フェロペリクレース

フェロペリクレースの歴史と発見

フェロペリクローゼは、ペリクローゼやヴェストライトのように単一の固定組成を持つ鉱物種として一般的に扱われない。この名称は、MgO-FeO固溶体系内の鉄を含有する物質を指す。マグネシウムを多く含むペリクローゼと鉄を多く含むヴェストライトとの関係は、Mg-Fe-O系の実験的研究によって長く認識されてきたが、その後、高圧地質物質中に自然に存在するフェロペリクローゼが同定された。

鉱物学的区別は、色や外見よりも主に化学組成と結晶構造に基づいている。ペリクレースの理想組成はMgOであり、ヴェストライトの理想組成はFeOである。これらの端メンバーの間では、Mg²⁺とFe²⁺は同じ構造的位置で互いに置換することができる。したがって、フェロペリクレースはこの広範な酸化物系において鉄を含むがマグネシウムが主な組成を示す。自然なフェロペリクレースはいくつかの高圧環境から報告されている。その中でもっともよく知られた例は、ダイヤモンド中の鉱物包含物としての存在であり、包含物の集合体は地球のマントル内部で形成または平衡した鉱物を保存することがある。フェロペリクレースはまた、高圧変成岩や他の地質的環境においても確認されており、ここでは圧力と温度条件がMg-Fe酸化物の安定性を許容している。

フェロペリクレースの組成は、個々のサンプルが形成されたあるいはその後平衡化された条件に関する情報を提供する。マグネシウムと鉄の相対的な割合は、温度、圧力、酸素フーガシティ、および周囲の鉱物集合体の組成に影響される。その結果、フェロペリクレースを正確に特徴付けるには通常、化学分析が必要となる。特に、ペリクレース-ウイストイト系の組成的に関連するメンバーと区別する場合においてはそうである。

フェロペリクレースの形成と地質的出現

フェロペリクレースは、マグネシウムと鉄が酸素を豊富に含むシステムで一緒に存在する条件下で形成され、圧力-温度条件が立方晶のMg-Fe酸化物構造の安定性を有利にする。その組成は、形成中に利用可能なMgとFeの割合に加え、温度、圧力および酸素フーガシティによって制御される。還元的な条件下では、鉄は一般的にFe²⁺として主に存在し、これはペリクレース構造におけるMg²⁺への直接置換を可能にする。酸素フーガシティの変化は、Fe²⁺またはFe³⁺として存在する鉄の割合を変更し、したがって酸化物集合体の安定性および組成に影響を与えることができる。

高圧の変成環境において、フェロペルクリスはマグネシウムを豊富に含むシリケート鉱物と鉄を含有する相との反応によって生成されることがある。十分な高い圧力下では、地殻および上部マントルの浅いレベルで安定している鉱物がフェロペルクリスを含む集合体に変化することができる。したがって、フェロペルクリスの存在は岩石の全体組成だけでなく、岩石が経験した圧力-温度経路にも依存する。粒径は、地質的状況に応じて微視的な結晶から他の鉱物に含まれる不純物まで異なることがある。

フェロペリクレースは、地球の深い場所で形成されたダイヤモンドからも知られています。フェロペリクレースがダイヤモンドに包まれた包含物として存在する場合、周囲のダイヤモンドが地表に向かう過程での後の変質から包含物を保護します。このような包含物は、それらが形成または平衡した高圧環境に関する化学的・構造的な情報を保持することがあります。これらのサンプルでは、フェロペリクレースは深部マントル集合体に特徴的な他の鉱物と一緒に通常存在します。

鉱物は実験的に生成された高圧集合体にも存在し、制御された圧力、温度、酸素フーガシティ条件がマグネシウム酸化物-鉄酸化物系の研究に用いられる。実験的研究では、フェロペリクラスの組成および物理的性質が圧力、温度および鉄含量とともに変化することを示している。これらの関係は、特に高圧岩や深部起源の鉱物包含物からなる自然試料の解釈において有用である。

フェロペリクレースの結晶構造

フェロペリクレースにはあります 立方晶構造 ペリクラス-ヴェストライト系の特徴。その構造は、岩塩またはNaCl型配列に基づいており、酸素アニオンが密に詰まったフレームワークを形成し、二価の陽イオンがそれらの間に八面体配位されたサイトを占めている。マグネシウムと鉄は同じ結晶学的陽イオンサイトに分布しているため、構造はMg:Fe比の変化を異なる基本的な構造枠なしに取り込むことができる。

理想化構造は、したがって、6つの酸素原子によって取り囲まれたMg²⁺およびFe²⁺の陽イオンの配列として説明することができる。各酸素原子もまた、6つの隣接する二価の陽イオンと配位している。Fe²⁺がMg²⁺に置き換えられると、Fe²⁺がMg²⁺よりも大きいイオン半径を持つため、構造の平均寸法が変化する。鉄含量が増加すると、単位格子定数および密度は一般的に増加し、他の物理的および弾性特性も組成に応じて変化する。

圧力は、フェロペルクリスの構造的挙動に大きな影響を与えます。地球の下部マントルに関連する圧力では、鉄を含む酸化物は立方晶構造を維持しますが、鉄の電子状態は変化する可能性があります。特に、Fe²⁺は圧力によって高スピンから低スピンへの遷移を起こすことがあります。この変化は、鉄イオン内の電子の配置の変化であり、全体的な結晶対称性の変化ではありませんが、鉱物の体積、密度、弾性、その他の物理的性質に影響を与えることがあります。

フェロペルクラスにおける鉄の分布および電子的挙動は、温度、圧力、組成によっても変化する。これらの要因は、結晶格子と自然または実験的に生成されたサンプルで測定された物性との関係に影響を与える。したがって、フェロペルクラスの構造的研究では、通常そのMg-Fe組成と、鉱物が形成または平衡に達した圧力-温度条件の両方が考慮される。

鉄マグネサイトの物理的・化学的性質

フェロペリクレースは、鉄分含量、粒径、不純物、試料の状態によってその見た目が異なるため、通常は暗灰色、茶色がかった灰色、緑がかった灰色、または黒い鉱物とされる。自然に発生するフェロペリクレースは一般的に小さな粒や鉱物包含物として現れるため、発達したマクロな結晶は珍しい。その光沢は一般的にガラス質から半金属質であり、透明度は粒の厚さや組成に応じて透過性から不透明まで変化する。

フェロペリクラスの化学組成は広く次のように表されることができる (Mg,Fe)O、Mg²⁺およびFe²⁺が主要な二価陽イオンサイトを占めている。鉄の相対量は固定ではなく変動し、この組成の変化により、マグネシウムを多く含む組成と鉄を多く含む組成の間でいくつかの物理的性質が連続的に変化する。また、微量元素は複雑な地質的条件で形成された天然試料において特に追加の置換を通じて存在することがある。

フェロペリクレースの密度は、鉄含有量が増加するにつれて一般に増加し、これはFe²⁺がMg²⁺よりも重く、イオン半径も大きいからである。ユニットセルの寸法もまた、Fe²⁺がMg²⁺を置き換えるにつれて増加傾向にある。これらの関係性は、X線回折や他の分析方法によってフェロペリクレースが研究される際の有用な組成指標となる。しかし、圧力や温度も測定された構造パラメータに影響を与えることがあるため、地質学的条件を考慮せずに単一の物理的性質から組成を推測してはならない。

フェロペリクレースは高い融点を持ち、広範な圧力および温度条件において安定しています。その物理的性質は圧力によって強く影響を受けるため、自然に存在する高圧環境では特に顕著です。弾性特性、密度、電気的挙動、他の測定可能な特性は、鉄濃度と圧力の両方に応じて変化します。圧縮下でのFe²⁺の挙動は特に重要で、電子スピン状態の変化が物質の物理的性質を変える可能性があるため、基本的な立方晶構造は変化しません。化学的観点から見ると、フェロペリクレースはMgO–FeO酸化物系に属します。十分に酸化的な条件下では、一部の鉄がより高い酸化状態になるか、またはフェロペリクレースが他の鉄酸化物や珪酸塩鉱物と共存することがあります。したがって、天然試料の実際の化学組成は、その生成環境とその後の地質学的歴史に依存します。したがって、Mg/Fe比を決定し、微量元素置換を特定するために定量的な化学分析が必要です。

フェロペリクレースの種類と品種

フェロペリクレースには、色や外観に基づいた広く確立された公的な種類は存在しない。代わりに、自然に発生する物質は、特にマグネシウムと鉄の相対的な割合によって区別されることが多い。Mg²⁺とFe²⁺は同じ構造的サイト内で相互置換可能であるため、サンプルは同じ立方晶構造を維持しながらも、かなりの組成変化を示すことがある。

• マグネシウムを豊富に含むフェロペリクレース： Fe²⁺は補助的な成分として存在し、マグネシウムが主な二価の陽イオンのままである。これらの組成は、ペリクラス端員、MgOに近づく。
• 中級フェロペリクレース: マグネシウムと鉄は大量に存在し、ペリクラスとヴェストサイトの組成の間のものを生成する。密度や単位格子の寸法などの物理的性質は、Mg:Fe比に応じて変化する。
• 鉄を豊富に含むフェロペリクレース： 鉄は二価の陽イオン含量のより大きな割合を示し、組成はMgO-FeO系のFeO豊富側に近づく。
• ペリクラーゼ-鉄ペリクラーゼ組成： MgO端成分に近いサンプルは、比較的少量のFe²⁺を含むことがある。その分類は視覚的な外観ではなく、分析によって決定された化学組成に依存する。
• 高圧集合体におけるフェロペリクレース： 深部起源の岩石や鉱物包含物に含まれる物質は、圧力、温度、酸素分圧および周囲の鉱物集合によって組成が影響を受けることがある。これらの地質的違いは、必ずしも異なる鉱物種を表すわけではない。

色は、これらの構成タイプを区別する主な基盤として使用されてはならない。マグネシウムと鉄の相対量を決定するには化学分析が必要であり、X線回折および他の構造的方法を用いて立方構造を確認し、組成に関連する変化を特徴付けることができる。

フェロペリクレースはどこにありますか？

フェロペリクレースは、通常の地表の岩石よりも高圧の地質的環境と関連しています。自然な出現は、深部起源の鉱物集合体において記録されており、ダイヤモンド内の包含物として保存されたフェロペリクレースが含まれます。これらの環境では、鉱物は地球の表面に向かって深部から運ばれる間に、ホストダイヤモンド内で閉じ込められたままとなり、ホスト岩が浅い条件に達した後でもその組成や結晶構造を調べることが可能になります。

フェロペリクレースは、マグネシウム-鉄酸化物相が高圧および高温下で安定する高圧変成岩とも関連しています。その出現は、岩石の全体的な化学組成に加え、鉱物形成時またはその後の平衡化時の圧力、温度、酸素フガシティの条件に依存します。これは高圧シリケート鉱物、他の酸化物、およびマグネシウムと鉄を含む鉱物とともに出現することがあります。

その鉱物は特に深部マントルの集合体と関連しています。地球の下部マントルに対応する条件下では、フェロペリクレースは高圧性のマグネシウム-鉄シリケート相と共存することができます。その安定性および組成は、深さに応じて変化することがあり、圧力の増加が共存する鉱物間における鉄とマグネシウムの分配に影響を与えるためです。温度や酸素フガシティも、集合体内のFe/Mg比および鉄の酸化状態に影響を与えることがあります。

自然なサンプルは一般的に小さく、高圧鉱物内で包含物、微細な凝集体、または孤立した粒として現れることがあります。このため、フェロペリクレースは通常の手標本検査ではなく、マイクロ分析技術を用いてよく研究されます。電子マイクロプローブ分析により、Mg/Fe比を決定することができます。X線回折、ラマン分光法、その他の方法により、結晶構造や物理的状態に関する情報を得ることができます。

フェロペリクレースの識別方法

フェロペリクレースは、天然の標本がよく細粒で、暗色であるか、他の鉱物に囲まれているため、外見だけで識別するのは難しい。その組成は、特にペリクレースおよびフュースタイットを含む他のMg–Fe酸化物相と重なることがある。したがって、信頼できる同定には、色、光沢または粒状形態にのみ依存するのではなく、化学組成と結晶構造に関する情報が必要である。

化学分析は、フェロペリクレースを特徴付けるために使用される主な方法の一つです。電子マイクロプローブ分析は、マグネシウムと鉄の濃度を決定し、個々の粒子のMg/Fe比を確立することができます。追加の元素も測定され、微量置換を特定するために使用されます。Fe/Mg比はかなり変化するため、定量分析はフェロペリクレースをペリクレースまたはヴェストライトのエンドメンバーに近い組成から区別するのに特に役立ちます。

X線回折は、鉱物の特徴的な立方構造を確認するために使用できます。Fe²⁺がMg²⁺に置換されることにより、単位格子の寸法が変化するため、測定された格子定数は組成に関する追加情報を提供します。ただし、構造パラメータは圧力、温度、およびサンプルの物理状態にも影響されるため、特に高圧条件下で形成された物質が回収後に分析される場合に注意が必要です。ラマン分光法やその他の分光法は、利用可能な粒が非常に小さい場合においても、鉱物の構造的・化学的状態に関する追加情報を提供することがあります。ダイヤモンドや他のホスト鉱物中に包含物として保存されているフェロペリクレースの場合、非破壊的な分析手法は特に有用であり、包含物が数マイクロメートルしかなかったとしてもです。

鉄スピンエリットから区別する必要がある可能性のある主要な鉱物およびフェーズには以下が含まれます 周皮 および ウィステイト. パーリクラスはMgOを豊富に含む端メンバーを表し、ウースタイットはMg-Fe酸化物系におけるFeOを豊富に含む端メンバーを表します。これらの相は構造や組成が非常に似ているため、視覚的な特徴から常に明確に区別できるとは限りません。したがって、自然試料を同定する際には、化学組成、結晶学的データ、および地質的環境を一緒に考慮する必要があります。

フェロペリクレースの応用と用途

フェロペリクレースは、産業用原料、宝石、装飾用鉱物としての明確な用途を持っていない。天然の物質は、通常、小さな粒、鉱物の内包物、または高圧鉱物集合体の成分として見られるだけで、商業的な応用のために抽出される材料としては一般的ではない。その変化する組成と典型的な地質的出現は、従来の鉱物資源としての使用を制限している。

フェロペリクレースの主な応用は、鉱物学的および実験的研究に関係しています。天然試料を分析することで、酸化物鉱物におけるマグネシウムと鉄の化学的関係を調査し、これらの元素が共存する高圧相にどのように分布しているかを調べることができます。フェロペリクレースからの組成データは、関連鉱物からの情報を組み合わせて、鉱物形成時の圧力、温度、酸素条件を研究するためにも使用されます。

フェロペリクレースは、圧縮下での性質が変化するため、実験的にも研究されている。一般的な研究では、圧力と温度がその結晶構造、密度、弾性、鉄の電子状態に与える影響が調べられる。Fe²⁺の高スピン状態と低スピン状態の間の圧力誘発的な変化は、深部地球条件における挙動の重要な一部であり、いくつかの測定可能な物理的性質に影響を与えることがある。

ダイヤモンドや他の深部起源物質の研究において、フェロペリクレースの包含物は、深さでホスト鉱物が経験した条件に関する情報を提供することができる。個々の包含物が非常に小さい場合があるため、従来の試料ベースの検査ではなく、電子顕微鏡、電子マイクロプローブ分析、X線回折、ラマン分光法、その他の分光法などの分析技術が一般的に使用される。