미네랄 레독스 버퍼

Mineral redox buffer
푸가시티 온도 다이어그램. Log oxygen fugacity vs temperature at 1 bar pressure for common buffer assemblages, plotted from algorithms compiled by B. R. Frost.[1] (MH, magnetite-hematite; NiNiO, Nickel-nickel oxide; FMQ, fayalite-magnetite-quartz; WM, wustite-magnetite; IW, iron-wustite; QIF, quartz-iron-fayalite)

지질학에서 redox buffer는 온도의 함수로서 산소의 도망성을 구속하는 광물이나 화합물의 집합체다. 암석이 형성되고 진화하는 리독스 조건(또는 동등하게 산소 푸가티)에 대한 지식은 암석의 역사를 해석하는 데 중요할 수 있다. 철, 유황, 망간은 하나 이상의 산화 상태에서 발생하는 지구 지각의 비교적 풍부한 원소 중 세 가지다. 예를 들어 지각에서 네 번째로 풍부한 원소인 철은 토종철, 철철(Fe2+), 철철(Fe3+)으로 존재한다. 암석의 redox 상태는 이러한 원소의 산화 상태의 상대적인 비율에 영향을 미치기 때문에 존재하는 광물과 그 구성 모두를 결정할 수 있다. 암석에 리독스 버퍼를 구성하는 순수한 광물이 포함되어 있는 경우, 등진동의 산소 도망도는 수반되는 피거도 온도 도표에서 곡선 중 하나에 의해 정의된다.

일반 레독스 버퍼 및 광물학

리독스 버퍼는 광물 안정성과 암석 이력을 조사하기 위한 실험실 실험에서 산소 푸가스를 제어하기 위해 부분적으로 개발되었다. 도망도 온도 다이어그램에 표시된 각 곡선은 버퍼에서 발생하는 산화 반응을 위한 것이다. 이러한 리독스 버퍼는 지정된 온도에서 산소 용출도를 감소시키기 위해, 즉 표시된 온도 범위에서 더 많은 산화에서 더 많은 환원 조건으로 여기에 나열된다. 모든 순수 미네랄(또는 화합물)이 완충재 조립에 존재하는 한 산화 조건은 완충재의 곡선에 고정된다. 압력은 지구 표면의 조건에 대해 이러한 완충곡선에 미미한 영향을 미칠 뿐이다.

MH 자석-히마이트

4 Fe3O4 + O2 = 6 Fe2O3

니니오 니켈-니켈 산화물

2 Ni + O2 = 2 NiO

FMQ 페이알라이트-마그네사이트-쿼츠

3 Fe2SiO4 + O2 = 2 Fe3O4 + 3 SiO2

WM 자석

3 Fe1−xO + O2 ~ Fe3O4

IW 철광석

2(1-x) Fe + O2 = 2 Fe1−xO

QIF 쿼츠-철-파얄라이트

2 Fe + SiO2 + O2 = Fe2SiO4

광물, 암석 종류 및 특성 버퍼

광물학 및 redox 버퍼와의 상관 관계

암석 내 Fe2+ 대 Fe의3+ 비율은 부분적으로 암석의 규산염 광물과 산화물 광물 결합을 결정한다. 주어진 화학적 구성의 바위 안에서, 철은 그 온도와 압력에서 안정된 대량 화학적 구성과 광물 단계에 기초하여 광물로 들어간다. 예를 들어, 리독스 조건에서는 MH(마그네이트-히마타이트) 완충제보다 산화성이 더 높은 상태에서는 적어도 철의 많은 부분이 존재할 가능성이 있으며, Fe와3+ 헤마타이트가 철을 함유하는 암석의 광물일 가능성이 높기 때문이다. 철은 그것이 Fe로2+ 존재하는 경우에만 올리빈과 같은 미네랄을 섭취할 수 있다; Fe는3+ fayalite 올리빈의 격자 속으로 들어갈 수 없다. 그러나 마그네슘과 같은 올리바인의 원소는 페를2+ 함유한 올리바인을 페이알라이트 안정성에 필요한 것보다 더 많은 산화 조건을 갖도록 안정시킨다. 자석체와 티타늄을 함유한 엔드 멤버인 울보스파이넬 사이의 고체 용액은 자석의 안정성장을 확대한다. 마찬가지로 IW(철-거스트라이트) 완충제보다 감소하는 조건에서도 피록신과 같은 미네랄은 여전히 Fe를3+ 함유할 수 있다. 따라서 redox 버퍼는 광물과 암석의 Fe와2+ Fe의3+ 비율에 대한 대략적인 지침일 뿐이다.

화성암

지상 화성암은 일반적으로 WM(wistite-magnetite) 버퍼보다 산화성이 높고 로그 단위보다 감소된 산소 푸가스에서 결정화를 기록한다. 따라서 이들의 산화 조건은 FMQ(fayalite-magnetite-quartz) redox 버퍼와 멀지 않다. 그럼에도 불구하고, 구조적인 설정과 상관관계가 있는 체계적 차이가 있다. 섬 호에서 분출된 화성암은 일반적으로 NiNiO 완충제보다 1개 이상의 통나무 단위가 산화하는 것으로 기록된다. 대조적으로, 비 아크 설정의 현무암과 가브로는 일반적으로 FMQ 버퍼의 그것으로부터 로그 유닛까지의 산소 푸가스를 기록하거나 또는 그 버퍼보다 더 많이 감소시킨다.

퇴적암

산화 조건은 퇴적암의 퇴적과 다이오메네시스 일부 환경에서 흔하다. MH 완충장치(자석-히마트이트)에서 산소의 도망성은 25℃에서 10여−70 개에 불과하지만 지구 대기의 대기 중 약 0.2기압이기 때문에 일부 퇴적 환경은 마그마에 있는 환경보다 훨씬 더 산화된다. 검은 셰일 형성을 위한 환경과 같은 다른 퇴적 환경은 상대적으로 감소하고 있다.

변성암

변성기의 산소 푸가스는 일부 퇴적암에서 유전되는 산화성 성분 때문에 매거진 환경보다 높은 값으로 확장된다. 거의 순수한 헤마이트가 어떤 변성된 띠철형성체에 존재한다. 이와는 대조적으로 토종 니켈 철은 일부 독사에 존재한다.

외계암

운석 내에서는 철-위스트라이트 레독스 완충재가 이들 외계계의 산소 도망성을 설명하는데 더 적합할 수 있다.

리독스 효과 및 황

피라이트(FeS2)와 피리오타이트(FeS1−x)와 같은 황화 미네랄은 많은 광석 퇴적물에서 발생한다. 피라이트와 그것의 폴리모프 마르카사이트 또한 많은 석탄 퇴적물과 셰일즈에서 중요하다. 이러한 황화 미네랄은 지구 표면보다 더 감소하는 환경에서 형성된다. 산화된 지표수와 접촉할 때 황화물이 반응한다: 황산염(SO42−)이 형성되고, 물은 산성화되어 다양한 원소로 충전되며, 어떤 것들은 잠재적으로 독성이 있다. 산광 배수 작업에서 논의된 바와 같이 결과는 환경적으로 해로울 수 있다.

황산염이나 이산화황으로의 황 산화는 1991년의 피나투보나 1982년의 엘치콘과 같이 유황이 풍부한 화산 폭발을 일으키는 데도 중요하다. 이러한 분출은 지구 대기에 비정상적으로 많은 양의 아황산가스를 기여했고, 그 결과 대기 질과 기후에 영향을 미쳤다. 마그마스는 NiNiO 버퍼보다 거의 두 개의 로그 유닛이 더 많이 산화되어 있었다. 무수분인 황산칼슘은 분출된 테프라에 페노크리스스트로 존재했다. 이와는 대조적으로, 황화물은 대부분의 황을 마그마에 함유하고 있으며 FMQ 버퍼보다 더 감소한다.

참고 항목

참조

  1. ^ B. R. 미국광물학회의 프로스트 "광물학에서의 검토" 제25권 "산화광물: 애완동물학 및 자기적 중요성" (D. H. 린들리, 편집자) (1991)
  • 도날드 H. 린들리(편집자), 산화광물: 애완동물과 자기적 중요성. 미국광물학회의 미국광물학 리뷰, 제25권, 509페이지(1991년) ISBN0-939950-30-8
  • Bruno Scaillet and Bernard W. Evans, 1991년 6월 15일 피나투보 화산 폭발. I. Dacite Magma의 P–T–fO2-fH2O 조건과 Phase Equilibria and Pre-eruation P–T–fH2O 조건. 《동물학 저널》, 제40권, 381-411쪽(1999년)이다.