Теллурическое железо , также называемое самородным железом , — это железо , которое возникло на Земле и встречается в металлической форме , а не в виде руды . Теллурическое железо встречается крайне редко, известно только одно крупное месторождение в мире, расположенное в Гренландии .
За исключением расплавленного ядра, почти все элементарное железо на Земле встречается в виде железных руд . Считалось, что все металлическое железо было преобразовано в оксиды железа во время Великого окислительного события , начавшегося примерно 2 миллиарда лет назад, среди прочих теорий. До конца 1800-х годов железо как самородный металл было лишь предметом спекуляций за пределами изолированной Гренландии. Единственное известное земное железо в металлической форме было найдено в виде метеоритов , которые были выпавшие на Землю из космоса.
Теллурическое железо так названо от латинского слова Tellus , что означает «Земля» (планета, в отличие от terra, что означает «земля»: земля, грунт или почва), в сочетании с суффиксом -ic, что означает «из» или «рожденный из», что отличает его от метеоритов . Теллурическое железо напоминает метеоритное железо , поскольку оно содержит как значительное количество никеля , так и видманштеттеновы структуры . Однако теллурическое железо обычно содержит всего около 3% никеля, что слишком мало для метеоритов, ни один из которых не был найден с содержанием менее 5%. Существует два типа теллурического железа: как тип 1 , так и тип 2 содержат сопоставимые количества никеля и других примесей. Основное различие между ними заключается в содержании углерода , которое сильно влияет на твердость, обрабатываемость и температуру плавления металла.
Теллурическое железо — это металлическое железо, которое образовалось в мантии и коре Земли. Хотя небольшие месторождения теллурического железа были обнаружены по всему миру, западные берега Гренландии содержат единственные известные крупные месторождения. Однако эти месторождения могут существенно различаться по форме и составу даже в одном и том же регионе, а также резко различаться между различными регионами, такими как Уивфак, Асук, Блаафьельд и Меллемфьорд. Общим фактором является то, что все гренландские месторождения, как правило, находятся в дайках (заполненных лавой трещинах в коренной породе) или экструзиях, где расплавленная порода могла вытекать на поверхность. Еще одной общей чертой является то, что все месторождения находятся в ассоциации с богатым графитом полевым шпатом , что, вероятно, способствует высокому содержанию углерода и низкому содержанию оксидов в металле, хотя неизвестно, удалось ли металлу избежать окисления вместе с остальной частью железа Земли или же он изначально представлял собой пласты руды и угля, которые погрузились под воду , а затем естественным образом расплавились в лаве из-за восстановительной среды, созданной богатым углеродом графитовым полевым шпатом .
Теллурическое железо в Гренландии уникально тем, что его можно найти почти во всех фазах сплавов железа с углеродом и с резко различающимися кристаллическими структурами. В некоторых породах оно находится в смеси с базальтом в виде очень маленьких зерен с острыми углами и неправильной формой, тогда как в других небольшие капли размером с зернышко в расплавленной магме смогли объединиться в более крупные капли размером с горошину, которые кристаллизовались в основном в сферической или продолговатой форме. В других же дайка или экструзия могут быть сделаны почти полностью из очень высокоуглеродистого чугуна, который мог легче объединяться в магме и течь в трещины из-за своей более низкой вязкости и температуры плавления. Этот чугун часто покрыт коркой или содержит включения базальта, поскольку он выдавливался из земли в виде очень больших шаровидных масс внутри лавы, из которых большие валуны образовались из-за естественной эрозии окружающего базальта.
Теллурическое железо в основном делится на две группы в зависимости от содержания углерода. Тип 1 — это чугун, обычно содержащий более 2,0% углерода, в то время как тип 2 находится где-то между кованым железом и эвтектоидной сталью. Оба типа, как правило, очень хорошо справляются с выветриванием в элементах, но имеют тенденцию разлагаться и очень быстро крошиться в сухой, контролируемой атмосфере музея, хотя тип 2 гораздо более подвержен такому виду повреждений. [4]
Теллурическое железо типа 1 содержит значительное количество углерода. Тип 1 — это белый никелевый чугун, содержащий от 1,7 до 4% углерода и от 0,05 до 4% никеля, который очень твердый и хрупкий и плохо поддается холодной обработке . Структура типа 1 состоит в основном из перлита и цементита или когенита с включениями троилита и силиката . Отдельные зерна феррита обычно имеют размер около миллиметра. Хотя состав зерен может различаться, даже в пределах одного зерна они в основном состоят из довольно чистого никеля-феррита. Зерна феррита соединены цементитными пластинками; обычно толщиной 5–25 микрометров; образуя перлит.
Тип 1 встречается в виде массивных выдавленных изделий или очень больших валунов, обычно весом от нескольких тонн до десятков тонн. Древние инуиты (местные жители Гренландии) не могли обрабатывать металл в холодном состоянии, и его чрезвычайно трудно обрабатывать даже современными инструментами. Обработка типа 1, возможно, лучше всего выполняется с помощью карборундового круга и водяного охлаждения. Однако тип 1, возможно, использовался инуитами в качестве молотков и наковален.
Распиленные пополам валуны типа 1, как правило, имеют снаружи толстую оболочку из чугуна, которую едва ли можно разбить пневматическими отбойными молотками , но внутри они представляют собой гораздо более хрупкую конструкцию из зерен железа в почти порошкообразной форме, спеченных вместе , образующих пористый материал типа губчатого железа , который измельчается при ударе молотка. [4]
Теллурическое железо типа 2 также содержит около 0,05–4% никеля, но обычно менее 0,7% углерода. Тип 2 — это ковкий никелевый чугун, который хорошо поддается холодной обработке. Содержание углерода и никеля оказывает большое влияние на конечную твердость холоднодеформированной детали.
Тип 2 встречается в виде мелких зерен, смешанных с базальтовой породой. Зерна обычно имеют диаметр 1–5 миллиметров. Зерна обычно встречаются по отдельности, разделенные базальтом, хотя иногда они спекаются вместе, образуя более крупные агрегаты. Более крупные куски также содержат небольшое количество когенита, ильменита , перлита и троилита. Тип 2 использовался инуитами для изготовления таких предметов, как ножи и улусы . Базальт обычно дробили, чтобы высвободить зерна размером с горошину, которые затем ковали в диски размером с монеты. Металл очень мягкий и может коваться в очень тонкие пластины. Эти плоские диски обычно вставлялись в длинные щели, вырезанные в костяных ручках, рядами так, чтобы они слегка перекрывали друг друга, образуя край, который напоминал комбинацию ножа и пилы ( перевернутый зубчатый край ). [5] [6]
Помимо очень небольшого месторождения теллурического железа в Касселе, Германия , которое в настоящее время истощено, и нескольких других мелких месторождений по всему миру, единственные известные крупные месторождения существуют в районе залива Диско в Гренландии и поблизости от него . Материал был найден на вулканических равнинах базальтовых пород и использовался местными инуитами для изготовления режущих кромок для таких инструментов, как ножи и улусы . Инуиты были единственным народом, который находил практическое применение теллурическому железу. [5] [6]
В 1870 году Адольф Эрик Норденшельд обнаружил большие валуны железа недалеко от залива Диско в Гренландии. Зная, что инуиты делали инструменты из метеорита Кейп-Йорк , в основном благодаря открытию сэра Джона Росса , что аборигены Гренландии использовали железные ножи, Норденшельд высадился в заливе Фортуна на острове Диско, чтобы найти материал. Инуиты сказали Россу, что они получили железо высоко на горе, на месте, где лежали два больших валуна. Один был очень твердым и не поддавался разрушению, но другой был расколот на более мелкие куски, из которых извлекались шарики железа и ковались в плоские диски для ножей. Норденшельд безуспешно искал это место, пока некоторые из местных инуитов не привели его в место под названием Уивфак , где по всей местности были разбросаны большие массы металлического железа. Он предположил, что металл имел метеоритное происхождение , поскольку оба содержали значительное количество никеля и оба имели видманштеттеновы узоры . Большинство ученых того времени считали, что неокисленного теллурического железа не существует, и мало кто подвергал сомнению открытие Норденшельда. [5] [6]
Густав Наукхофф совершил экспедицию в Гренландию в 1871 году. Вооружившись динамитом и подъемным оборудованием , его экспедиция собрала три больших образца теллурического железа, также полагая, что они метеоритные, согласно исследованию Норденшельда, и привезла их обратно в Европу для дальнейшего изучения. Эти образцы в настоящее время можно найти в Швеции , Финляндии и Дании . 25-тонный блок теперь покоится возле Риксмузеума в Стокгольме, 6,6-тонный блок возле Геологического музея в Копенгагене, а 3-тонный блок можно найти в Музее естественной истории в Кумпуле, Хельсинки. [7]
В 1871 году Наукхоффа сопровождал К. Дж. В. Стенструп . Из-за таких обстоятельств, как форма валунов, которые часто имели острые углы или зазубренные края, не характерные для метеоритов (которые значительно разрушаются при входе в атмосферу ), или тот факт, что многие из них имели области, покрытые базальтом , Стенструп не согласился с Норденшельдом относительно происхождения валунов и отправился в собственную экспедицию в 1878 году. В 1879 году Стенструп впервые идентифицировал железо типа 2 , показав, что оно также содержит видманштеттеновы структуры . Позднее Стенструп сообщил о том, что он обнаружил:
Осенью 1879 года я сделал открытие в связи с этим вопросом, так как в старой могиле в Экалуите ... я нашел 9 кусков базальта, содержащих круглые шарики и неровные куски металлического железа. Эти куски лежали вместе с костяными ножами, похожими на те, что принес домой Росс, а также с обычными каменными инструментами... тогда как 9 кусков базальта с железными шариками были, очевидно, материалом для костяных ножей. Это железо мягкое и хорошо держится на воздухе, по этой причине оно пригодно для использования способом, описанным Россом. Порода, в которой появляется железо, является типичным крупнозернистым полевым шпатом - базальтом . Открытие имеет двойное значение, во-первых, потому что это первый раз, когда мы видим материал, из которого эскимосы делали искусственные ножи , и, во-вторых, потому что это показало , что они использовали теллурическое железо для этой цели .
После открытия могилы в Экалуите, Стенструп обнаружил много крупных выходов базальта, содержащих железо типа 2. Поскольку зерна типа 2 залегают в вулканическом базальте, который соответствует подстилающей породе, Стенструп смог показать, что железо было из земных, или теллурических, источников. [7] В своем отчете Стенструп добавил:
Этот своеобразный слой базальта заполнен сверху донизу железными зернами всех размеров от долей миллиметра до длины 18 мм и ширины 14 мм, что является самым большим размером, который я нашел. ... При полировке это железо показывает прекрасные видманштеттеновы фигуры . ... В настоящее время доказано, что металлическое никелевое железо с видманштеттеновыми фигурами также является теллурическим минералом , и, следовательно, присутствие никеля вместе с определенной кристаллической структурой не является достаточным для того, чтобы придать свободным железным блокам характер метеоритов .
Результаты исследований Стенструпа были позднее подтверждены экспертом по метеоритам Дж. Лоуренсом Смитом в 1879 году, а затем Йоханом Лоренценом в 1882 году. Чрезвычайно редкое теллурическое железо, обнаруженное в западной Гренландии , с тех пор изучается. [5] [6] [7]
Помимо месторождения острова Диско самородное железо было обнаружено в заливе Форчун, Меллемфьорде, Асуке и других местах вдоль западного побережья Гренландии. Другие места включают: [1]
Самородные сплавы никеля и железа с Ni 3 Fe до Ni 2 Fe встречаются в виде россыпных месторождений, полученных из ультраосновных пород . Аваруит был описан в 1885 году в Новой Зеландии .