Ferroperikláz je minerál oxidu magnézia a železa s všeobecným zložením znázorneným ako (Mg,Fe)OPatrí k skupine periklasy a tvorí súvislú riešenie medzi bohatým na magnézium periklasom, MgO, a bohatým na železo wüstitom, FeO. V jej štruktúre sa Fe²⁺ nahrádza za Mg²⁺ v ekvivalentných dvojvalentných katódových miestach, čo umožňuje zmeniť zloženie podľa relatívnych množstiev magnézia a železa. Názov feroperiklasa sa obvykle používa pre železné členy tohto systému, najmä zloženia, v ktorých zostáva magnézium hlavným komponentom.
Ferroperiklas kryštáluje v kubický kryštálový systém a má rovnakú základnú štruktúru ako periklas. Jeho zloženie a fyzikálne vlastnosti sa môžu značne meniť s rastúcim obsahom železa. Pretože Mg²⁺ a Fe²⁺ majú rôzne iontové polomery, náhrada železom ovplyvňuje parametre ako rozmery jednotkovej mriežky, hustota, optické vlastnosti a pružné správanie. Minerál je zvyčajne tmavosivý, hnidošedý, zelenošedý alebo skoro čierny, hoci jeho vzhľad sa môže meniť podľa zloženia, veľkosti zrn, inklúzií a alterácie.
Prirodzene feroperiklase je spojené najmä s vysokotlakými geologickými prostrediami. Bolo identifikované v určitých metamorfných skalách vytvorených za extrémnych tlakových podmienok a ako zahrnutia v diamantoch, ktoré vznikli vo veľkých hĺbkach v Zemi. Feroperiklase sa tiež rozpoznáva ako minerálna fáza, ktorá môže vzniknúť za tlakovo- teplotných podmienok spodnej plášťovej oblasti. Jej výskyt v týchto prostrediam odráža stabilitu oxidov Mg–Fe za podmienkach výrazne odlišných od tých na povrchu Zeme.
Složenie feroperiklasu nie je vždy pevne stanovené na jednu pomer Mg:Fe. Namiesto toho sa magnézium a železo môžu navzájom nahradiť v rámci šírky složení, a presná chemická zložka závisí od geologického prostredia, v ktorom sa minerál vytvoril. V prírodných vzorkách sa môžu tiež vyskytovať menšie množstvá iných prvkov cez ďalšie náhrady. Preto je feroperiklas najlepšie opísaný svojou chemickou zložkou spolu so svojimi štrukturálnymi vlastnosťami, a nie len farbou.
Historia a objavovanie feroperiklasu
Ferroperikláz sa všeobecne nepovažuje za druh minerálu s jednou pevnej kompozíciou v tom istom zmysle ako perikláz alebo wüstit. Názov označuje materiál obsahujúci železo vo vnútri systému tuhých roztokov MgO–FeO. Vzťah medzi magnezím bohatým periklázom a železom bohatým wüstitom bol už dlho známy prostredníctvom experimentálnych štúdií systému Mg–Fe–O, zatiaľ čo prirodzene vyskytujúce sa ferroperikláz bolo neskôr identifikované v geologických materiáloch s vysokým tlakom.
Mineralogické rozdiel je založený predovšetkým na chemickom zložení a kryštálovej štruktúre, nie na farbe alebo vonkajšom vzhľade. Perikláz má ideálne zloženie MgO, zatiaľ čo wüstit má ideálne zloženie FeO. Medzi týmito koncovými členmi sa môžu Mg²⁺ a Fe²⁺ navzájom nahradiť v rovnakom štrukturálnom polohy. Feroperikláz teda predstavuje zloženie s obsahom železa, dominujúceho magnézia v tomto širšom oxidovom systéme. Prirodzený feroperikláz bol správovaný zo viacerých vysokotlakých prostredí. Jednou z lepšie známych výskytov je ako minerálna inklúzia v diamantoch, kde aspoň inklúzie môžu zachovať minerály, ktoré sa vytvorili alebo sa vyrovnali pri hĺbke vo vnútri zemského plášťa. Feroperikláz bol tiež identifikovaný v materiáloch vysokotlakovej metamorfózy a iných geologických prostrediam, kde podmienky tlaku a teploty umožňujú stabilitu oxidov magneza a železa.
Složenie feroperiklasu môže poskytnúť informácie o podmienkach, za ktorých sa jednotlivý vzorka vytvorila alebo následne vyrovnala. Relatívne zloženie magnézia a železa je ovplyvnené teplotou, tlakom, fúgou kyslíka a zložením okolitého súboru minerálov. V dôsledku toho je chemická analýza normálne potrebná na presné charakterizovanie feroperiklasu, najmä pri rozlišovaní od kompozične príbuzných členov systému periklas-wüstit.
Formovanie a geologické výskyt feroperiklasu
Ferroperiklas vzniká za podmienok, kedy sa magnézium a železo vyskytujú spolu v systéme bohatom na oxidy a podmienky tlaku a teploty zvyhovujú stabilite kubického oxidu Mg–Fe. Jeho zloženie je určené pomerom Mg a Fe dostupným počas tvorby, ako aj teplotou, tlakom a fugacitou kyslíka. V redukujúcich podmienkach je železo často prítomné hlavne ako Fe²⁺, čo umožňuje jeho priamu náhradu za Mg²⁺ v štruktúre periklasy. Zmeny fugacity kyslíka môžu meniť pomer železa ako Fe²⁺ alebo Fe³⁺ a tým ovplyvniť stabilitu a zloženie oxidovej asambleje.
V vysokotlakových metamorfných prostrediam sa feroperiklas môže vyvinúť prostredníctvom reakcií započiatých s Mg-bohatými kremičnanovými minéralkami a železnými fázami. Pri dostatočne vysokom tlaku sa minéralky stabilné na menších hĺbkach zemského kruste a hornom plášti môžu premeniť na assembláge obsahujúce feroperiklas. Jeho prítomnosť teda závisí nielen od celkovej zloženia horniny, ale aj od tlakovo-teplotného počtu, ktorý hornina prešla. Veľkosť zrn môže byť od mikroskopických kryštálov po inklúzie uzatvorené v iných minéralkách, podľa geologického prostredia.
Ferroperiklase je známy aj z diamantov, ktoré vznikli v veľkých hĺbkach vo vnútri Zeme. Keď sa ferroperiklase vyskytuje ako zahrnutie uzatvorené diamantom, okolitý diamant môže chrániť zahrnutie pred neskúrou zmenou počas jeho prepravy k povrchu. Takéto zahrnutia môžu zachovať chemické a štrukturálne informácie o vysokotlakom prostredí, v ktorom vznikli alebo sa vyrovnali. V týchto vzorkách sa ferroperiklase často vyskytuje spolu s inými minerálmi charakteristickými pre hlboké asamblee mantíky.
Minerál sa môže vyskytovať aj v experimentálne produkovanej vysokotlakovej assembláciách, kde sú použité kontrolované tlak, teplota a oxidačný potenciál k vyšetreniu systému MgO–FeO. Experimentálne štúdie ukazujú, že zloženie a fyzikálne vlastnosti feroperiklasu sa menia s tlakom, teplotou a obsahom železa. Tieto vzťahy sú užitočné pri interpretácii prírodných vzoriek, najmä tých z vysokotlakových skal a hlbokých pôvodu minerálnych inklúzií.
Kristalická štruktúra feroperiklasu
Ferroperiklas má kubická kryštálová štruktúra charakteristika systému periklas–wüstita. Jej štruktúra je založená na kryštálovej štruktúre kamennosolnej alebo NaCl-type, v ktorej anióny kyslíka tvoria úzko zaplnený rámec a dvojvalentné katódy zaujímajú oktaedricky súradené miesta medzi nimi. Hovädzí a železo sú rozložené nad rovnakým kryštalografickým kationtovým miestom, takže štruktúra môže zahŕňať zmeny pomeru Mg:Fe bez potreby iného základného štrukturálneho rámca.
Ideálna štruktúra sa teda dá opísať ako pole katódiov Mg²⁺ a Fe²⁺ obklopených šiestimi atómami kyslíka. Každý atóm kyslíka je tiež koordinovaný šiestimi susednými dvojvalentnými katódami. Náhrada Fe²⁺ za Mg²⁺ zmení priemerné rozmery štruktúry, pretože Fe²⁺ má väčší iontový polomer ako Mg²⁺. S rastúcim obsahom železa sa jednotkový parametre a hustota zvyčajne zvyšujú, zatiaľ čo iné fyzikálne a pružné vlastnosti sa menia podľa zloženia.
Tlak má významný vplyv na štrukturálnu chovanie feroperiklasu. Pri tlakoch relevantných pre spodnú srdcovinu Zeme, zvyčajne sa železný oxid nachádza v kubickom štruktúre, ale elektronový stav železa môže meniť. V prípade Fe²⁺ môže nastať tlakovo indukovaný prechod z vysokého spinu na nízky spin. Táto zmena zahŕňa usporiadanie elektrónov v železnom ióne, nie zmenu celkovej krystalickej symetrie, ale môže ovplyvniť objem, hustotu, pružnosť a iné fyzikálne vlastnosti minerálu.
Rozdelenie a elektronické správanie železa v feroperiklase sa môže tiež meniť s teplotou, tlakom a zložením. Tieto faktory ovplyvňujú vzťah medzi kryštálovou mriežkou a fyzikálnymi vlastnosťami meranými v prírodných alebo experimentálne vyrobených vzorkách. Preto štrukturálne štúdie feroperiklasy často zohľadňujú ako jej zloženie Mg–Fe, tak tlakovo-teplotné podmienky, za ktorých sa minerál vytvoril alebo sa vyrovnal.
Fyzikálne a chemické vlastnosti feroperiklasu
Ferroperikláz je zvyčajne opísaný ako tmavosivý, hnedosivý, zelenosivý alebo čierny minerál, hoci jeho vzhľad sa mení podľa obsahu železa, veľkosti zrn, nečistôt a stavu vzorky. Pretože prirodzená ferroperikláz sa často vyskytuje ako malé zrny alebo minerálne inklúzie, dobre vyvinuté makroskopické kryštály sú nezvyčajné. Jeho lesk je zvyčajne sklenatý po podmetallický a jeho prehliadnosť sa pohybuje od polopriehľadného po nepriehľadné podľa hrúbky zrn a zloženia.
Chemické zloženie feroperiklasu možno vyjadriť všeobecne ako (Mg,Fe)Os Mg²⁺ a Fe²⁺ zaujímajú hlavný dvojvalentný katódový miesto. Relatívne množstvo železa je premenné, nie pevné, a táto zložková variabilita spôsobuje spojitú zmenu niektorých fyzikálnych vlastností medzi zloženiami bohatými na horčík a zloženiami bohatými na železo. Menšie prvky môžu tiež vzniknúť cez ďalšie substitúcie, najmä v prírodných vzorkách vytvorených za komplexných geologických podmienok.
Hustota feroperiklasu sa zvyšuje s rastúcou obsahom železa, pretože Fe²⁺ je ťažší ako Mg²⁺ a má väčší ionický polomer. Rozmery jednotkovej mriežky sa tiež zvyčajne zvyšujú, keď Fe²⁺ nahradí Mg²⁺. Tieto vzťahy poskytujú užitočné kompozičné indikátory pri štúdiu feroperiklasu pomocou rentgenovej difrakcie alebo inými analytickými metódami. Avšak tlak a teplota môžu ovplyvniť merané štrukturálne parametre, takže kompozícia by nemala byť odvodená z jednej fyzikálnej vlastnosti bez zohľadnenia geologických podmienok.
Ferroperiklás má vysokú teplotu tavenia a je stabilný v širokom rozsahu tlaku a teplotných podmienok. Jeho fyzikálne vlastnosti sú silne ovplyvnené tlakom, najmä v vysokotlakových prostrediach, kde sa vyskytujú prirodzené príklady. Elastické vlastnosti, hustota, elektrické správanie a iné merateľné vlastnosti sa môžu meniť s koncentráciou železa a tlakom. Správanie Fe²⁺ pri stlačení je zvlášť významné, pretože zmeny jeho elektrónového spinového stavu môžu zmeniť fyzikálne vlastnosti minerálu bez zmeny jeho základnej kubického kryštálového štruktúry.Z hľadiska chémie ferroperiklás patrí do oxidového systému MgO–FeO. Pri dostatočne oxidačných podmienkach sa niektoré železo môže vyskytovať v vyššom oxidačnom stave alebo ferroperiklás sa môže spolupresúvať s inými železnými oxidmi a silikátovými minerálmi. Preto skutočná chemická zložka prirodzeného vzorky závisí od jej formácie prostredia a následnej geologického histórie. Kvantitatívna chemickej analýzy je preto potrebná na určenie pomeru Mg/Fe a identifikáciu drobných prvkových substitúcií.
Typy a druhy feroperiklasu
Ferroperiklás nem má široko uznávaný súbor oficiálne uznaných odrodných druhov založených na farbe alebo vzhľade. Namiesto toho sa prirodzene vyskytujúce materiály často rozlišujú podľa ich chemického zloženia, najmä v relatívnych množstvách horčíka a železa. Pretože Mg²⁺ a Fe²⁺ sa môžu navzájom nahradiť v rovnakom štrukturálnom mieste, vzorky môžu preukazovať veľkú zložkovú variabilitu, pričom si zachovávajú rovnakú kubickú kryštálovú štruktúru.
- Bohaté magnézium feroperiklas: Fe²⁺ je prítomný ako podriadený komponent, pričom horčík zostáva dominantným dvojvalentným katónom. Tieto zloženia sa blížia koncovému členu periklasy, MgO.
- Stredná feropericláza: Magnézium a železo sa vyskytujú v významných množstvách, čím vznikajú zloženia medzi periklasom a wüstitom. Fyzikálne vlastnosti ako hustota a rozmery jednotkovej bunky sa menia podľa pomeru Mg:Fe.
- Bohaté železom feroperiklas: Železo predstavuje väčší podiel z obsahu dvojvalentných katódií a zloženie sa blíži strane bohatšej na FeO v sústave MgO–FeO.
- Složenia periklasu–ferroperiklasu: Vzorky blízke koncovému členu MgO môžu obsahovať relatívne malé množstvo Fe²⁺. Ich klasifikácia závisí od chemického zloženia určeného analýzou, nie od vizuálneho vzhľadu.
- Ferroperiklas v vysokotlakových assembláchi: Materiál nachádzajúci sa v hlubokých pôvodných skalách alebo minerálnych inklúziách môže mať zloženie ovplyvnené tlakom, teplotou, fúzivitou kyslíka a súčasne prítomnou minerálnou aspoňou. Tieto geologické rozdiely nemusia nutne predstavovať samostatné minerálne variety.
Farba by sa nemala používať ako hlavný základ pre rozlišovanie týchto kompozičných typov. Chemická analýza je potrebná na určenie relatívnych množstiev horčíka a železa, pričom rentgenová difrakcia a iné štrukturálne metódy môžu byť použité na potvrdenie kubického štruktúry a charakterizáciu zmien spojených s kompozíciou.
Kde sa nachádza feroperiklasit?
Ferroperiklase je hlavne spojená s vysokotlakými geologickými prostrediami namiesto obyčajných povrchových rokôň. Prirodzené výskyt boli zaznamenané v hlbokých originálnych minerálnych asambleách, vrátane ferroperiklase zachovaného ako inkluzie v diamantoch. V týchto prostrediam môže byť mineral uzavretý v hostiteľskom diamante počas prepravy z hĺbky k povrchu Zeme, čo umožňuje skúmať jeho zloženie a kryštálovú štruktúru po dosiahnutí hostiteľskou horninou menej hlbokých podmienok.
Ferroperiklas je tiež spojený s vysokotlakými metamorfnými horninami, v ktorých sa fázy oxidov magnézia a železa stávajú stabilnými pri zvýšenom tlaku a teplote. Jeho výskyt závisí od celkovej chemického zloženia horniny ako aj od tlaku, teploty a oxidačného potenciálu počas mineraľnej formácie alebo následného vyrovnania. Môže sa vyskytovať spolu s vysokotlakými silikátovými minerálmi, inými oxidmi a minerálmi obsahujúcimi horčík a železo.
Minerál je zvlášť spojený s hlubokými aspoňami mantly. Za podmienok odpovedajúcich spodnému mantlu Zeme môže feroperiklas sústavne existovať s vysokotlakými fázami magnéziovej železovej silykátu. Jeho stabilita a zloženie sa môže meniť s hĺbkou, pretože rastúce tlak ovplyvňuje rozdelenie železa a magnézia medzi sústavne existujúce minerály. Teplota a oxidačný potenciál môžu tiež ovplyvniť pomer Fe/Mg a oxidáciu železa v sústave.
Prirodné vzorky sú často malé a môžu sa vyskytovať ako zahrnutia, jemnozrnné agregáty alebo izolované zrná vo vysokorotových skalách. Preto je feroperiklás často študovaný pomocou mikroanalytických techník namiesto tradičnej skúmania rukou. Elektrónová mikroprobná analýza môže určiť jeho pomer Mg/Fe, zatiaľčo rentgenová difrakcia, ramánovská spektroskopia a iné metódy môžu poskytnúť informácie o jeho kryštaloštruktúre a fyzikálnom stave.
Ako identifikovať feroperiklasu
Ferroperiklas môže byť ťažké identifikovať len podľa vzhľadu, pretože prirodzené vzorky sú často jemnozrnné, tmavé alebo uzatvorené v iných minéralkách. Jeho zloženie sa tiež prekrýva s inými fázami oxidov Mg–Fe, najmä s periklasom a wüstitom. Pre dôverhodnú identifikáciu je teda potrebné informácie o chemickej zložení a kryštálovej štruktúre, nie len o farbe, lesku alebo morfológii zrn.
Chemická analýza je jednou z hlavných metód používaných na charakterizáciu feroperiklasu. Elektrónovo-mikroprieskumová analýza môže určiť koncentrácie magnézia a železa a stanoviť pomer Mg/Fe jednotlivého zrnka. Môžu byť merané aj ďalšie prvky, aby sa identifikovali menšie nahrady. Pretože pomer Fe/Mg sa môže veľmi líšiť, kvantitatívna analýza je obzvlášť užitočná pri rozlišovaní feroperiklasu od zložení bližších k periklasu alebo wüstitovému koncovému členu.
Röntgenová difrakcia sa môže použiť na potvrdenie charakteristickej kubického štruktúry minerálu. Nahradenie Fe²⁺ za Mg²⁺ ovplyvňuje rozmery jednotkového bunky, takže merané parametre mriežky môžu poskytnúť ďalšiu informáciu o zložení. Avšak štrukturálne parametre sú tiež ovplyvnované tlakom, teplotou a fyzikálnym stavom vzorky, najmä keď sa skúma materiál vytvorený pod vysokým tlakom po jeho odstránení. Ramanova spektroskopia a iné spektroskopické metódy môžu poskytnúť ďalšiu informáciu o štruktúre a chemickej stave minerálu, najmä keď sú dostupné zrná veľmi malého rozmeru. Pre feroperiklas, ktorý je zachovaný ako inkluzia v diamante alebo inom hostiteľskom minerále, nemá necitlivé analytické metódy môžu byť obzvlášť užitočné, pretože inkluzia môže mať iba niekoľko mikrometrov v priemere.
Hlavné minerály a fázy, ktoré môžu potrebovať byť rozlišované od feroperiklasu, zahŕňajú periklázis a wüstitPerikláz predstavuje koniec s vysokým obsahom MgO, zatiaľčo wüstita predstavuje koniec s vysokým obsahom FeO v sústave oxidov Mg–Fe. Pretože tieto fázy majú blízko súvisiace štruktúry a zloženia, rozdiel sa nemusí vždy dajú odlíšiť spoľahlivo na základe vizuálnych charakteristík. Pri identifikácii prírodného vzorky by mali byť teda zohľadnené chemické zloženie, kryštalografické údaje a geologické prostredie.
Aplikácie a použitie feroperiklasu
Ferroperiklas nemá stanovené použitie ako priemyselná surovina, kameň alebo dekoratívny minerál. Prirodzený materiál sa vyskytuje väčšinou ako malé zrniečka, minerálne inklúzie alebo súčasti vysokotlakých minerálnych assemblácií namiesto toho, aby bol extrahovaný pre komerčné aplikácie. Premenná zloženie a typické geologické výskyt obmedzujú jeho použitie ako konvenčný minerálny komodita.
Hlavné aplikácie feroperiklasu sú spojené s mineralogickým a experimentálnym výskumom. Prirodzené vzorky môžu byť analyzované na skúmanie chemických vzťahov medzi horčíkom a železom v oxidových minérach a na určenie toho, ako sa tieto prvky rozdеляjú medzi súbežné fázy pri vysokom tlaku. Kompozičné údaje z feroperiklasu môžu byť tiež kombinované s informáciami z príslušných minerálov, aby sa študovali tlak, teplota a podmienky kyslíka pri tvorbe minerálov.
Ferroperiklas sa študuje experimentálne, pretože jeho vlastnosti sa menia pri stlačení. Výskum často skúma účinky tlaku a teploty na jeho kryštálovú štruktúru, hustotu, pružnosť a elektronový stav železa. Zmena medzi vysokým spinom a nízkym spinom Fe²⁺ vyvolaná tlakom je dôležitou súčasťou jeho správania sa za podmienok hlbokého zemského vnútra a môže ovplyvniť niekoľko merateľných fyzikálnych vlastností.
V štúdiách diamantov a iných materiálov pochádzajúcich z hlbokého pôvodu môžu vložky feroperiklasu poskytovať informácie o podmienkach, ktorým sa hostiteľský minerál v hĺbke stretol. Pretože jednotlivé vložky môžu byť veľmi malé, analytické techniky ako elektrónová mikroskopia, analýza elektrónovej mikrosondy, rentgenová difrakcia, Ramanova spektroskopia a iné spektroskopické metódy sa často používajú namiesto tradičného skúmania vzorky.