エクスブソリュート鉱物相の原子プローブ断層撮影解析
Summary
除皮層の形態、組成、および間隔の分析は、火山性および変成に関連する地質学的プロセスを理解するために不可欠な情報を提供することができる。このようなラメラの特性評価に関するAPTの新規応用を提示し、このアプローチを電子顕微鏡法やFIB系ナノトモグラフィーの従来の利用と比較する。
Abstract
要素の拡散速度および温度/圧力は基本的な火山および変成プロセスの範囲を制御する。このようなプロセスは、多くの場合、宿主の鉱物相から取り除くラメラに記録される。したがって、剥離ラメラの向き、大きさ、形態、組成および間隔の解析は、地球科学における活発な研究の領域である。これらのラメラの従来の研究は、走査型電子顕微鏡(SEM)と透過型電子顕微鏡(TEM)によって行われており、最近ではイオンビーム(FIB)ベースのナノトモグラフィーに焦点を当て、しかも化学情報が限られている。ここでは、アクティブなスーフリエールヒルズ火山(モンセラット、英国西インド諸島)から噴出した灰堆積物からの火性チタノマグネマイトにおけるイルメネート除離ラメラのナノスケール分析のための原子プローブ断層撮影法(APT)の使用を探ります。APTは、ラメラ間間隔(14-29 ±2 nm)の正確な計算を可能にし、蒸発したラメラとホスト結晶間のFeとTi/Oの交換中に鋭い位相境界のない滑らかな拡散プロファイルを明らかにします。我々の結果は、この新しいアプローチがラメラ組成とインターラメラ間隔のナノスケール測定を可能にし、押出速度と溶岩ドームの故障をモデル化するのに必要な溶岩ドーム温度を推定する手段を提供することを示唆している。火山ハザード緩和の取り組みにおいて重要な役割を果たす。
Introduction
化学鉱物学の研究は、鉱物が結晶化中およびその後の地質学的プロセスを積極的に記録するので、1世紀以上にわたり、地球科学の分野における主要な情報源となっています。火山活動や変成時の温度変化など、これらのプロセスの物理化学的条件は、化学ゾーメン、ストライド、ラメラなどの形で鉱物核化および成長の間に記録されます。相がソリッド状態で2つの別々の相に混合すると、除離ラメラ形態となる。このような剥離ラメラの向き、大きさ、形態、および間隔の分析は、火山および変成中の温度および圧力変化を理解するために不可欠な情報を提供することができます1,2,3鉱石鉱物堆積物の形成4.
従来、簡単走査型電子イメージング5による顕微鏡写真の観察に伴って剥離ラメラの研究を行った。最近では、これは、ナノスケールレベル1、2、3で詳細な観察を提供するエネルギー濾過透過型電子顕微鏡(TEM)の使用によって置き換えられている。それにもかかわらず、どちらの場合も、観測は2次元(2D)で行われ、これらの除積層体で表される3次元(3D)構造には十分ではありません。ナノトモグラフィー6は、鉱物粒内部のナノスケール特徴の3D観察の新しい技術として登場しているが、これらの特徴の組成に関する情報は不十分である。これらのアプローチの代替は、原子プローブ断層撮影法(APT)の使用であり、材料7の特性評価のために存在する最も高い空間分解能分析技術を表す。この技術の強みは、ナノスケールの特徴の3D再構成と原子スケールでの化学組成を、ほぼ100万分の1の分析感度7と組み合わせる可能性にある。地質学的サンプルの分析に対するAPTの以前の応用は、特に元素の化学的特性評価において優れた結果を提供してきた。拡散と濃度 9,12,13.しかし、このアプリケーションは、変成および発火岩でホストされているいくつかの鉱物に豊富な剥離ラメラの研究のために使用されていません。ここでは、溶除ラメラの大きさと組成の分析、および火山性チタノマグネタテクシス結晶中の間皮間隔の分析のために、APTの使用とその限界を探る。
Protocol
Representative Results
Discussion
3D APTデータ再構成により、解析された結晶中の間小像の正確な測定を、従来のSEM画像から測定したものよりも3桁高い解像度で測定できます。これは、化学の原子変動が、光学的に観測可能な鉱物学的変化よりも3桁小さい空間範囲上で起こることを示しています。また、測定された間皮間距離(29nmおよび14 nm)は、別の相の核形成および成長に対してではなく、オキシエックス溶液の長さスケー…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、EAR-1560779およびEAR-1647012、研究開発用VP事務局、芸術科学部、地質学科を通じて、国立科学財団(NSF)からの資金援助を受けて支援されました。著者はまた、キアラ・カッペリ、リッチ・マルテンス、ジョニー・グッドウィンの技術支援とモントセラト火山観測所が灰のサンプルを提供していることを認めている。
Materials
| InTouchScope Secondary Electron Microscope (SEM) | JEOL | JSM-6010PLUS/LA | |
| Focus Ion Beam (FIB) Secondary Electron Microscope (SEM) | TESCAN | LYRA XMU | |
| Local Electrode Atom Probe (LEAP) | CAMECA | 5000 XS | |
| Integrated Visualization and Analysis Software (IVAS, version 3.6.12). | processing software |
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