Figury, struktury Widmanstättena |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Na wypolerowanych i wytrawionych słabym kwasem (najczęściej roztworem kwasu azotowego w alkoholu) powierzchniach przecięcia meteorytów żelaznych i żelazno-kamiennych, widać charakterystyczny wzór równoległych belek (lamelek) kamacytu i taenitu zwany figury Widmanstättena. Struktury te obserwowane są tylko w oktaedrytach i pallasytach (również na metalowych częściach winonaitów, zaobserwowano je też w dużych metalowych inkluzjach chondrytów zwyczajnych, np. Portales Valley*). Na powierzchniach heksaedrytów składających się praktycznie z samego kamacytu, jak i w ataksytach zbudowanych z czystego taenitu struktur tych nie ma. Jedne z najładniejszych figur Widmanstättena mają meteoryty, np.: Gibeon (Of), Muonionalusta (Of), Henbury (Om), Cape York (Om).
Pierwszy figury Widmanstättena zaobserwował i opisał w 1804 roku brytyjski mineralog G. Thomson podczas czyszczenia i trawienia powierzchni meteorytu Żelaza Pallasa (pallasytu Krasnojarsk), ale przyjęło się ogólnie nazywać je od nazwiska austriackiego mineraloga Count Alois von Beckh Widmanstätten'a, który zaobserwował je dopiero w 1808 roku, ale opublikował swoje obserwacje natychmiast w poczytnym piśmie naukowym (Widmanstätten odkrył figury podczas trawienia powierzchni dwóch meteorytów typu IID: Elbogen* i Hraschina*). Natomiast Thomson wyniki swoich obserwacji opublikował w mało popularnym włoskim piśmie naukowym przez co nie zostały one zauważone – pech. Jako drugi „pech” związany z osobą Thomsona to fakt, że dokładnie nie wiadomo nawet, jak on miał na imię, publikacja była podpisana G.Thomson, a o jego innej działalności naukowej nic więcej nie wiadomo, ale przyjęło się nazywać go William! (może jednak coś o nim wiadomo?! – gdyż dokładna historia odkrycia figur i o ich odkrywcach znajduje się w artykule Kevina Kichinki w METEORYT 1/2004). W wyniku długotrwałego, kilkugodzinnego ogrzewania meteorytu w temperaturze powyżej 500oC figury Widmanstättena zanikają. Jak wygląda taka lekko wygrzana warstwa przypowierzchniowa meteorytu żelaznego można zobaczyć na przykładzie małego całkowitego okazu meteorytu Henbury.
Linie Neumanna na wypolerowanej i wytrawionej powierzchni przekroju heksaedrytu Boguslavka* Również często na wypolerowanych i wytrawionych powierzchniach kryształów kamacytu widać drobne grupy równoległych linii (o szerokości
ok. 30 mikrometrów), które nazwano liniami Neumanna (czasami używa się również terminu pasma Neumanna, ang Neumann bands). Nazwa na cześć Johanna
G. Neumanna, który zaobserwował je pierwszy w 1848 roku w meteorycie Braunau*
(spadek 14 lipca 1847 roku we wschodniej Bohemii w Czechach; meteoryt żelazny typu IIAB; masa 39 kg). Linie Neumanna są wynikiem zmian szokowych
(deformacjami kryształów kamacytu), powstawały podczas licznych zderzeń jakim musiało ulegać ciało macierzyste meteorytu. Podczas zderzeń przy ciśnieniach >13 GPa
kamacyt przekształca się w zwartą gęsto upakowaną sześciokątną fazę ε-żelaza (epsilon-iron, hexaferrum; hpc, hexagonal close-packed). Po
spadku ciśnienia kamacyt wraca do formy bcc (body-centered cubic). Ponieważ sieć została zniekształcona po wytrawieni na powierzchnie kamacytu widać
charakterystyczny wzór widoczny w świetle odbitym. Widoczne linie tworzą ze sobą kąt 120o. Ładny przykład linii Neumanna w ziarnie żelaza w meteorycie kamiennym (NWA 6267) z kolekcji Mirko Graula oraz na powierzchni heksaedrytu Boguslavka*. W niektórych typach meteorytów żelaznych występują jeszcze charakterystyczne lamele zbudowane głównie ze schreibersytu i troilitu: więcej → Wiki.Meteoritica.pl: Lamele Breziny i Reichenbacha.
Zobacz również:
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Klasy strukturalne meteorytów żelaznych – heksaedryty, oktaedryty i ataksyty |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Średnia wielkość belek (lamelek) kamacytu posłużyła do podziału meteorytów żelaznych na kilka grup strukturalnych – heksaedryty, ataksyty i oktaedryty, które podzielono jeszcze na: oktaedryty bardzo gruboziarniste (Ogg – coarsest octahedrite), gruboziarniste (Og – coarse octahedrite), średnioziarniste (Om – medium octahedrite), drobnoziarniste (Of – fine octahedrite) i bardzo drobnoziarniste (Off – finest octahedrite) oraz plessytowe (Opl – plessitic octahedrites). To właśnie struktury Widmanstättena wskazują m.in. na pozaziemskie pochodzenie meteorytu, gdyż nie obserwuje się ich w stopach ziemskich.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
a – wzór „trójkąta”, kąty ~120o; b – wzór „kwadratu”, kąty ~90o; c – wzór „chaotyczny”; d – wzór „sześciokątny”, kąty ~60o. Żelazo krystalizuje w formie ośmiościennych kryształów – oktaedru (złożenia podstawami dwóch piramid z trójkątów równobocznych), stąd nazwa grupy meteorytów żelaznych – oktaedryty.
W zależności od położenia płaszczyzny cięcia w stosunku do orientacji ścian ośmiościennego (oktaedr) kryształu kamacytu, na wytrawionej powierzchni belki kamacytu rozdzielone płytkami taenitu układają się w różne wzory. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pochodzenie figur Widmanstättena |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Geneza figur Widmanstättena jest znana. Istotą zrozumienia procesu w jakim formowały się te figury jest wykres fazowy (wykres równowagi fazowej) mieszaniny żelaza i niklu w funkcji temperatury i procentowego udziału niklu oraz różnice w budowie kryształów żelaza i niklu. Wykres fazowy określa w jakim zakresie temperatur i przy jakim udziale niklu poszczególne odmiany krystaliczne stopu Fe-Ni są trwałe.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Wykres fazowy mieszaniny Fe-Ni
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Podobieństwo cech fizycznych jonów żelaza i niklu |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Podobieństwo jonów żelaza i niklu umożliwia tworzenie wzajemnych roztworów stałych Fe-Ni. W temperaturach powyżej 912oC żelazo tworzy odmianę γ-Fe (gamma-Fe) i możliwe są izomorficzne roztwory stałe Ni-Fe (układ Fm3m) o dowolnej zawartości niklu. Jednak w niższych temperaturach, pewne różnice w ich układach krystalograficznych (oba to regularny, ale Fe – przestrzennie, Ni – ściennie centrowane) wprowadzają pewne ograniczenia w tworzeniu tych roztworów. Żelazo rodzime może zawierać do 7% niklu, w warunkach normalnych występuje w trwałej postaci α-(Fe,Ni) (alpha-(Fe,Ni)). Jego odmiana wzbogacona w nikiel nosi nazwę żelazo-nikiel i może zawierać do 25% Ni, ale nadal ma układ Im3m. Na Ziemi występuje ono pod nazwą żelaza tellurycznego, w meteorytach to kamacyt. Z drugiej strony w niklu o układzie Fm3m domieszka żelaza może dochodzić do 70%. Taki stop ma nazwę nikiel-żelazo. W meteorytach to taenit.
Stop żelaza i niklu w temperaturach powyżej ~1500oC tworzy jednorodną ciekłą mieszaninę. W miarę obniżania się temperatury stygnącego stopu do temperatury 912oC składa się on z czystego taenitu (odmiany γ-(Fe,Ni)) i tworzy roztwór stały izomorficzny. W zależności od udziału niklu w stopie końcowym efektem stygnięcia będzie kamacyt, taenit i/lub ich mieszanina, plessyt. Wielkość belek kamacytu (alfa-(Fe,Ni)) w oktaedrytach jest prawdopodobnie pochodną tempa w jakim stygł stop. Im dłuższy czas stygnięcia, tzn. wolniejsze tempo – tym belki kamacytu są szersze, a paski taenitu bogatsze w nikiel. Modele stygnięcia stopu uwzględniające zjawisko dyfuzji wskazują, że w zakresie temperatur w którym formowała się budowa oktaedrytu, tempo spadku temperatury było średnio rzędu 1–10 stopni na milion lat! Tak powolny stopień ochładzania mógł mieć miejsce wewnątrz małych zdyferencjonowanych planetek o rozmiarach już od 100–200 km, a izolację termiczną dla powolnego wychładzania zapewniał płaszcz krzemianowy. (…) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Figury Widmanstättena w obrazkach |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Poniżej przykłady wytrawionych przekrojów meteorytów żelaznych z widocznymi wszystkimi strukturami charakterystycznymi dla oktaedrytów (ilustracje pochodzą z plansz przygotowanych na Wystawę Meteorytów w Muzeum Techniki w Warszawie w 2010 roku). Autorzy tekstów: © Andrzej S. Pilski, Wadi i Woreczko |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Niezwykłe kryształy i linie |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Meteoryt żelazny, szczególnie taki, który długo leżał na ziemi, nie zawsze wygląda atrakcyjnie.
Dopiero po przecięciu, wypolerowaniu i wytrawieniu (najczęściej słabym roztworem kwasu azotowego w alkoholu) zobaczymy jego
nieprzeciętną urodę – ciekawe wzory i strukturę. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ilustracje: Galeria rysunków – tak wyglądają figury w różnych meteorytach żelaznych • Meteoryt żelazny Morasko Na wytrawionej powierzchni widać figury Widmanstättena, linie Neumanna, grafit, inkluzje troilitu, schreibersytu i cohenitu Źródła: E. Krinow, Andrzej S. Pilski, Jan Woreczko, Internet |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Figury Widmanstättena i… |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Wypolerowana i następnie wytrawiona płytka meteorytu żelaznego Morasko |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ilustracje: kryształy kamacytu • inkluzje cohenitu • inkluzje schreibersytu • linie Neumanna • plessyt Źródło: Jan Woreczko |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Galeria struktur obserwowanych na szlifach powierzchni meteorytów żelaznych i żelazno-kamiennych |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Jak wyglądają figury Widmanstättena można zobaczyć na tysiącach zdjęć dostępnych w internecie. Postanowiłem tu zaprezentować nie fotografie, ale rysunki wytrawionych powierzchni meteorytów widzianych oczyma grafika. Konieczność narysowania jakiejś struktury stwarza okazję do oddania istoty obserwowanej formy. Banalnym byłoby dosłowne przekopiowanie widzianego obrazu, rysując można dokonać pewnych zabiegów generalizując i „upiększając” rzeczywistość. Oglądając poniższe skany rysunków można odnieść wrażenie, że ich autor starał się na nich oddać „istotę” wyglądu każdego z meteorytów?!?
Źródło (source): Rysunki pochodzą z książki – Zavarickij A.N., Kvasza L.G. (Заварицний А.Н., Кваша Л.Г.), (1952), Meteority SSSR. (Метеориты СССР. Коллекциа Академии Наук СССР). USSR Academy of Sciences (Академия Наук СССР, Комитет по метеоритам). Izdatelstvo Akademii Nauk SSSR, Moscow 1952. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Źródła (sources) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
[MetCCCP 1952], [Hurnik 1992], [Brezina 1885], [Tschemak 1883] Yang J., Goldstein J.L., (2005), The formation of the Widmanstatten structure of meteorites, Meteoritics & Planetary Science, 40(2), 2005, s. 239-253. Plik PDF. art. Kichinka Kevin, Gdyby róża nazywała się inaczej…. Sprawa zmiany nazwy figur Widmanstättena, METEORYT
1/2004, ss .3–6. O cięciu i konserwacji meteorytów żelaznych. Mocno zawansowane terminologicznie i pokręcone ;-) teksty o metalurgii, również w kontekście figur Widmanstattena, na stronach P.Z. Budki – meteormetals.com. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Page since: 03 2010
Woreczko Meteorites 2002–2022 © Jan Woreczko & Wadi (Polityka prywatności) | Page update: 2022-09-13 14:54 |