地鉄

地鉄
ディスコ島ウイフファク産の、明るい金属性の自然鉄を含んだ玄武岩の鋸切り板（標本サイズ：7.8 cm × 3.5 cm × 0.6 cm（3.07 インチ × 1.38 インチ × 0.24 インチ））
一般的な
カテゴリ	天然元素鉱物
式 （繰り返し単位）	鉄
シュトランツ分類	1.AE.05
ダナ分類	1.1.17.1
結晶系	キュービック
クリスタルクラス	六八面体（m 3 m） HM記号：（4/m 3 2/m）
空間群	イム3m
単位セル	a = 2.8664 Å; Z = 2
識別
色	鋼灰色から鉄黒色、研磨部は白色
クリスタル習慣	塊状、間質性小胞状、稀に結晶状
姉妹都市	{111} と {112} について
胸の谷間	{001}; {112} で区切る
骨折	ハックリー
粘り強さ	柔軟性がある
モース 硬度	4
光沢	メタリック
透けて見える	不透明
比重	7.3～7.87
参考文献	[1] [2] [3]

地鉄は自然鉄とも呼ばれ、地球上で発生した鉄で、鉱石ではなく金属の形で見つかります。地鉄は非常に希少で、世界で知られている主要な鉱床はグリーンランドにある1 つのみ。

溶融した核を除いて、地球上のほぼすべての元素鉄は鉄鉱石として発見されています。すべての金属鉄は、他の理論の中でも、およそ20億年前に始まった大酸化イベント中に酸化鉄に変化したと考えられています。1800年代後半まで、孤立したグリーンランド以外では、鉄が天然金属であるかどうかは推測の域を出ませんでした。金属の形で地球に存在していた唯一の既知の鉄は、宇宙から地球に降り注いだ 隕石として発見されました。

地鉄は、ラテン語のTellus (地球、惑星、土地、地面を意味するterraとは対照的) に「の」または「生まれた」を 意味する接尾辞-icが付いており、隕石と区別するためにそのように名付けられています。地鉄は、かなりの量のニッケルとウィドマンシュテッテン構造の両方を含むという点で、隕石に似ています。しかし、地鉄に含まれるニッケルは通常 3% 程度で、隕石としては低すぎます。隕石で 5% 未満のものは発見されていません。地鉄には 2 つのタイプがあります。タイプ 1とタイプ 2 はどちらも、同程度の量のニッケルとその他の不純物を含んでいます。2 つの主な違いは炭素含有量で、これは金属の硬度、加工性、融点に大きく影響します。

地鉄は、地球のマントルと地殻内で形成された金属鉄です。地鉄の小規模な鉱床は世界中で発見されていますが、グリーンランドの西岸にのみ大規模な鉱床があることが知られています。ただし、これらの鉱床は、同じ地域であっても形状と組成が大幅に異なる場合があり、ウイフファック、アスク、ブラーフィエルド、メレムフィヨルドなどの異なる地域間でも大幅に異なります。共通点は、グリーンランドの鉱床はすべて、岩脈（岩盤の溶岩で満たされた亀裂）または溶融岩が表面に流れ出た隆起部で発見される傾向があることです。もう一つの共通点は、すべての鉱床がグラファイトを豊富に含む長石と関連して発見されていることです。これは、金属の炭素含有量が高く、酸化物が少ないことに寄与していると考えられますが、金属が地球上の他の鉄とともに酸化されることを免れたのか、または、炭素を豊富に含むグラファイト長石が提供する還元環境により、沈み込んだ鉱石と石炭の層として始まり、その後、溶岩で自然に精錬されたのかは不明です。

グリーンランドの地鉄は、鉄炭素合金のほぼすべての相で見られ、結晶構造が大きく異なるという点で独特です。一部の岩石では、鋭い角と不規則な形状の非常に小さな粒子として玄武岩と混ざっていますが、他の岩石では、溶融マグマ内の小さな粒子サイズの液滴が凝集して、より大きなエンドウ豆大の液滴となり、ほぼ球形または楕円形に結晶化しています。さらに他の岩石では、岩脈または突出部がほぼ完全に非常に高炭素の鋳鉄でできている可能性があり、これは粘性が低く融点が低いため、マグマ内でより簡単に凝集して亀裂に流れ込む可能性があります。この鋳鉄は、玄武岩で覆われているか、玄武岩の包有物を含んでいることがよくあります。これは、玄武岩が溶岩内の非常に大きな球状の塊として地面から押し出され、周囲の玄武岩の自然な浸食によって大きな岩が形成されるためです。

地鉄は炭素含有量によって大きく2つのグループに分けられます。タイプ1は一般に2.0%以上の炭素を含む鋳鉄で、タイプ2は錬鉄と共析鋼の中間の範囲です。どちらのタイプも風雨による風化に非常によく耐えますが、博物館の乾燥した管理された雰囲気の中では急速に分解して崩れる傾向があります。ただし、タイプ2はこの種の損傷を受けやすい傾向があります。^[4]

タイプ 1 のテルル鋳鉄には、相当量の炭素が含まれています。タイプ 1 は、1.7 ～ 4% の炭素と 0.05 ～ 4% のニッケルを含む白色ニッケル鋳鉄で、非常に硬くて脆く、冷間加工にはあまり適していません。タイプ 1 の構造は、主にパーライトとセメンタイトまたはコヘナイトで構成され、トロイライトとケイ酸塩が混在しています。個々のフェライト粒子の大きさは通常約 1 ミリメートルです。粒子の組成は、同じ粒子内でも異なる場合がありますが、ほとんどはかなり純粋なニッケル フェライトで構成されています。フェライト粒子は、通常 5 ～ 25 マイクロメートルの厚さのセメンタイト層で結合し、パーライトを形成しています。

タイプ 1は、通常数トンから数十トンに及ぶ、巨大な押し出し物または非常に大きな岩石として見つかります。この金属は、古代のイヌイット(グリーンランドの現地住民) では冷間加工することができず、現代の工具でも機械加工が非常に困難であることがわかっています。タイプ 1 の機械加工は、カーボランダムホイールと水冷で行うのがおそらく最適です。ただし、タイプ 1 は、イヌイットによってハンマーや金床の石として使用されていた可能性があります。

タイプ1の岩は、半分に切ると、外側に厚い鋳鉄の殻があり、空気圧式削岩機ではほとんど壊れないが、内側は鉄の粒子がほぼ粉末状になった非常に脆い構造で、焼結して多孔質のスポンジ鉄のような材料を形成し、ハンマーで叩くと粉砕される傾向がある。^[4]

タイプ 2 のテルル鉄にも約 0.05 ～ 4% のニッケルが含まれていますが、炭素は通常 0.7% 未満です。タイプ 2 は、冷間加工によく適応する可鍛性のニッケル鉄です。炭素とニッケルの含有量は、冷間加工された製品の最終的な硬度に大きな影響を与えます。

タイプ 2 は、玄武岩に混ざった小さな粒子として見つかります。粒子の直径は通常 1～5 ミリメートルです。粒子は通常、玄武岩によって分離され、個別に見つかりますが、焼結してより大きな集合体を形成することもあります。大きな破片には、少量のコヘナイト、イルメナイト、パーライト、トロイライトも含まれています。タイプ 2 は、イヌイットがナイフやウルスなどのアイテムを作るために使用しました。玄武岩は通常、エンドウ豆大の粒子を放出するために粉砕され、その後、コインほどの大きさの円盤に叩かれました。金属は非常に柔らかく、非常に薄い板に叩くことができます。これらの平らな円盤は通常、骨のハンドルに彫られた長いスリットに挿入され、互いにわずかに重なるように列になって、ナイフと鋸を組み合わせたようなエッジ(逆スカラップエッジ) を形成しました。^{[5] [6]}

ドイツのカッセルにあるごく少量の地鉄鉱床（現在は枯渇）と、世界各地のいくつかの小規模鉱床を除けば、グリーンランドのディスコ湾周辺にのみ大規模な鉱床が存在していることが知られている。この物質は玄武岩の火山平原で発見され、地元のイヌイットがナイフやウルスなどの道具の刃を作るために使用していた。イヌイットは地鉄を実際に利用した唯一の民族であった。^{[5] [6]}

1870年、アドルフ・エリック・ノルデンショルドは、グリーンランドのディスコ湾付近で大きな鉄の玉石を発見した。グリーンランドの原住民が鉄のナイフを使っていたことをジョン・ロス卿が発見したことにより、イヌイットがケープ・ヨーク隕石から道具を作っていたことを知っていたノルデンショルドは、その材料を探すためにディスコ島のフォーチュン湾に上陸した。イヌイットはロスに、鉄は山の高いところにある2つの大きな玉石がある場所で採れたと語っていた。1つは非常に硬く、砕くことができなかったが、もう1つは細かく砕かれ、そこから鉄の球が抽出され、ナイフ用の平らな円盤に叩きつけられた。ノルデンショルドはその場所を探し当てることができなかったが、地元のイヌイットの何人かに導かれて、金属鉄の大きな塊が一帯に散らばっているウイフファクという場所へたどり着いた。彼は、どちらもニッケルを大量に含み、ウィドマンシュテッテンパターンを持っていることから、この金属は隕石起源であると推測した。当時の科学者のほとんどは、酸化されていない地鉄は存在しないと信じており、ノルデンショルドの発見に疑問を抱く者はほとんどいなかった。^{[5] [6]}

グスタフ・ナウコフは1871年にグリーンランドに探検旅行をした。ダイナマイトと揚重機を携えた彼の探検旅行隊は、ノルデンショルドの調査に基づいて隕石であると信じられていた地鉄の大きなサンプルを3つ収集し、さらなる研究のためにヨーロッパに持ち帰った。これらのサンプルは現在、スウェーデン、フィンランド、デンマークで見ることができる。25トンのブロックはストックホルムの国立美術館の外に、6.6トンのブロックはコペンハーゲンの地質学博物館の外に、3トンのブロックはヘルシンキのクンプラにある自然史博物館に展示されている。^[7]

1871年にナウコフに同行したのはKJVステーンストルプだった。隕石（大気圏突入時にかなり融解する）の特徴ではない鋭い角やギザギザの縁を持つ岩塊の形状や、玄武岩で覆われた部分が多いなどの状況から、ステーンストルプは岩塊の起源についてノルデンショルドと意見が合わず、1878年に独自の探検に出発した。1879年、ステーンストルプは初めてタイプ2の鉄を特定し、ウィドマンシュテッテン構造も含まれていることを示した。ステーンストルプは後に発見したことを報告した。

1879 年の秋、私はこの件に関して発見をした。エカルイトの古い墓地で、丸い球と不規則な金属鉄の破片を含む9 つの玄武岩の破片を見つけたのだ。これらの破片は、ロスが持ち帰ったものに似た骨のナイフや、通常の石器と一緒に横たわっていた。一方、鉄球の入った 9 つの玄武岩の破片は、明らかに骨のナイフの材料だった。この鉄は柔らかく、空気中でよく保たれるため、ロスが説明したような方法で使用するのに適している。鉄が見つかった岩は、典型的な大粒の長石、つまり玄武岩である。この発見には 2 つの意味がある。第一に、エスキモーが人造ナイフを作った材料を初めて目にしたこと、第二に、彼らがその目的で地鉄を使用していたことがわかったことである。

エカルイトの墓で発見された後、スティーンストルプはタイプ2の鉄を含む玄武岩の大きな露頭を多数発見した。タイプ2の粒子は、その下の岩盤と一致する火山玄武岩に埋め込まれているため、スティーンストルプは鉄が陸地起源であることを示すことができた。^[7]スティーンストルプは報告書で次のように付け加えている。

この独特な玄武岩層は、上から下まで、数分の 1 ミリメートルから長さ 18 ミリメートル、幅 14 ミリメートルまで、あらゆる大きさの鉄の粒で満たされています。これは私が見つけた中で最大のものです。... 磨くと、この鉄は美しいウィドマンシュテッテン図形を示します。...ウィドマンシュテッテン図形を示す金属ニッケル鉄は、現在では地鉄鉱物でもあることが証明されており、したがって、ニッケルの存在と特定の結晶構造だけでは、遊離した鉄の塊に隕石の特徴を与えるのに十分ではありません。

スティーンストルプの発見は、1879年に隕石専門家のJ・ローレンス・スミスによって確認され、1882年にはヨ・ロレンゼンによって確認された。西グリーンランドで発見された極めて珍しい地鉄は、それ以来研究が続けられている。^{[5] [6] [7]}

ディスコ島の鉱床に加えて、フォーチュン湾、メレムフィヨルド、アスク、およびグリーンランドの西海岸沿いの他の場所からも天然鉄が報告されています。他の場所は次のとおりです。^[1]

• ベン・ブレック、スコットランド、磁鉄鉱を含む花崗岩^[8]
• 北アイルランドのアントリム州^[8]
• ヘッセン州アナータール＝ヴァイマル近郊のビュールの玄武岩中に産出され、ドイツ、テューリンゲン州ミュールハウゼンの石灰岩中の黄鉄鉱の団塊と関連している^[8]
• ウクライナ、ヴォルィーニ、リヴネ近郊^[8]
• フランス、オーヴェルニュの粗面岩で
• ロシアのドン地方グルシェルスク南部ウラル地方の黄鉄鉱と関連がある^[8]、クラスノヤルスク地方のフントゥクンスキー（フングトゥクン）山塊^[9]、カムチャッカ半島のトルバチク割れ目火山^[10]
• イスラエル、ネゲブのハトルリム層^[11]
• アメリカ合衆国では、ミズーリ州クリントン郡キャメロン近郊の炭層や、ニュージャージー州サマセット郡ニューブランズウィック近郊の石炭紀頁岩からの発生が報告されている^[8]
• オンタリオ州ではキャメロン・タウンシップ、ニピシング地区、ヒューロン湖のセントジョセフ島で報告されている。^[8]

_{Ni 3} Fe から Ni ₂ Fe までの天然ニッケル鉄合金は、超塩基性岩石由来の砂鉱床として産出されます。アワルイトは1885 年にニュージーランドで発見されました。