魏德曼花纹
魏德曼花纹(英语:Widmanstätten pattern,又译威氏交纹),或称汤姆森结构,是在八面体陨铁的铁陨石和一些橄榄陨铁中发现独特的长镍-铁结晶,它们包括一些交织的锥纹石和镍纹石形成的带状物,称为lamellæ。通常,在壳层的空隙中会发现由锥纹石和镍纹石混合构成,称为合纹石的微小颗粒。
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f8/Gibeon_meteorite_slice.jpg/200px-Gibeon_meteorite_slice.jpg)
发现
编辑在1808年,这种图型以维也纳的帝国磁器厂厂长阿洛伊斯·魏德曼施泰登的名字命名。当将铁陨石加热时[1],魏德曼注意到颜色和光泽的变化,在不同区域的铁合金会以不同的速率氧化。他并没有发布它的发现,只是在同事之间进行口头上的沟通。此一发现被维也纳矿物和动物学展示所的所长Carl · Schreibers认同[2]。
然而,现在认为这项发现应该归给早他四年公布相同结果的G·汤姆生[2][3][4]。
汤姆森于1804年在那不勒斯工作时,曾以硝酸处理克拉斯诺亚尔斯克陨石,尝试消除氧化造成的变化。陨石在与硝酸接触后不久,表面出现了奇怪的花纹,他如上文所述的作了详细的说明。在意大利南部的内战和政治上的不稳定,使汤姆森很难和他在英国的同事保持联系。替他传讯的人被谋杀,这使他遗失了重要的通讯[3]。结果是,在1804年,他的发现只在法国的Bibliothèque Britannique上发表[3][2][5]。在1806年初,法国的拿破仑入侵那不勒斯,汤姆森被迫逃到西西里 [3],在当年的11月,他在巴勒莫过逝,享年46岁。在1808年,汤姆森的工作再度在意大利被发表(从原始的英文稿翻译)于Atti dell'Accademia Delle Scienze di Siena[6]。横扫欧洲的拿破仑战争妨碍了汤姆森和科学界的接触,另一方面,他的早逝也使他的贡献被埋没了许多年。
名称
编辑对这种图样最常被用到的名称是魏德曼花纹或魏德曼构造,但是在拼写上有一些变化:
- Widmanstetter:Frederick C. Leonard建议的[7]。
- Widmannstätten:例如用在月球上的魏德曼月球坑。
- Widmanstatten:英语的。
此外,由于G. 汤姆森较早发现此种花纹,有些作者建议将这种花纹称为汤姆森构造,或是汤姆森-魏德曼构造[2][3][4]。
壳层形成的机制
编辑镍纹石是在熔点以下的温度均匀混合的铁和镍合金。在温度900到600 °C(与镍的含量相关),有两种镍含量不同的稳定合金:锥纹石的镍含量低(只有5%至15%的镍),镍纹石的镍含量高(可以高达50%)。八面体陨铁陨石的镍含量规范需要介于锥纹石和镍纹石之间,这会导致锥纹石在缓慢降温的条件下,锥纹石板会在镍纹石的晶格中沿着某一个晶轴平面的方向成长。
低镍含量的锥纹石在固体金属内扩散的温度介于700至450 °C,并且以大约每百万年降低1至100度,非常缓慢的速度降温。这可以解释:为何在实验室中无法制造出此种结构。
在陨石被切割、抛光和酸蚀时,因为镍纹石耐酸性较高,因此可以看见晶体线形的花纹。在这张图片中,广泛显示的白线是锥纹石(大小在mm的尺度),像缎带的细线是镍纹石,暗灰的杂斑区域是合纹石。
用途
编辑由于以极端缓慢的速率冷却(经历数百万年),镍铁晶体在固体内增长的长度只有几厘米。这种花纹的存在是材料来自外太空的证明,可以很容易的确定一小块的碎片是否陨石的一角。
标本
编辑有许多不同的方法可以显示出铁陨石上的魏德曼花纹,通常第一步是要先切片和抛光,然后清理和移除任何抛光时残留下的污垢,最后将切片放入硝酸来处理(最近常用的是以氯化铁来处理)。由于每颗陨石的镍含量不同,蚀刻所需要的时间也不同,通常是30秒至1分钟左右。陨石一旦被酸蚀刻,通常需要用强碱(例如碳酸钠)来平衡,以移除残留下的酸,并且清洗和干燥,使用轻润滑油可以协助抗腐蚀性。
尺寸
编辑镍纹石的带宽范围从粗糙到细致,是依据镍含量的增加而变化的。现今,铁陨石的分类是依据化学成分,但是原始的分类是以花纹的带宽为依据,称为构造分类法。八面体陨铁可以分为:
- Ogg:最粗糙的八面体陨铁,锥纹石的带宽大于3.3mm,镍含量在5%-9%。
- Og :粗糙的八面体陨铁,锥纹石的带宽在1.3-3.3 mm,镍含量在6.5-8.5%。
- Om:中等的八面体陨铁,锥纹石的带宽在0.5-1.3 mm,镍含量在7-13%。
- Of :细致的八面体陨铁,锥纹石的带宽在0.2-0.5 mm,镍含量在7.5-13%。
- Off:最细致的八面体陨铁,锥纹石的带宽小于<0.2 mm,镍含量在17-18%。
没有魏德曼花纹的铁陨石:
形状和纹路
编辑以不同的方向切割的陨石平面会影响到魏德曼花纹的形状和方向,因为在八面体上的锥纹石薄片是精确排列的。八面体陨铁的名称来自于晶体的结构是并联的八面体,相对的面是互相平行的。所以虽然八面体有八个面,但锥纹石只有四个面。铁和铁-镍只会形成八面体结晶的情形非常罕见,但是这些在晶体学上的八面体仍然与外部的行为无关。沿着不同平面切开的八面体陨铁(或者任何八面体对称的物质,是正立方对秤体的次分类),都会呈现下面之中的一种型态:
- 垂直三个轴(立方体)之一切下:两组彼此互相垂直的条纹。
- 平行于八面体之一的平面切下(与三个轴的晶体中心等距离):三组条纹彼此成60°斜交的条纹。
- 其他的角度:四组以不同任意角度交叉的条纹。
注解
编辑- ^ O. Richard Norton. Rocks from Space: Meteorites and Meteorite Hunters. Mountain Press Pub. (1998) ISBN 0-87842-373-7
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 John G. Burke. Cosmic Debris: Meteorites in History. University of California Press, 1986. ISBN 0-520-05651-5
- ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Gian Battista Vai, W. Glen E. Caldwell. The origins of geology in Italy. Geological Society of America, 2006, ISBN 0-8137-2411-2 [1] (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- ^ 4.0 4.1 O. Richard Norton. The Cambridge Encyclopedia of meteorites. Cambridge, Cambridge University Press, 2002. ISBN 0-521-62143-7.
- ^ F. A. Paneth. The discovery and earliest reproductions of the Widmanstatten figures. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1960, 18, pp.176-182
- ^ G.Thomson. Saggio di G.Thomson sul ferro Malleabile trovato da Pallas in Siberia. Atti dell'Accademia Delle Scienze di Siena, 1808, IX, pg.37 [2] (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- ^ 存档副本. [2008-06-24]. (原始内容存档于2008-07-05). O. Richard Norton, Personal Recollections of Frederick C. Leonard, Part II