Atom probe tomografie analyse van Uitopgeloste minerale fasen

Samenvatting

Analyse van de morfologie, samenstelling en afstand van exsolution lamellen kan essentiële informatie verschaffen om de geologische processen gerelateerd aan vulkanisme en metamorfose te begrijpen. We presenteren een nieuwe toepassing van APT voor de karakterisering van dergelijke lamellen en vergelijken deze benadering met het conventionele gebruik van elektronenmicroscopie en op FIB gebaseerde nano tomografie.

Samenvatting

Element diffusiesnelheid en temperatuur/druk beheersing een reeks fundamentele vulkanische en metamorfe processen. Dergelijke processen worden vaak geregistreerd in lamellen die uit de minerale fasen van de gastheer worden uitgelossen. Zo is de analyse van de oriëntatie, grootte, morfologie, samenstelling en spatiëring van exsolution lamellen een gebied van actief onderzoek in de Geowetenschappen. De conventionele studie van deze lamellen is uitgevoerd door het scannen van elektronenmicroscopie (SEM) en transmissie-elektronenmicroscopie (TEM), en meer recentelijk met gerichte Ion Beam (FIB)-gebaseerde nano tomografie, maar toch met beperkte chemische informatie. Hier onderzoeken we het gebruik van Atom probe computertomografie (APT) voor de nanoschaal analyse van ilmeniet exsolution lamellen in igneeuze titanomagnetiet uit asdeposito's uit de actieve Soufrière Hills vulkaan (Montserrat, British West Indies). APT maakt de precieze berekening van interlamellaire afstanden (14 – 29 ± 2 nm) mogelijk en onthult gladde diffusie profielen zonder scherpe fase grenzen tijdens de uitwisseling van Fe en Ti/O tussen de uitgeloste lamellen en het gastheer kristal. Onze resultaten suggereren dat deze nieuwe aanpak toelaat nanoschaal metingen van lamellen samenstelling en interlamellar afstand die een middel kunnen bieden om de Lava Dome temperaturen die nodig zijn om te model extrusietarieven en Lava Dome falen te schatten, die beide spelen een sleutelrol in vulkanische risico mitigatie inspanningen.

Inleiding

De studie van chemische mineralogie is al meer dan een eeuw een belangrijke bron van informatie binnen het gebied van aardwetenschappen, omdat mineralen tijdens en na hun kristallisatie actief geologische processen opnemen. Fysisch-chemische omstandigheden van deze processen, zoals temperatuurwisselingen tijdens vulkanisme en metamorfose, worden geregistreerd tijdens minerale nucleatie en groei in de vorm van chemische zonatie, striations en Lamellae, onder andere. Exsolution lamellen vormen wanneer een fase in twee afzonderlijke fasen in de vaste toestand ontmengt. De analyse van de oriëntatie, grootte, morfologie en afstand van dergelijke exsolution lamellen kan ess....

Protocol

1. sourcing, selectie en bereiding van minerale korrels

Let op: monsters werden verkregen uit de gecatalogiseerde collectie van de Montserrat Volcano Observatory (MVO) en afgeleid van vallende afzettingen afkomstig van een krachtige asventing aflevering bij de vulkaan Soufrière Hills die plaatsvond op 5 oktober, 2009; Dit was een van de 13 soortgelijke gebeurtenissen in een loop van drie dagen¹⁴. Deze asventilatie ging vooraf aan een nieuwe fase van de lavakoepel groei (fase 5) die begon op 9 oktober. Eerdere analyse van dit monster toonde aan dat het een combinatie was van dichte koepel rotsfragmenten, glazig deeltjes....

Resultaten

Zoals vele titanomagnetitische kristallen uit verschillende stadia van de uitbarsting van de Soufrière Hills vulkaan (SHV), bevat het hier geanalyseerde kristal exsolution lamellen < 10 μm in dikte, zichtbaar in secundaire SEM-beelden (figuur 1d), die afzonderlijke zones van TI-Rich magnetite, wat duidt op een C2-fase van oxidatie¹⁸. Op basis van de SEM-beelden varieert de afstand tussen deze lamellen van 2 tot 6 μm (n = 15). Vier titanomagnetitische specimen.......

Discussie

3D APT-gegevens reconstructies maken een nauwkeurige meting mogelijk van de interlamellaire afstand in het geanalyseerde kristal bij een resolutie van drie ordes van grootte hoger dan die gemeten vanuit conventionele SEM-beelden. Dit geeft aan dat atoom variaties in de chemie zich in een ruimtelijke mate voordoen drie orden van grootte kleiner dan optisch waarneembare mineralogische veranderingen. Ook zijn de gemeten interlamellaire afstanden (29 nm en 14 nm) consistent met de lengte schaal voor oxyexsolution in tegenste.......

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
InTouchScope Secundaire Elektronen Microscoop (SEM)	JEOL	JSM-6010PLUS/LA
Focus Ion Beam (FIB) Secundaire Elektronen Microscoop (SEM)	TESCAN	LYRA XMU
Local Electrode Atom Probe (LEAP)	CAMECA	5000 XS
Geïntegreerde Visualisatie en Analyse Software (IVAS, versie 3.6.12).			verwerkingssoftware