地鉄
| 地鉄 | |
|---|---|
 | |
| 一般 | |
| カテゴリー | 天然元素鉱物 |
| 処方 | Fe |
| ストルンツ分類 | 1.AE.05 |
| ダナ分類 | 1.1.17.1 |
| 結晶系 | 立方晶系 |
| 結晶クラス | 六八面体（m 3 m）HM記号：（4/m 3 2/m） |
| 空間群 | Im3m |
| 単位胞 | a = 2.8664 Å; Z = 2 |
| 識別 | |
| 色 | 鋼灰色から鉄黒色、研磨面は白色 |
| 晶癖 | 塊状、間隙水疱状、結晶としては稀 |
| 双晶 | {111}と{112}について |
| 裂け目 | {001}; {112}に分かれ目がある |
| 骨折 | ハックリー |
| 粘り強さ | 展性 |
| モース硬度 | 4 |
| 光沢 | 金属光沢 |
| 透明度 | 不透明 |
| 比重 | 7.3～7.87 |
| 参考文献 | [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] |
自然鉄とも呼ばれる地鉄は、地球上で生成された鉄で、鉱石ではなく金属の形で存在します。地鉄は非常に希少であり、世界で知られている主要な鉱床はグリーンランドに1つだけです。
はじめに
溶融核を除いて、地球上のほぼすべての元素鉄は鉄鉱石として発見されています。すべての金属鉄は、約20億年前に始まった大酸化イベントの間に酸化鉄に変化したと考えられていました。1800年代後半まで、孤立したグリーンランド以外では、天然金属としての鉄は推測の域を出ませんでした。地球上で金属の形で存在する唯一の既知の鉄は、宇宙から地球に降り注いだ 隕石として発見されました
地鉄は、ラテン語のTellus (惑星の意味。terra (地球、土地、土壌)とは対照的) に「の」または「から生まれた」という意味の 接尾辞-icが付いており、隕石と区別するためにその名が付けられています。地鉄は、相当量のニッケルとウィドマンシュテッテン構造の両方を含むという点で隕鉄に似ています。しかし、地鉄に含まれるニッケルの含有量は通常 3% 程度で、隕石としては少なすぎます。隕石で 5% 未満のニッケルを含むものは発見されていません。地鉄には 2 つのタイプがあります。タイプ 1とタイプ 2はどちらも、同程度の量のニッケルとその他の不純物を含んでいます。2 つの主な違いは炭素含有量で、これは金属の硬度、加工性、融点に大きく影響します。
物質特性
地鉄は、地球のマントルと地殻内で形成された金属鉄です。地鉄の小規模な鉱床は世界中で発見されていますが、主要な鉱床はグリーンランドの西海岸にのみ存在することが知られています。しかし、これらの鉱床は、同じ地域内でも形状や組成が大きく異なる場合があり、ウイフファック、アスク、ブラーフィエルド、メレムフィヨルドなどの異なる地域間でも大きく異なります。共通点は、グリーンランドのすべての鉱床が、岩脈（岩盤内の溶岩で満たされた亀裂）または溶融岩が地表に流れ出た隆起部で見つかる傾向があることですもうひとつの共通点は、すべての鉱床がグラファイトを豊富に含む長石と関連して発見されていることです。これは、金属の炭素含有量が高く、酸化物含有量が低いことの一因であると考えられますが、金属が地球上の残りの鉄とともに酸化されることを免れたのか、または、炭素を豊富に含むグラファイト長石が提供する還元環境により、沈み込んだ鉱石と石炭の層として始まり、その後、溶岩で自然に精錬されたのかは不明です。
グリーンランドの地鉄は、鉄炭素合金のほぼすべての相で見られ、結晶構造が大きく異なるという点で独特です。一部の岩石では、鋭い角と不規則な形をした非常に小さな粒子として玄武岩と混ざっていますが、他の岩石では、溶融マグマ内の小さな粒子サイズの液滴が凝集して、エンドウ豆大のより大きな液滴となり、ほぼ球形または楕円形に結晶化しました。また、他の岩石では、岩脈や隆起がほぼ完全に高炭素鋳鉄でできている可能性があり、粘度と融点が低いため、マグマ内でより簡単に凝集して亀裂に流れ込む可能性があります。この鋳鉄は、玄武岩で覆われているか、玄武岩の包有物を含んでいることがよくあります。これは、玄武岩が溶岩の中で非常に大きな球状の塊として地面から噴出しており、周囲の玄武岩の自然浸食によってそこから大きな岩塊が形成されたためです。
地鉄は炭素含有量によって大きく2つのグループに分けられます。タイプ1は鋳鉄で、通常2.0%以上の炭素を含みます。タイプ2は錬鉄と共析鋼の中間の含有量です。どちらのタイプも風化に非常に強い傾向がありますが、博物館のような乾燥した管理された雰囲気の中では急速に分解・崩壊する傾向があります。特にタイプ2は、この種の損傷を受けやすい傾向があります。[ 4 ]
タイプ1
タイプ1のテルル鋳鉄は、かなりの量の炭素を含んでいます。タイプ1は白ニッケル鋳鉄で、1.7～4%の炭素と0.05～4%のニッケルを含み、非常に硬くて脆く、冷間加工にはあまり適していません。タイプ1の構造は、主にパーライトとセメンタイトまたはコヘナイトで構成され、トロイライトとケイ酸塩が介在しています。個々のフェライト粒子は通常約1ミリメートルの大きさです。粒子の組成は同じ粒子内でも異なる場合がありますが、ほとんどはかなり純粋なニッケルフェライトで構成されています。フェライト粒子は、通常5～25マイクロメートルの厚さのセメンタイト層で結合し、パーライトを形成しています
タイプ1は、巨大な押し出し材や非常に大きな岩塊として発見され、通常数トンから数十トンに及びます。この金属は、古代イヌイット（グリーンランドの先住民）では冷間加工が不可能であり、現代の工具を用いても加工が非常に困難です。タイプ1の加工には、カーボランダムホイールと水冷が最も効果的です。しかしながら、イヌイットはタイプ1をハンマーや金床の石として使用していた可能性があります。
タイプ1の岩は、半分に切ると、外側に厚い鋳鉄の殻があり、空気圧式削岩機ではほとんど壊れないが、内側は鉄の粒子がほぼ粉末状になった脆い構造で、焼結して多孔質のスポンジ鉄のような物質を形成し、ハンマーで叩くと粉砕される傾向がある。[ 4 ]
タイプ2
タイプ2のテルル鉄にも約0.05～4%のニッケルが含まれていますが、炭素は通常0.7%未満です。タイプ2は延性のあるニッケル鉄で、冷間加工によく適応します。炭素とニッケルの含有量は、冷間加工後の最終的な硬度に大きな影響を与えます
タイプ2は、玄武岩に混ざった小さな粒子として見られます。粒子の直径は通常1～5ミリメートルです。粒子は通常、玄武岩によって分離され、個別に見られますが、焼結してより大きな集合体を形成することもあります。大きな破片には、少量のコヘナイト、イルメナイト、パーライト、トロイライトも含まれています。タイプ2は、イヌイットがナイフやウルスなどの製品を作るのに使用されました。玄武岩は通常、エンドウ豆大の粒子を砕くために粉砕され、その後、硬貨大の円盤状に叩き出されました。この金属は非常に柔らかく、非常に薄い板状に叩くことができます。これらの平らな円盤は通常、骨の柄に刻まれた長い切れ込みに、互いにわずかに重なるように一列に挿入され、ナイフとノコギリを組み合わせたような刃先（逆スカロップ状の刃先）を形成しました。[ 5 ] [ 6 ]
歴史
ドイツのカッセルにあるごく少量の地鉄鉱床（現在は枯渇）と、世界中から採取されたいくつかの小規模な鉱床を除けば、グリーンランドのディスコ湾とその周辺地域にのみ、主要な鉱床が知られています。この鉱石は玄武岩の火山性平野で発見され、地元のイヌイットによってナイフやウルスなどの道具の刃を作るために使用されていました。イヌイットは地鉄を実用化した唯一の人々でした。[ 5 ] [ 6 ]
1870年、アドルフ・エリック・ノルデンショルドはグリーンランドのディスコ湾付近で大きな鉄の玉石を発見した。グリーンランドの原住民が鉄のナイフを使っていたことをジョン・ロス卿が発見したことから、イヌイットがケープヨーク隕石から道具を作っていたことを知っていたノルデンショルドは、その材料を探すためディスコ島のフォーチュン湾に上陸した。イヌイットはロスに、鉄は山の高いところにある2つの大きな玉石がある場所で採れたと話していた。1つは非常に硬く、砕くことができなかったが、もう1つは細かく砕かれ、そこから鉄の球が抽出され、平らな円盤状に叩き込まれてナイフの材料になった。ノルデンショルドはその場所を探したが見つからず、地元のイヌイットの何人かに導かれてウイフファクという場所に行き着いた。そこは金属鉄の大きな塊が一帯に散らばっていた。彼は、どちらもニッケルを多量に含み、ウィドマンシュテッテン模様も見られることから、この金属は隕石起源であると推測した。当時の科学者のほとんどは、酸化されていないテルル鉄は存在しないと考えており、ノルデンショルドの発見に疑問を呈する者はほとんどいなかった。[ 5 ] [ 6 ]
グスタフ・ナウコフは1871年にグリーンランド探検を行った。ダイナマイトと揚重機を携えた探検隊は、ノルデンショルドの調査に基づき隕石由来であると信じ、地鉄の大きなサンプル3つを採取し、更なる研究のためにヨーロッパに持ち帰った。これらのサンプルは現在、スウェーデン、フィンランド、デンマークで見ることができる。25トンの塊はストックホルム国立博物館の外に、6.6トンの塊はコペンハーゲン地質学博物館の外に、3トンの塊はヘルシンキのクンプラにある自然史博物館に展示されている。[ 7 ]
1871年、ナウコフに同行したのはKJVステーンストルプだった。巨石の形状（隕石は大気圏突入時に大きく融解する）には見られない鋭角やギザギザの縁、あるいは多くの巨石に玄武岩が覆っている部分があるといった状況から、ステーンストルプは巨石の起源についてノルデンショルドと意見が合わず、1878年に独自の探検に出発した。1879年、ステーンストルプは初めてタイプ2の鉄鉱石を特定し、ウィドマンシュテッテン構造も含まれていることを示した。ステーンストルプは後に発見したことを報告している。
1879 年の秋、私はこの件に関してある発見をした。エカルイトの古い墓で、丸い球と不規則な金属鉄の破片を含んだ9 個の玄武岩の破片を見つけたのである。これらの破片は、ロスが持ち帰ったものに似た骨製のナイフや、通常の石器と一緒に横たわっていた。鉄の球の入った 9 個の玄武岩の破片は、明らかに骨製のナイフの材料だった。この鉄は柔らかく、空気中でよく保たれるため、ロスが説明したような用途に適している。鉄が見つかった岩石は、典型的な大粒の長石、玄武岩である。この発見には二重の意味がある。第一に、エスキモーが人造ナイフを作った材料を初めて目にしたということ、第二に、彼らがその目的で地鉄を使用していたことが示されたということである。
エカルイトの墓で発見された後、スティーンストルプはタイプ2の鉄を含む玄武岩の大きな露頭を多数発見した。タイプ2の粒子は、その下の基盤岩と一致する火山玄武岩に埋め込まれていたため、スティーンストルプは鉄が陸起源、つまり地殻起源であることを示すことができた。[ 7 ]スティーンストルプは報告書の中で次のように付け加えている。
この独特な玄武岩層は、上から下まで、数分の1ミリメートルから、長さ18ミリメートル、幅14ミリメートルまで、あらゆる大きさの鉄の粒で満たされています。これは私が見つけた最大のものです。... 磨くと、この鉄は美しいウィドマンシュテッテン図形を示します。...ウィドマンシュテッテン図形を示す金属ニッケル鉄は、地鉄鉱物でもあることが現在証明されており、ニッケルの存在と特定の結晶構造だけでは、遊離した鉄の塊に隕石の特徴を与えるのに十分ではありません。
スティーンストルプの発見は、1879年に隕石専門家のJ・ローレンス・スミスによって確認され、1882年にはヨ・ロレンゼンによって確認された。西グリーンランドで発見された極めて希少な地鉄は、それ以来研究が続けられている。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
産地
ディスコ島の鉱床に加えて、フォーチュン湾、メレムフィヨルド、アスク、そしてグリーンランド西海岸沿いの他の場所からも天然鉄の存在が報告されている。その他の場所には以下が含まれる[ 1 ]。
- ベン・ブレック、スコットランド、磁鉄鉱を含む花崗岩[ 8 ]
- 北アイルランドのアントリム州[ 8 ]
- ヘッセン州アーナタール＝ヴァイマル近郊のビュールの玄武岩中に産出され、ドイツ、テューリンゲン州ミュールハウゼンの石灰岩中の黄鉄鉱の団塊と関連している[ 8 ]
- ウクライナ、ヴォルィーニ、リヴネ近郊[ 8 ]
- フランス、オーヴェルニュの粗面岩で
- ロシアでは、ウラル南部ドン地方のグルシェルスクで黄鉄鉱と関連している[ 8 ] 、クラスノヤルスク地方のフントゥクンスキー（フングトゥクン）山塊[ 9 ] 、カムチャッカ半島のトルバチク割れ目火山[ 10 ]で発見されている。
- イスラエル、ネゲブのハトゥルリム層[ 11 ]
- アメリカ合衆国では、ミズーリ州クリントン郡キャメロン近郊の炭層や、ニュージャージー州サマセット郡ニューブランズウィック近郊の石炭紀頁岩から発見が報告されている[ 8 ]。
- オンタリオ州ではキャメロン郡区、ニピシング地区、ヒューロン湖のセントジョセフ島で目撃されている。[ 8 ]
Ni 3 FeからNi 2 Feまでの天然ニッケル鉄合金は、超塩基性岩石由来の砂鉱床として産出されます。アワルイトは1885年にニュージーランドで記載されました。
参考文献
- ^ a b「鉄」（PDF）。鉱物学ハンドブック。2016年3月3日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。2012年8月19日閲覧
- ^ 「自然鉄」 . MinDat . バージニア州ケズウィック：ハドソン鉱物学研究所. 2021年12月31日閲覧。
- ^ 「鉄」 . WebMineral .
- ^ a b Lorenzen, Joh. (1884年7月). 「グリーンランドのテルル鉄の化学的研究」 .鉱物学雑誌および鉱物学協会誌. 6 (27). 英国鉱物学協会 / Simpkin, Marshall & Co.: 14– 38. Bibcode : 1884MinM....6...14L . doi : 10.1180/minmag.1884.006.27.02 .
- ^ a b c d Buchwald、Vagn Fabritius [デンマーク語] (2005)。古代の鉄と鋼。 Historisk-filosofiske Skrifter 29. Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab (デンマーク王立科学文学アカデミー)。35 ～ 37ページ 。ISBN 8773043087。
- ^ a b c d Buchwald, Vagn Fabritius [デンマーク語] ; Mosdal, Gert (1985).グリーンランドの隕石鉄、地鉄、錬鉄。Meddelelser om Grønland [グリーンランドに関するモノグラフ]、Man & Society 9. Kommissionen for videnskabelige Undersogelser i Gronland. pp. 19– 23. ISBN 9788763511735。
- ^ a b cステーンストルップ、KJV（1884年7月）。「北グリーンランドの玄武岩におけるウィドマンシュテッテン図形を示すニッケル・鉄の存在について」。鉱物学雑誌および鉱物学協会誌。6 （ 27）。英国鉱物学協会：1–13。書誌コード：1884MinM....6....1S。doi：10.1180 /minmag.1884.006.27.01
- ^ a b c d e f gパラッシュ, チャールズ; バーマン, ハリー; フロンデル, クリフォード編 (1944).ダナの鉱物学体系. 第1巻. ワイリー. pp. 114– 118.
- ^ “クントゥクン山塊、マレー・ロニカ川、ハタンガ、タイミル半島、タイミルスキー自治管区、クラスノヤルスク地方、ロシア” . www.mindat.org 。2020 年1 月 4 日に取得。
- ^ 「ロシア、カムチャッカ地方、トルバチク火山の鉄」 www.mindat.org . 2020年1月4日閲覧。
- ^ 「Hatrurim formation, Middle East」 . MinDat . バージニア州ケズウィック：ハドソン鉱物学研究所. 2021年12月31日閲覧。
