铁方镁石

铁方镁石的历史与发现

铁方镁石通常不被当作具有单一固定组成的矿物种，如同方镁石或瓦斯石那样。该名称指的是MgO–FeO固溶体系中含铁的物质。通过Mg–Fe–O系统的实验研究，早已认识到富镁的方镁石与富铁的瓦斯石之间的关系，随后在高压地质材料中识别出了天然存在的铁方镁石。

矿物学上的区别主要基于化学成分和晶体结构，而不是颜色或外观。Periclase的理想成分是MgO，而wüstite的理想成分是FeO。在这两个端元之间，Mg²⁺和Fe²⁺可以在相同结构位置上相互替代。因此，ferropericlase代表了在这个更广泛的氧化物系统中的一种含铁、以镁为主的成分。天然的ferropericlase已在多种高压环境中被报道。其中较为著名的是作为金刚石中的矿物包裹体，其中的包裹体组合可以保存在地球地幔深处形成的或达到平衡的矿物。ferropericlase也已在高压变质材料和其他地质环境中被识别出来，在这些环境中压力和温度条件允许Mg-Fe氧化物的稳定性。

铁镁橄榄石的成分可以提供有关单个样品形成或随后平衡时条件的信息。镁和铁的相对比例受温度、压力、氧逸度以及周围矿物集合体的成分影响。因此，通常需要进行化学分析以准确表征铁镁橄榄石，尤其是在将其与铁酸亚铁-方铁矿体系中成分相关的其他成员区分开来时。

铁方镁石的形成和地质出现

铁方镁石在镁和铁共同存在于富氧化物的体系中，并且压力-温度条件有利于立方 Mg-Fe 氧化物结构稳定的情况下形成。其成分由形成过程中可用的 Mg 和 Fe 的比例，以及温度、压力和氧逸度控制。在还原条件下，铁通常主要以 Fe²⁺ 形式存在，使其可以直接替代方镁石结构中的 Mg²⁺。氧逸度的变化可以改变以 Fe²⁺ 或 Fe³⁺ 形式存在的铁的比例，从而影响氧化物集合体的稳定性和成分。

在高压变质环境中，铁方镁石可以通过涉及富含镁的硅酸盐矿物和含铁相的反应形成。在足够高的压力下，地壳和上地幔较浅处稳定的矿物可以转变为含有铁方镁石的组合。因此，其存在不仅取决于岩石的总成分，还取决于岩石所经历的压力-温度路径。晶粒大小可能从显微晶体到被其他矿物包裹的包裹体不等，这取决于地质环境。

铁方镁石也见于在地球内部较深部位形成的钻石中。当铁方镁石作为被钻石包裹的包裹体存在时，周围的钻石可以在其向地表运输过程中保护包裹体不被后来的改变所影响。这样的包裹体可能保存了它们形成或达到平衡时的高压环境的化学和结构信息。在这些样品中，铁方镁石通常与其他属于深部地幔组合的矿物共同出现。

矿物还可以出现在实验生产的高压组合中，其中使用受控的压力、温度和氧逸度条件来研究MgO–FeO系统。实验证据表明，铁方镁石的成分和物理性质随压力、温度和铁含量而变化。这些关系在解释天然样品时很有用，特别是来自高压岩石和深源矿物包裹体的样品。

镁铁矿的晶体结构

镁铁硅酸盐具有 立方晶体结构 尖晶石-铁铝石体系的特征。其结构基于岩盐或NaCl型排列，其中氧阴离子形成紧密堆积的骨架，二价阳离子占据它们之间的八面体配位位置。镁和铁分布在相同的晶体学阳离子位点上，因此结构可以在不需不同基本结构框架的情况下容纳Mg:Fe比例的变化。

因此，理想化的结构可以描述为由六个氧原子包围的Mg²⁺和Fe²⁺阳离子组成的数组。每个氧原子同样由六个相邻的二价阳离子配位。用Fe²⁺取代Mg²⁺会改变结构的平均尺寸，因为Fe²⁺的离子半径比Mg²⁺大。随着铁含量的增加，晶胞参数和密度通常会增加，而其他物理和弹性性质也会根据成分发生变化。

压力对铁方镁石的结构行为有显著影响。在与地球下地幔相关的压力下，含铁氧化物保持立方结构，但铁的电子状态可能会发生变化。特别是，Fe²⁺可能发生压力诱导的高自旋到低自旋转变。这种变化涉及铁离子中电子的排列，而不是整体晶体对称性的改变，但它可能影响矿物的体积、密度、弹性和其他物理性质。

铁在镁方铁矿中的分布和电子行为也随着温度、压力和成分而变化。这些因素影响晶体晶格与在天然或实验产生的样品中测得的物理性质之间的关系。因此，对镁方铁矿的结构研究通常同时考虑其Mg-Fe成分以及矿物形成或平衡时的压力-温度条件。

铁-periclase的物理和化学性质

铁方镁石通常被描述为暗灰色、棕灰色、绿灰色或黑色的矿物，尽管其外观会因铁含量、粒度、杂质和标本状态而有所不同。由于天然铁方镁石通常以小颗粒或矿物包裹体的形式出现，因此发育良好的宏观晶体很少见。它的光泽通常为玻璃至半金属光泽，透明度则根据颗粒厚度和成分从半透明到不透明不等。

铁方镁石的化学成分可以大致表示为 (Mg,Fe)O，其中Mg²⁺和Fe²⁺占据主要的二价阳离子位点。铁的相对含量是可变的而非固定的，这种成分变化在富镁和富铁成分之间产生了若干物理性质的连续变化。微量元素也可能通过额外的置换出现，尤其是在在复杂地质条件下形成的天然样品中。

铁铝尖晶石的密度通常随着铁含量的增加而增加，因为Fe²⁺比Mg²⁺更重，并且具有更大的离子半径。当Fe²⁺取代Mg²⁺时，晶胞尺寸也倾向于增加。当通过X射线衍射或其他分析方法研究铁铝尖晶石时，这些关系提供了有用的成分指示。然而，压力和温度也会影响测量的结构参数，因此在不考虑地质条件的情况下，不应仅凭单一物理性质推断成分。

橄榄石铁矿具有很高的熔点，并且在广泛的压力和温度条件下稳定。它的物理性质受压力影响很大，特别是在自然样本出现的高压环境中。弹性性质、密度、电学行为和其他可测量特性会随着铁浓度和压力的变化而变化。Fe²⁺在压缩下的行为特别重要，因为其电子自旋态的变化可以在不改变矿物基本立方晶体结构的情况下改变矿物的物理性质。从化学角度来看，橄榄石铁矿属于MgO–FeO氧化物系统。在足够氧化的条件下，一些铁可能以更高的氧化态存在，或者橄榄石铁矿可能与其他铁氧化物和硅酸盐矿物共存。因此，天然样品的实际化学成分取决于其形成环境和随后的地质历史。因此，进行定量化学分析对于确定Mg/Fe比值和识别微量元素替代是必要的。

铁方镁石的类型和种类

铁橄榄石没有基于颜色或外观的广泛认可的变种。相反，天然材料通常通过其化学成分来区分，特别是镁和铁的相对比例。由于Mg²+和Fe²+可以在同一结构位点相互替代，样品可能表现出相当大的成分变化，同时保持相同的立方晶体结构。

• 富含镁的铁方镁石： Fe²⁺作为次要成分存在，而镁仍然是主要的二价阳离子。这些成分接近方镁石端元，MgO。
• 中級鐵鈣鋁石： 镁和铁以较大的比例存在，生成介于方镁石和魏斯石之间的成分。密度和晶胞尺寸等物理性质根据Mg:Fe的比例而变化。
• 富含铁的铁方镁石： 铁占二价阳离子含量的较大比例，其组成接近MgO–FeO体系的FeO丰富侧。
• 镁方铁矿-铁镁晶石组合： 接近MgO端元的样品可能含有相对少量的Fe²⁺。它们的分类取决于通过分析确定的化学成分，而不是视觉外观。
• 高压集合体中的铁方镁石： 在深源岩石或矿物包裹体中出现的物质可能具有受压力、温度、氧逸度和周围矿物组合影响的成分。这些地质差异不一定代表不同的矿物变种。

颜色不应作为区分这些组成类型的首要依据。需要进行化学分析以确定镁和铁的相对含量，而X射线衍射和其他结构方法可用于确认立方结构并表征与成分相关的变化。

Ferropericlase 在哪裡發現？

铁酸镁主要与高压地质环境相关，而不是普通的地表岩石。天然出现的铁酸镁已被记录在深源矿物组合中，包括保存在钻石中的铁酸镁包裹体。在这些环境中，该矿物可以在从地层深处向地球表面运输过程中被包裹在宿主钻石内，使得在宿主岩石达到较浅条件后可以对其成分和晶体结构进行检查。

铁酸镁是与高压变质岩相关的，其中Mg-Fe氧化物相在高压和高温下变得稳定。它的出现取决于岩石的总体化学成分以及矿物形成或随后平衡时的压力、温度和氧逸度条件。它可能与高压硅酸盐矿物、其他氧化物以及含有镁和铁的矿物共同出现。

这种矿物特别与深部地幔组合有关。在对应地球下地幔条件的情况下，铁方镁石可以与高压的镁-铁硅酸盐相共存。由于压力增加会影响共存矿物中铁和镁的分配，其稳定性和组成可能随深度而变化。温度和氧逸度也会影响组合中的铁/镁比和铁的氧化状态。

天然样品通常很小，可能以包裹体、细粒集合体或高压岩石中的独立颗粒形式出现。因此，通常使用微区分析技术研究铁方镁石，而不是传统的手标本观察。电子探针分析可以确定其镁铁比，而X射线衍射、拉曼光谱和其他方法可以提供关于其晶体结构和物理状态的信息。

如何识别铁橄榄石

橄榄石容易仅凭外观难以识别，因为天然标本通常颗粒细小、颜色暗淡，或被其他矿物包裹。它的成分也与其他Mg-Fe氧化物相重叠，尤其是方镁石和魏斯铁矿。因此，可靠的鉴定需要同时了解化学成分和晶体结构，而不是仅仅依靠颜色、光泽或颗粒形态。

化学分析是表征铁方镁石的主要方法之一。电子微区探针分析可以确定镁和铁的浓度，并确定单个颗粒的Mg/Fe比值。还可以测量其他元素以识别少量替代物。由于Fe/Mg比值可能有很大变化，定量分析对于区分铁方镁石与更接近方镁石或瓦斯体端成员的成分特别有用。

X射线衍射可用于确认该矿物的特征立方结构。Fe²⁺取代Mg²⁺会影响晶胞的尺寸，因此测量的晶格参数可以提供关于组成的额外信息。然而，结构参数也受压力、温度和样品物理状态的影响，特别是在分析在高压条件下形成但在回收后进行研究的物质时。拉曼光谱和其他光谱方法可能为矿物的结构和化学状态提供额外信息，特别是当可用的晶体非常小时。对于作为包裹体保存在金刚石或其他载体矿物中的铁方镁石，非破坏性分析方法可能特别有用，因为该包裹体可能只有几微米宽。

可能需要与铁方镁石区分开来的主要矿物和相包括 外胚层 和 铁橄榄石. 方铁矿代表MgO丰富的端元，而铁铝石代表Mg-Fe氧化物系统中FeO丰富的端元。由于这些相具有密切相关的结构和成分，因此不能总是从视觉特征可靠地区分它们。因此，在鉴定天然样品时，应同时考虑化学成分、晶体学数据和地质环境。

铁方镁石的应用和用途

铁铝镁石作为工业原料、宝石或装饰矿物尚无公认的用途。天然材料通常以小颗粒、矿物包裹体或高压矿物组合的组成部分形式出现，而不是作为商业应用的提取材料。其可变的成分和典型的地质产出限制了其作为传统矿物商品的用途。

铁方镁石的主要应用与矿物学和实验研究有关。天然样品可以被分析，以研究氧化物矿物中镁和铁之间的化学关系，并确定这些元素在共存的高压相中的分布情况。铁方镁石的成分数据也可以与相关矿物的信息结合，以研究矿物形成的压力、温度和氧条件。

镁铁矿也通过实验进行研究，因为其性质在压缩下会发生变化。研究通常考察压力和温度对其晶体结构、密度、弹性以及铁的电子状态的影响。Fe²⁺的高自旋态和低自旋态之间的压力诱导变化是其在深地层条件下行为的重要部分，并可能影响多种可测量的物理性质。

在对金刚石和其他深源物质的研究中，铁方镁石包裹体可以提供关于寄主矿物在深处所经历条件的信息。由于单个包裹体可能非常小，通常使用电子显微镜、电子探针分析、X射线衍射、拉曼光谱和其他光谱学方法进行分析，而不是传统的基于样本的检查。