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>vwinchina德赢>景观原子尺度:研究人员将新方法应用于硫铁矿氧化

如红颜色所示,扫描覆盆子形黄铁矿(左)和部分氧化的黄铁矿(右)的扫描电子显微镜图像,如红颜色所示。地球表面的骨折和侵蚀控制了地下硫铁矿氧化的速率,留下了保持硫铁矿形状的氧化铁“化石”。信用鑫谷,宾夕法尼亚州邦
如红颜色所示,扫描覆盆子形黄铁矿(左)和部分氧化的黄铁矿(右)的扫描电子显微镜图像,如红颜色所示。地球表面的骨折和侵蚀控制了地下硫铁矿氧化的速率,留下了保持硫铁矿形状的氧化铁“化石”。信用鑫谷,宾夕法尼亚州邦

抽象的:
黄铁矿或傻瓜的黄金是一种常见的矿物,当暴露于水或空气时,例如在采矿操作期间,可以迅速反应氧气,并导致酸性矿井排水。然而,关于硫铁矿在地下未被定制的岩石中的氧化较少。

景观到原子鳞片:研究人员将新方法应用于硫铁矿氧化

大学公园,PA |发表于2020年10月30日

一种新的多尺度方法来研究硫铁矿氧化深的地下,方面的压裂和侵蚀设定氧化的速度,当它发生缓慢时,避免逃逸酸度并留下氧化铁“化石后面”。

“黄铁矿氧化是一种经典的地质和环境问题,但我们对深层岩石发生的硫铁矿氧化率几乎没有了解,”宾夕法尼亚州地球和环境系统研究所(EESI)助理研究教授。“当黄铁矿与氧气反应时,它会释放硫酸,这可以引起酸矿排水,全球严重的环境问题,特别是在宾夕法尼亚州。”

顾说,当暴露在矿井中,像矿井一样,黄铁矿将在几年内完全氧化。微生物也可以在矿物质上形成并加速反应。氧化过程迅速发生并允许硫酸积聚。但是,如果在表面下方未缠绕,地质过程将减慢数万年的反应缓慢,并防止酸积聚。

研究人员研究了国家科学基金会资助的萨斯奎汉页岩山临界区观测所(CZO)的黄铁矿氧化。Shale Hills Czo是宾夕法尼亚州石谷山谷森林的森林研究所,坐落在世界上最常见的岩石类型之一。研究人员降低了可以发送和接收信号的仪器,甚至可以使用高度高分辨率的图像 - 向下宽,从100英尺深的岩石中恢复岩石以检查页岩基岩并识别深度或浅黄铁矿天气和地下骨折。

该团队研究了黄铁矿谷物以及使用Penn State的材料表征实验室的专用显微镜转变为锈型氧化铁。它们将岩石切成小于1英寸厚的切片,并将部分放在扫描电子显微镜下以进行图像的微观结构。高分辨率透射电子显微镜,使用电子束产生图像,帮助研究人员将微观结构降至小特征比人头头发更薄约70倍。

顾说,检查样品允许研究人员识别地下地下的区域,其中硫铁矿以非常精细的规模氧化成锈型铁矿石。

研究人员在最近的科学问题中报告了他们的调查结果。

该团队发现,页岩的侵蚀率控制了深度的硫铁矿氧化率。在表面下方的岩石中形成的显微​​镜裂缝对于微生物来进入微生物。在宾夕法尼亚州的景观中,在千年侵蚀的情况下,溶解在水中的氧气渗入开口并有足够的时间来催化反应,以少量这样做。当发生这种情况时,即使在化学上从硫化铁转化为氧化铁,即使在结构上,含油岩假瘤也会保持其覆盆子状形状。

“反应发生在地下反应的数量和速度解释了为什么硫铁矿被这些完美的氧化铁'化石取代,”苏珊布兰特利,杰出的地质教授和埃西总监“。

研究人员使用他们的研究结果来开发模型,以计算页岩山丘和全球的硫铁矿氧化率,包括侵蚀速率更快的地区。它还可以帮助科学家更好地了解地球在24亿年前的巨大氧化事件之前就是如此,这允许更复杂的生物成长和发展。

“辛确实的是非凡的,”布兰特利说。“他表明,硫铁矿在陆地表面下方氧化了30英尺或更大,形成了原始硫铁矿谷物的完美复制品的晶体。他还表明,这种更深入的理解可以透露铜矿仍然保存在陆地表面上的信息早期的地球,当氧气存在于大气中的较低浓度时。“

根据GU的说法,页岩山临界区观测台是开展这类工作的最佳地点。

“我们有各种各样的领域的专家,他们正在研究这种流域的不同方面,如水文,侵蚀,土壤,生物群和风化曲线,”他说。“如果我们以一个规模或从一个学科的角度进行研究,我们将错过故事的很大一部分。我们的跨学科方法使我们能够更好地了解在这里发生的事情。”

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其他研究参与者包括Peter Heaney,宾夕法尼亚州矿业科学教授;和Fabio Reis,媒体联邦弗劳,巴西Niter�i。

美国能源和国家科学基金会支持这项研究。

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