Woreczko Meteorites

Jan Woreczko & Wadi

  Google (new window)eBay.com (new window)Meteoritical Bulletin Database (new window)Meteoritical Bulletin Database News (new window)

Figury, struktury Widmanstättena
(Widmanstätten pattern; Widmanstatten«

 

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).

 

Hasła

  • Klasy strukturalne meteorytów żelaznych – heksaedryty, oktaedryty i ataksyty

  • Pochodzenie figur Widmanstättena

  • Galeria struktur obserwowanych na szlifach powierzchni meteorytów żelaznych i żelazno-kamiennych

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. 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.

 

Neumann lines (Boguslavka)

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. Nazwa na cześć Johanna G. Neumanna, który zaobserwował je pierwszy w 1848 roku w meteorycie Braunau* (spadek 14 lipca 1847 roku w Vychodocesky 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. Jest również hipoteza, że linie Neumanna powstały wskutek nagłego rozprężenia żelaznego jądra podczas rozbicia macierzystej planetki!? Po podgrzaniu meteorytu do temperatury powyżej 500oC linie Neumanna zanikają.

  Ładny przykład linii Neumanna w ziarnie żelaza w meteorycie kamiennym (NWA 6267) z kolekcji Mirko Graula oraz na powierzchni heksaedrytu Boguslavka*.

  

Zobacz również:

 

Meteoryt Mundrabilla Meteoryt Udei Station Meteoryt Gan Gan Meteoryt El Sampal

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.

 

Klasa strukturalna
(structural class)
Symbol
(symbol)
Szerokość belek kamacytu
(band width) [mm]
Średnia
zawartość niklu
[%]
Odpowiednia grupa
w klasyfikacji chemicznej
meteorytów żelaznych
(related groups, chemical class)
heksaedryty
(hexahedrites)
HEX >50 4,5–6,4 IIAB, IIG
oktaedryty bardzo gruboziarniste
(coarsest octahedrites)
Ogg 3,3–50 6,5–7,2 IIAB, IIG
oktaedryty gruboziarniste
(coarse octahedrites)
Og 1,3–3,3 6,5–8,5 IAB, IC, IIE, IIIAB, IIIE
oktaedryty średnioziarniste
(medium octahedrites)
Om 0,5–1,3 7,4–10,3 IAB, IID, IIE, IIIAB, IIIF
oktaedryty drobnoziarniste
(fine octahedrites)
Of 0,2–0,5 7,8–12,7 IID, IIICD, IIIF, IVA
oktaedryty bardzo drobnoziarniste
(finest octahedrites)
Off <0,2 7,8–12,7 IIC, IIICD
plessytowe
(plessitic octahedrites)
Opl <0,2 (wrzeciona kamacytu, spindles) 9,2–18 IIC, IIF
ataksyty
(ataxites)
ATAX bez struktury >16,0 IIF, IVB

 

 

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

Wykres fazowy mieszaniny Fe-Ni

 

 

 

Podobieństwo cech fizycznych jonów żelaza i niklu


Żelazo, Fe

Kryształ żelaza Kryształ żelaza
  • liczba atomowa Z 26, liczba masowa A 56 (4 okres, grupa VIIIB)

  • gęstość 7,874 g/cm3

  • temp. topnienia 1538oC

  • krystalizuje w układzie krystalograficznym regularnym (sześciennym) przestrzennie centrowanym (cubic crystal system, body-centered cubic), grupa przestrzenna Im3m. Forma kryształów ośmiościan (oktaedr), np. fluoryt. Promień atomowy 0,140 nm.

Nikiel, Ni

Kryształ niklu Kryształ niklu
  • liczba atomowa Z 28, liczba masowa A 58 (4 okres, grupa VIIIB)

  • gęstość 8,908 g/cm3

  • temp. topnienia 1455oC

  • krystalizuje w układzie krystalograficznym regularnym (sześciennym) ściennie centrowanym (cubic crystal system, face-centered cubic), grupa przestrzenna Fm3m. Forma kryształów sześcian, np. piryt. Promień atomowy 0,135 nm.

 

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.

 

Przykładowa komórka elementarna kryształu kamacytu

Przykładowa komórka elementarna kryształu kamacytu (9 atomów) 7 atomów żelaza i 2 atomy niklu.
Układ regularny (sześcienny) przestrzennie centrowany

Przykładowa komórka elementarna kryształu taenitu

Przykładowa komórka elementarna kryształu taenitu (14 atomów) 9 atomów żelaza i 5 atomów niklu.
Układ regularny (sześcienny) ściennie centrowany

 

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
Koncepcja plastyczna: © 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.
  Charakterystyczne równoległe belki to figury Widmanstättena, nazwane od nazwiska pewnego hrabiego, którego zafascynowały już dwieście lat temu. Zobaczymy je w oktaedrytach i pallasytach, a również w żelaznych fragmentach winonaitów. Owe belki składają się z minerałów: kamacytu i taenitu. Im mniej niklu, tym belki są grubsze. Im więcej, tym są cieńsze. Wynika stąd podział oktaedrytów na: drobnoziarniste, średnioziarniste i gruboziarniste.
  W heksaedrytach z kolei po wytrawieniu kryształy kamacytu będą poprzecinane cienkimi, równoległymi kreskami. Są to linie Neumanna – zapis burzliwej, zderzeniowej historii jaką kamień przeszedł w kosmosie. Wystarczy popatrzeć na gęste linie Neumanna w meteorycie Morasko!
  Znalazcy podejrzanych kamieni, często poddają je trawieniu. Jeśli pojawią się figury Widmanstättena albo linie Neumanna, to znak, że kamień jest gościem z kosmosu.
  By powstały takie struktury, stop żelaza i niklu musiał stygnąć kilka stopni na milion lat! Nie obserwuje się ich w skałach ziemskich, nie można ich „wytworzyć” w ziemskim żelazie.

Meteoryty żelazne. Niezwykłe kryształy i linie

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

Meteoryty żelazne. Figury Widmanstättena i...

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.

Rysunki meteorytów żelaznych i żelazno-kamiennych w kolejności:
heksaedryty (HEX)  –  oktaedryty (Ogg-Og-Om-Of-Off-Opl)  –  ataksyty (ATAX)  –  pallasyty (PAL)

 

Boguslavka* (IIAB, HEX)

fig. 11. Heksaedryt Boguslavka* (IIAB, HEX). Mikrostruktura. Rozmiar obrazu 1,4 mm. Widoczne linie Neumanna

Sikhote-Alin* (IIAB, Ogg)

fig. 14. Oktaedryt bardzo gruboziarnisty Sikhote-Alin* (IIAB, Ogg). Okrągłe ziarna troilitu powiązane z granicami dużych belek kamacytu. Rozmiar obrazu 17,5 mm

Kaalijarv (IAB MG, Og)

fig. 24. Oktaedryt gruboziarnisty Kaalijarv (IAB MG, Og). Mikrostruktura. Rozmiar obrazu 18,7 mm

Kaalijarv (IAB MG, Og)

fig. 25. Oktaedryt gruboziarnisty Kaalijarv (IAB MG, Og). Mikrostruktura. Rozmiar obrazu 2,7 mm

Sarepta (IAB MG, Og)

fig. 26. Oktaedryt gruboziarnisty Sarepta (IAB MG, Og). Mikrostruktura. Wtrącenia schreibersytu. Rozmiar obrazu 18,3 mm

Chebankol (IAB sHL, Og)

fig. 29. Oktaedryt gruboziarnisty Chebankol (IAB sHL, Og). Detale struktury. Rozmiar obrazu 18,3 mm

Chebankol (IAB sHL, Og)

fig. 30. Oktaedryt gruboziarnisty Chebankol (IAB sHL, Og). Detale struktury. Rozmiar obrazu 5,9 mm

Bischtübe (IAB sLL, Og)

fig. 33. Oktaedryt gruboziarnisty Bischtübe (IAB sLL, Og). Struktura. Rozmiar obraz 17,3 mm

Veliko-Nikolaevsky Priisk (IIIAB, Om)

fig. 22. Oktaedryt średnioziarnisty Veliko-Nikolaevsky Priisk (IIIAB, Om). Detale struktury. Rozmiar obrazu 18,3 mm

Toubil River (IIIAB, Om)

fig. 19. Oktaedryt średnioziarnisty Toubil River (syn. Abakan) (IIIAB, Om). Mikrostruktura. Rozmiar obrazu 18,5 mm

Maldyak (IIIAB, Om)

fig. 37. Oktaedryt średnioziarnisty Maldyak (IIIAB, Om). Mikrostruktura; owalne ziarna – schreibersyt. Rozmiar obrazu 18,6 mm

Ilinskaya Stanitza (IIIAB, Om)

fig. 40. Oktaedryt średnioziarnisty Ilinskaya Stanitza (IIIAB, Om). Mikrostruktura. Rozmiar obrazu 18,3 mm

Ssyromolotovo (IIIAB, Om)

fig. 42. Oktaedryt średnioziarnisty Ssyromolotovo (IIIAB, Om). Polerowana powierzchnia. Mikrostruktura. Rozmiar obrazu 16,1 mm

Verkhne Udinsk (IIIAB, Om)

fig. 31. Oktaedryt średnioziarnisty Verkhne Udinsk (syn. Niro) (IIIAB, Om). Mikrostruktura. Rozmiar obrazu 18,8 mm

Verkhne Udinsk (IIIAB, Om)

fig. 32. Oktaedryt średnioziarnisty Verkhne Udinsk (syn. Niro) (IIIAB, Om). Detale struktury. Rozmiar obrazu 2,7 mm

Norin-Shibir (IRUNGR, Om)

fig. 44. Oktaedryt średnioziarnisty Norin-Shibir (IRUNGR, Om). Wypunktowaniem pokazano ziarna oliwinu. Rozmiar obrazu 16,1 mm

Norin-Shibir (IRUNGR, Om)

fig. 45. Oktaedryt średnioziarnisty Norin-Shibir (IRUNGR, Om). Detale struktury. Rozmiar obrazu 2,7 mm

Toubil River (IIIAB, Om)

fig. 46. Oktaedryt średnioziarnisty Toubil River (syn. Tubil) (IIIAB). Mikrostruktura. Rozmiar obrazu 18,8 mm

Augustinovka (IIIAB, Om)

fig. 48. Oktaedryt średnioziarnisty Augustinovka (IIIAB, Om). Z lewej u góry część owalnego ziarna troilitu. Rozmiar obrazu 18,5 mm

Netschaëvo (IIE-an, Om)

fig. 85. Oktaedryt średnioziarnisty (grahamit) Netschaëvo (IIE-an, Om). Polerowany szlif. Rozmiar obrazu 18,5 mm

Novorybinskoe (IVA, Of)

fig. 56. Oktaedryt drobnoziarnisty Novorybinskoe (IVA, Of). Mikrostruktura. Czarne klinowate pasma – szczeliny. Rozmiar obrazu 17,2 mm

Yudoma (IVA, Of)

fig. 62. Oktaedryt drobnoziarnisty Yudoma (IVA, Of). Detale struktury. Punktami pokazano obszar podtrawionego fragmentu (kropli kwasu). Rozmiar obrazu 17,2 mm

Bodaibo (IVA, Of)

fig. 66. Oktaedryt drobnoziarnisty Bodaibo (IVA, Of). Mikrostruktura. Rozmiar obrazu 16,1 mm

Dorofeevka (IIF, Opl)

fig. 53. Oktaedryt plessytowy Dorofeevka (IIF, Opl). Detale struktury. Fragment z cienkimi kamacytowymi belkami. Rozmiar obrazu 13,6 mm

Dorofeevka (IIF, Opl)

fig. 54. Oktaedryt plessytowy Dorofeevka (IIF, Opl). Kamacytowa belka, otoczona taenitem w cienkim plessycie o oktaedrytowej budowie. Rozmiar obrazu 1,6 mm

Repeev Khutor* (IIF, Opl)

fig. 61. Oktaedryt plessytowy Repeev Khutor* (IIF, Opl). Detale struktury. Punktami pokazana granica podtrawionego fragmentu (kropli kwasu). Rozmiar obrazu 18,6 mm

Chinga (IRUNGR, ATAX)

fig. 70. Ataksyt Chinga (IRUNGR, ATAX). Po prawej na górze wtrącenie troilitu, otoczone tlenkami żelaza o pasmowej budowie. Rozmiar obrazu 19,0 mm

Krasnojarsk (PAL MG)

fig. 74. Żelazo Pallasa (pallasyt Krasnojarsk, PAL MG). Punktami zaznaczono oliwin. Rozmiar obrazu 18,2 mm

Krasnojarsk (PAL MG)

fig. 75. Żelazo Pallasa (pallasyt Krasnojarsk, PAL MG). Podtrawione fragmenty żelaza. Punktami zaznaczono plessyt. Rozmiar obrazu 10,3 mm

Lipovsky (PAL MG)

fig. 81. Pallasyt Lipovsky (PAL MG). Punktami zaznaczono oliwin. Rozmiar obrazu 18,3 mm

Brahin (PAL MG)

fig. 78. Pallasyt Brahin (PAL MG). Punktami zaznaczono oliwin. Rozmiar obrazu 15,3 mm

Brahin (PAL MG)

fig. 79. Pallasyt Brahin (PAL MG). Punktami zaznaczono oliwin. Rozmiar obrazu 19 mm

Pavlodar (pallasite) (PAL MG-an)

fig. 83. Pallasyt Pavlodar (pallasite) (syn. Jamyscheva) (PAL MG-an). Punktami zaznaczono oliwin. Rozmiar obrazu 17,2 mm

Źródła (sources)


[MetCCCP 1952], [Hurnik 1992]

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, pp.3–6.
Skąd nazwa figur i kim byli jej odkrywcy. Oryginalne rysunki Thomsona – rzeczywistego odkrywcy figur Widmanstättena.

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

stat4u
Page update: 2016-06-15 12:08