történettől függ. Kvantitatív kémiai elemzés szükséges tehát a Mg/Fe arány meghatározásához és a kis mennyiségű elemi helyettesítések azonosításához.
Ferroperiklas típusai és fajtái
A ferroperiklasznak nincs széles körben elfogadott, színen vagy megjelenésen alapuló hivatalosan elismert változata. Ehelyett a természetes anyagot gyakran kémiai összetételük alapján különböztetik meg, különösen a magnézium és vas relatív arányát tekintve. Mivel a Mg²⁺ és Fe²⁺ egymást helyettesítheti ugyanabban a strukturális helyen, a minták jelentős összetételi változatosságot mutathatnak, miközben ugyanazt a kocka kristálystruktúrát tartják fenn.
- Magnéziumot tartalmazó ferroperiklasz: A Fe²⁺ jelenik elülső összetevőként, míg a magnézium marad a domináns kéttartalmú kation. Ezek az összetételűek közelítik a perklázis végtagot, MgO-t.
- Középső fekete peridotit: A magnézium és vas jelentős arányban fordul elő, összetételük a periklász és a wüstit közötti. Fizikai tulajdonságok, mint a sűrűség és a körcella méretei a Mg:Fe aránytól függnek.
- Vasal rózsa-vasperiklasz: A vasalló kation tartalom nagyobb arányt képvisel, és a összetétel közeledik a MgO–FeO rendszer FeO gazdag oldalához.
- Periklasz–ferroperiklasz összetételek: A MgO végtaghoz közel levő minták relatíve kis mennyiségű Fe²⁺-t tartalmazhatnak. Osztályozásuk a kémiai összetételen alapul, amelyet az elemzés határoz meg, nem a vizuális megjelenésen.
- Ferroperiklas a magasnyomású összetevőkben: A mély eredetű kőzetekben vagy a magmás kőzetekbe zárt ásványkiválásokban előforduló anyagok összetételét nyomás, hőmérséklet, oxigén fugacitás és a környező ásványösszetétel befolyásolhatja. Ezek a geológiai különbségek nem feltétlenül jelentenek külön ásványfajtát.
A szín nem lehet a kompozíciós típusok megkülönböztetésének elsődleges alapja. Kémiai elemzés szükséges a magnézium és vas relatív mennyiségének meghatározásához, miközben a röntgenkristályvizsgálat és más szerkezeti módszerek segítségével ellenőrizhető a kockaszerkezet és jellemezhetők a kompozícióval összefüggő változások.
Hol Található a Ferropericlász?
A ferroperiklasz főként magasnyomású geológiai környezetekhez kapcsolódik, nem pedig a szokásos felszíni kőzetekhez. Természetes előfordulásai dokumentáltak mélyforrású ásványösszetételben, beleértve a ferroperiklaszt, amely gyémántokban lévő beágyazódásokként maradt meg. Ezekben a körülmények között a kőzet a mélyből a Föld felszínére történő szállítás során zártan maradhat a gazdagyémántban, lehetővé téve összetételének és kristálystruktúrájának vizsgálatát, miután a gazdagyemánt mélyebbre kerül.
A ferroperiklas szintén kapcsolódik a magasnyomású metamorf kőzetekhez, amelyekben a Mg–Fe oxidfázisok stabilizálódnak a növekvő nyomás és hőmérséklet hatására. Előfordulása a kőzet összetételétől, valamint a nyomás, hőmérséklet és oxigén fugacitás feltételeitől függ a kőzetképződés vagy az ezt követő egyensúlyi folyamat során. Együtt fordulhat elő magasnyomású szilikát-kőzetekkel, más oxidokkal és olyan kőzetekkel, amelyek magnéziumot és vasat tartalmaznak.
A kőzet a mély földköpeny összetevőivel kapcsolatos. A Föld alsó köpenyének feltételei mellett a ferroperkláz együtt élhet magasnyomású magnézium-vas szilikát fázisokkal. Stabilitása és összetétele változhat a mélységgel, mivel a növekvő nyomás befolyásolja a vas és a magnézium eloszlását az együtt lévő ásványok között. A hőmérséklet és az oxigén fugacitás is befolyásolhatja a vas/magnézium arányt és a vas oxidációs állapotát az összetevőben.
Természetes minták gyakran kicsik, és gyakran beágyazódásokként, finom szemcsés tömegként vagy izolált szemcsékben fordulnak elő magas nyomású kövekben. Ezért a ferroperkláz gyakran mikroanalitikai technikákkal vizsgálják, nem pedig hagyományos kézimintás vizsgálatokkal. Az elektronmikroszonda elemzés meghatározhatja a Mg/Fe arányt, míg a röntgenkristálydiffúzió, a Raman-spektroszkópia és más módszerek információt nyújthatnak a kristályszerkezetéről és fizikai állapotáról.
Hogyan lehet azonosítani a ferroperilitet
A ferroperiklasz azonosítása különösen nehéz a megjelenés alapján, mivel a természetes minták gyakran finom szemcséjűek, sötét színűek vagy más ásványokban rekednek. Összetétele is fedi más Mg–Fe oxid fázisokat, különösen a periklaszt és a wüstit. Ezért megbízható azonosításhoz mind a kémiai összetétel, mind a kristálystruktúra információira van szükség, nem csupán a szín, fényvisszaverődés vagy szemcseszerkezet alapján.
A kémiai elemzés az egyik elsődleges módszer a ferroperiklás meghatározására. Az elektron-mikroszonda elemzés megállapíthatja a magnézium és vas koncentrációit, és megállapíthatja egy egyedi szemcsének a Mg/Fe arányát. További elemek mérésével kis helyettesítéseket is felfedezhetünk. Mivel az Fe/Mg arány jelentősen változhat, a kvantitatív elemzés különösen hasznos a ferroperiklás megkülönböztetésére a periklás vagy wüstit endmérőkhez közelebb eső összetételű anyagoktól.
A röntgendiffrakció segítségével ellenőrizhető a kőzetkémiai anyag jellemző kockaszerkezete. Az Fe²⁺ Mg²⁺-ra való helyettesítése befolyásolja a elemi cella méreteit, így mérhető hálóparaméterek további információt nyújthatnak a összetételről. Azonban a szerkezeti paramétereket is befolyásolják a nyomás, hőmérséklet és a minta fizikai állapota, különösen akkor, amikor magasnyomás alatt képződött anyagot vizsgálnak a visszakerülés után. A Raman-spektroszkópia és más spektroszkópiai módszerek további információt nyújthatnak a kőzetkémiai anyag szerkezeti és kémiai állapotáról, különösen akkor, amikor a rendelkezésre álló szemcsék nagyon kicsik. Ferroperkláz, amely gyöngybe vagy más gazdagába zártan maradt meg, esetén nem pusztító analitikai módszerek különösen hasznosak lehetnek, mivel a beágyazott rész csak néhány mikrométeres lehet.
A főbb ásványok és fázisok, amelyeket megkülönböztetni kell a ferroperklásztól, azok a következők: periklász és kőső. A periklasz a MgO-gyenge végtagot képviseli, míg a wüstit a FeO-gyenge a Mg–Fe oxid rendszerben. Mivel ezek a fázisok szorosan kapcsolódó szerkezeteket és összetételeket osztanak, a különbség nem mindig megfelelően azonosítható vizuális jellemzőkből. Ezért a természetes minta azonosításakor a kémiai összetétel, kristálytani adatok és a geológiai környezet együtt kell figyelembe venni.
Alkalmazások és használati területek a ferroperiklasztól
A ferroperiklasz nem rendelkezik beazonosított ipari nyersanyagként, gyöngyöskőként vagy díszkőként való használatával. A természetes anyag általában kis szemcsékben, ásványi bevonatokban vagy magasnyomású ásványi összetevők komponenseiben fordul elő, inkább mint olyan anyag, amit kereskedelmi alkalmazásokra nyernek ki. Változó összetételének és tipikus geológiai előfordulásának következtében korlátozott a hagyományos ásványi termék-ként való használata.
A ferroperiklás fő alkalmazásai a mineralógiai és kísérleti kutatásokkal kapcsolatosak. Természetes mintákat lehet elemzni, hogy vizsgálják a magnézium és vas kémiai kapcsolatait az oxid-minerálokban, és hogy meghatározzák, hogyan oszlanak el ezek az elemek a egyidejű magasnyomású fázisok között. A ferroperiklás összetételi adatait szintén össze lehet kombinálni a hozzá tartozó minerálok információival, hogy tanulmányozzák a kialakulásuk során uralkodó nyomás, hőmérséklet és oxigénkörülményeket.
A ferroperiklasztot kísérletileg is tanulmányozzák, mivel tulajdonságai megváltoznak a nyomás hatására. A kutatások gyakran vizsgálják a nyomás és hőmérséklet hatását a kristálystruktúrájára, sűrűségére, rugalmasságára és a vas elektronállapotára. A Fe²⁺ magas- és alacsony-spin állapotok közötti nyomás-függő változása fontos része a mélyföldi körülmények közötti viselkedésének, és befolyásolhat több mérhető fizikai tulajdonságot.
A gyémántok és más mélyforrású anyagok tanulmányozásában a ferropericláz beviteliek információt nyújthatnak a gazdaminerál mélységi körülményeiről. Mivel az egyes beviteliek rendkívül kicsik lehetnek, analitikai technikák, például az elektronmikroszkópia, az elektronmikrosonda elemzés, a röntgenkristálytani elemzés, a Raman-spektroszkópia és egyéb spektroszkópiai módszerek szokásosan használatosak a hagyományos mintaalapú vizsgálat helyett.