Кіріспе
Метеориттерде кездесетін темір мен никель қорытпасы.
Камацит – темір мен никель қорытпасы, Жерде тек метеориттерде ғана кездеседі. Халықаралық минералогиялық қауымдастығының (IMA) мәліметінше, ол табиғи темір минералының никельге бай түрі саналады. Темір:никель арақатынасы 90%:10% және 95%:5% аралығында болады; кобальт немесе көміртекті сияқты басқа элементтердің шағын мөлшерде болуы да мүмкін. Минералдың металдық жылтыры бар, сұр түсті және айқын жарылуы жоқ, бірақ кристалдық құрылымы изометриялық гексоктаэдрлі. Оның тығыздығы шамамен 8 г/см³ және Мосс шкаласы бойынша қаттылығы 4-ке тең. Оны кейде балкенизен деп те атайды. Атауы 1861 жылы пайда болған және грек тіліндегі καμακ "камак" немесе κάμαξ "камакс" түбірінен шыққан, яғни жүзімді тіреу тірегін білдіреді. Камацит темір метеориттерінің (октаэдрит және гексаэдрит түрлері) маңызды құрауышы болып табылады. Октаэдриттерде ол таенитпен кезегімен араласып, Видманштеттен суретін қалыптастырады. Гексаэдриттерде Нейман сызықтары деп аталатын ұсақ параллель сызықтар көрінеді, олар соқтығысудан туындаған жақын орналасқан камацит пластиналарының құрылымдық деформациясын көрсетеді. Кейде камацит пен таенит осыншалықтай араласып кетеді, оларды көзге ажырату қиын, нәтижесінде плессит пайда болады. Ең ірі камацит кристаллының өлшемі .
Физикалық қасиеттері
Камацит көптеген ерекше физикалық қасиеттерге ие, соның ішінде Томсон құрылымдары және өте жоғары тығыздық.
Сәйкестендіру
Камацит мөлдір емес, оның бетінде әр түрлі сұр түсті жолақтар немесе "күлте" үлгілері байқалады. Камацит металл жылтырына ие. Камациттің қаттылығы түскен соққының күшіне байланысты өзгеруі мүмкін, бірақ көбінесе ол Моос қаттылық шкаласы бойынша төртінші дәрежеде болады. Соққы камациттің қаттылығын арттырады, алайда бұл соққы тарихын анықтау үшін 100% кепілдік бермейді, себебі камациттің қаттылығының артуына себеп болатын көптеген басқа факторлар бар. Камациттің өлшенген тығыздығы 7,9-ға тең. Оның массивті кристалдық құрылымы бар, бірақ табиғи жағдайда жеке кристалдарды ажырату мүмкін емес. Камацитте жарылу жазықтықтары жоқ, сондықтан ол сынғанда тік бұрышты сынықтарға ие. Камацит магниттік қасиеттері бар және изометриялық, бұл оның оптикалық қасиеттерінің де изометриялық болуын қамтамасыз етеді. Камацит таенитпен және камацит пен таениттің аралас аймағы – плесситпен бірге кездеседі. Таенитте никельдің мөлшері камациттен көп (12-ден 45 массалық пайызға дейін Ni), ал камацитте никельдің мөлшері 5-тен 12 массалық пайызға дейін жетеді. Никельдің мөлшері артуы таениттің бетке ортайтын кристалдық торға ие болуына, ал камациттегі темірдің көп болуы оның кристалдық торының денеге ортайтын типте болуына әкеледі. Бұл айырмашылық никель мен темірдің мөлшері шамамен бірдей болғанымен, атомдар арасындағы магниттік және кванттық өзара әрекеттесулердің өзгешелігінен туындайды.
Тетрагональдық фаза
Рентгендік поро сынақтарында және кейін микроскоппен байқалған тетрагональдық фазаның болуы дәлелденген. Тестілеу кезінде екі метеориттен алынған d мәндерін "тетрагональді элементар торша негізінде индекстеуге болады, бірақ кубтық немесе гексагональді элементар торша негізінде емес" деп қорытынды жасалды. Видманштеттен бұл үлгілер туралы көптеген әріптестеріне хат арқылы хабарласты, нәтижесінде олар көптеген әдебиеттерде Видманштеттен үлгілері деп аталады. Томсон құрылымдары немесе Видманштеттен үлгілері метеорит салқындағанда қалыптасады; жоғары температурада темір мен никельдің бетке ортақталған кристалдық торлары болады. Метеорит пайда болған кезде ол толығымен балқыған таениттен басталады (1500 °C-тан жоғары), ал 723 °C-тан төмен салқындағанда қорытпаның бастапқы метастабильді фазасы таенитке айналады және камацит шөгіне бастайды. Томсон құрылымдары метеорит 723 °C-тан төмен салқындаған кезде қалыптасады және олар метеориттің температурасына, қысымына және құрамына күшті әсер етеді.
Кристаллография
Камацит – денеорталық текшелік бірлік жасушаға ие изометриялық минерал. Камацит көбінесе ірі кристалдар түрінде кездеспейді, бірақ аномалиялық түрде табылған және тіркелген ең үлкен камацит кристаллының өлшемдері 92×54×23 сантиметрді құрайды. Ірі кристалдардың өте сирек кездесуіне қарамастан, кристаллография Томсон құрылымдарының қалыптасуын түсіну үшін маңызды рөл атқарады.
Симметрия
Камацит изометриялық, гексоктаэдрлі кристалдар түзеді, бұл кристалдардың көптеген симметрия элементтеріне ие болуына себеп болады. Камацит Германн-Моген нотациясы бойынша 4/m2/m класына жатады, яғни оның үш төрттік ось, төрт үштік ось, алты екітік ось және тоғыз айна жазықтығы бар. Камациттің кеңістік тобы Fmm болып табылады.
Бөлшектік ұяшық
Камацит α (Fe, Ni) қайталанатын бірлігінен тұрады, бұл a = 8.603 Å, Z = 54 Å; V = 636.72 Å3 жасуша өлшемдерін анықтайды. Нөл валентті темір (металл Fe0) атомдарының бір-бірімен болатын атомдық магниттік және кванттық өзара әрекеттесуі камацитке денеорталық тор құрылымын береді.
Формула және басым элементтер
Камацит α (Fe, Ni) қайталанатын бірлігінен тұрады, онда темір мен никельдің валенттілігі нөлге тең (Fe0 және Ni0), себебі олар темір метеориттерінде кеңінен таралған металл табиғи элементтер. Көшпелі элементтерден басқа, камацит әдетте 90% темір және 10% никельден тұрады, бірақ 95% темір және 5% никель арақатынасы да болуы мүмкін. Бұл темірді кез келген камацит үлгісінде басым элемент етеді. Ол Дана және Никель-Струнц жіктеу жүйелерінде табиғи элементтер тобына жатады. Бұл элементтердің барлығы металдық және олардың камацит-таенит шекарасының жанында пайда болуы метеориттің қалыптасқан жағдайы туралы маңызды мәліметтер береді. Массалық спектрометрия нәтижелері камацитте платинаның орташа мөлшері 16,31 (мкг/г), иридийдің 5,40 (мкг/г), осмийдің 3,89 (мкг/г), вольфрамның 1,97 (мкг/г), алтынның 0,75 (мкг/г) және ренийдің 0,22 (мкг/г) құрамын көрсетті. Кобальт пен платинаның көп мөлшерде болуы ерекше атап өтуге лайық.
Маңызды кіші элементтер, алмастырулар, қатты ерітінділер
Камацит күкірттеуі зертхана жағдайында тәжірибе жүзінде жүргізілді. Күкірттеу нәтижесінде үш ерекше фаза пайда болды: моносульфидті қатты ерітінді, пентландит фазасы, сондай-ақ P-ға бай фаза. Бұл күн тұмандығының жағдайларымен сәйкес жағдайларды жасау мақсатында зертханада жасалды. Осы ақпарат ерте күн жүйесінің термодинамикалық, кинетикалық және физикалық жағдайлары туралы мәліметтер алуға мүмкіндік береді. Дегенмен, бұл әлі де болжамдық сипатта, себебі көптеген метеориттердегі сульфидтер тұрақсыз және жойылған. Камацит сонымен қатар тохилинитке өзгереді. Бұл метеориттің жалпы алғанда қаншалықты өзгергенін анықтауға пайдалы. Камациттің тохилинитке өзгеруі петрографиялық микроскоптарда, сканерлік электрондық микроскоптарда және электрондық микропробтық талдау арқылы көрінеді. Бұл зерттеушілерге үлгідегі өзгерістің деңгейін оңай анықтауға мүмкіндік береді. Бұл көрсеткіш кейіннен метеориттің басқа аймақтарын талдағанда қолданылуы мүмкін, егер ондағы өзгерістер айқын болмаса.
Таенитпен байланысы
Тэнит – камацит-таэнит қатты ерітіндісінің никельге бай соңғы мүшесі. Таэнит Жер бетінде табиғи түрде кездеседі, ал камасит Жерге тек ғарыштан келгенде ғана табады. Камацит таэнит түзілгенде, оны құрап, айналасына никельді бөліп шығарады, осы аймақ таэнитке айналады. Камацит кристалдық тордың бетке ортақталған құрылымы мен никель кристалдық тордың денеге ортақталған құрылымының нәтижесінде, олар жанасқанда күрделі бұрыштар түзеді. Бұл бұрыштар Томсон құрылымында макроскопиялық түрде көрінеді. Осы қатынастың арқасында атаксит, гексаэдрит және октаэдрит терминдері пайда болды. Атаксит – айқын гексаэдрлік немесе октаэдрлік құрылымды көрсетпейтін метеориттер. 6 массалық пайыз немесе одан аз никель қоршайтын метеориттер көбінесе гексаэдриттер деп аталады, себебі камациттің кристалдық құрылымы изометриялық болып келеді және метеориттің куб тәрізді болуына себеп болады. Сол сияқты, егер метеорит бетке ортақталған таэниттен тұрса, онда ол октаэдрит деп аталады, өйткені камацит таэниттің октаэдрлік кристалдық шекараларынан бөлініп шығып, метеоритті октаэдрлі етіп көрсетеді. Гексаэдриттер мен октаэдриттер тек метеорит кристалдық жазықтықтар бойынша сынылғанда немесе Томсон құрылымдарын жақсы көру үшін дайындалғанда ғана көрінеді, сондықтан көптеген метеориттер алдымен қате түрде атакситтер деп аталады.
Жылудың химиялық түсіндірмесі
Камацит пайда болуының әртүрлі температураларын зерттеу үшін іздік элементтер талданды, бірақ таениттегі іздік элементтер метеориттің пайда болу температурасын анықтау үшін тиімдірек көрінеді. Метеорит салқындағанда және таенит пен камацит бір-бірінен бөліне бастағанда, кейбір іздік элементтер таенитте немесе камацитте орналасуға бейімделеді. Таенит-камацит шекарасын талдау, іздік элементтердің соңғы орналасуы арқылы салқындаудың қаншалықты жылдам болғанын және метеорит пайда болған кездегі басқа да көптеген жағдайларды анықтауға көмектеседі.
Метеориттер
Камацит негізінен метеориттермен байланысты, себебі оған жоғары температура, төмен қысым және оттегі сияқты басқа да реактивті элементтердің аз болуы қажет. Хондритті метеориттерді құрамындағы кондрулдарға сәйкес топтарға бөлуге болады. Олардың үш негізгі түрі бар: энстатиттік хондриттер, көміртекті хондриттер және қалыпты хондриттер. Қалыпты хондриттер – Жерде табылған метеориттердің ең көп таралған түрі, ол жазылған барлық метеориттердің 85% құрайды. Камацит сирек кездесетін мезосидериттер мен Е-хондриттерде де кездеседі. Е-хондриттер – негізінен энстатиттен тұратын хондриттер, ол Жерге түскен метеориттердің 2% ғана құрайды. Е-хондриттердің бастапқы тау жынысы қалыпты хондриттерден мүлдем өзгеше.
Көбірек
Камацит тек ғарышта ғана пайда болады және Жерде метеориттерде ғана табылады, сондықтан Жерде оның мөлшері өте төмен. Күн жүйесінің шегінен тыс жерлерде оның қаншалықты көп екенін анықтау қиын. Темір, камациттің негізгі құрамы, ғаламдағы ең көп таралған алтыншы элемент және жалпы металл саналатын элементтердің ішінде ең көп кездесетіні.
Қатысты минералдар
Таенит және точилинит – камаситпен көбінесе кездесетін минералдар.
Аризона метеор кратері
Камацит Аризона штатындағы Метеор кратерінде табылып, зерттелген. Метеор кратері – планетадағы метеордың соқтығысуы расталған алғашқы орын және 1950 жылдарға дейін бұл факті жалпыға бірдей мойындалмаған. 1960 жылдары АҚШ Геологиялық қызметі кратер маңынан жиналған үлгілерде камацитті тапты, бұл минералдың метеориттермен байланысты екенін көрсетті.
Планеталар
Камацит негізінен метеориттерде түзіледі, бірақ Марс сияқты басқа планеталарда да табылды. Бұл жайтты "Mars Exploration Rover" (MER) Opportunity ровері анықтады. Камацит Марста пайда болған жоқ, ол метеорит арқылы сол жерге жеткізілді. Бұл әсіресе қызығушылық тудырды, себебі метеорит мезосидериттердің сирек кездесетін класына жатады. Мезосидериттер Жерде өте сирек кездеседі, ал Марста оның табылуы оның ірі аналық тастың пайда болуына қатысты мәліметтер береді.
Қолданылуы
Камациттің негізгі ғылыми мақсаты – метеориттің тарихын ашу. Темір құрылымдарындағы соққылардың тарихын зерттеуде немесе камацит-таенит шекарасын пайдаланып метеориттің қалыптасу жағдайларын түсінуде, камациттің өзі ғаламды түсінудің кілті болып табылады.
Музейлер, университет және фотосуреттерді дайындау
Камациттің сирек кездесуі және көбінесе сұрғылт көрінісі жеке коллекционерлер арасында кең таралмаған. Дегенмен, көптеген мұражайлар мен университеттер өз коллекцияларында камацит үлгілерін сақтайды. Әдетте, камацит үлгілерін Томсон құрылымдарын жақсы көрінуі үшін полировкалау және қышқылмен өңдеу арқылы дайындау қалыпты. Үлгіні дайындау процесіне оларды еріткіште жуу кіреді, мысалы, Томсон азот қышқылымен жуып Томсон құрылымдарын анық көрсетуге болатын еді. Содан кейін оларды жылтыр етіп полировкалайды. Жалпы, камацитті таениттен оңай ажыратуға болады, себебі осы процестен кейін камацит таенитке қарағанда аздап қараңғырақ болып көрінеді.
Болашаққа көз
Камацит пен таенит екеуінің де экономикалық құндылығы болуы мүмкін. Астероидтерден кен шығаруды тиімдірек етудің бір жолы – іздік элементтерді жинау. Бір қиындық – платина мен алтын сияқты элементтерді тазарту. Платинаның құны шамамен 12 000 АҚШ доллары/кг (камацитте 16,11 мкг/г платина бар), ал алтынның құны шамамен 12 000 АҚШ доллары/кг (камацитте 0,52 мкг/г алтын бар); дегенмен, пайдалы табысқа қол жеткізу мүмкіндігі өте төмен. Астероидтерден кен шығару ғарыштық мақсаттар үшін көбірек пайдалы болуы мүмкін, себебі Жерден материалдарды тасымалдау қымбатқа түседі. Халықаралық ғарыш станциясының модульдерін басқа миссияларда қайта пайдалану жоспарларына ұқсас, темір метеориттен ғарышта ғарыш кемелерін салуға болады. НАСА ғарышта ғарыш кемесін салудың алдын ала жоспарларын ұсынды.