खनिज रेडॉक्स बफर

पलायनता-तापमान आरेख। कॉमन बफर असेम्बलीज के लिए 1 बार प्रेशर पर ऑक्सीजन फ्यूजेसिटी बनाम तापमान लॉग करें, बी.आर. फ्रॉस्ट द्वारा संकलित एल्गोरिदम से प्लॉट किया गया। (एमएच, मैग्नेटाइट-हेमेटाइट; निनिओ, निकेल-निकल ऑक्साइड; एफएमक्यू, फेयलाइट-मैग्नेटाइट-क्वार्ट्ज; डब्ल्यू एम, वुस्टाइट-मैग्नेटाइट; आईडब्ल्यू, आयरन-वस्टाइट; क्यूआईएफ, क्वार्ट्ज-आयरन-फेयलाइट)

भूविज्ञान में, रिडॉक्स बफर खनिजों या यौगिकों का संयोजन है। जो तापमान के कार्य के रूप में ऑक्सीजन की पलायनता को रोकता है। रेडॉक्स स्थितियों (या समतुल्य, ऑक्सीजन तल) की जानकारी, जिस पर एक चट्टान बनती है और विकसित होती है। रॉक इतिहास की व्याख्या करने के लिए महत्वपूर्ण हो सकती है। लोहा, गंधक और मैंगनीज पृथ्वी की भूपटल में अपेक्षाकृत प्रचुर मात्रा में तीन तत्व है। जो एक से अधिक ऑक्सीकरण अवस्था में होते हैं। उदाहरण के लिए, लोहा, भूपर्पटी में चौथा सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला तत्व, देशी लौह, लौह (Fe²⁺), और फेरिक आयरन (Fe³⁺). चट्टान की रेडॉक्स स्थिति इन तत्वों के ऑक्सीकरण स्तरों के सापेक्ष अनुपात को प्रभावित करती है और इसलिए उपस्थित खनिजों और उनकी संरचना दोनों को निर्धारित कर सकती है। यदि चट्टान में शुद्ध खनिज होते है। जो रेडॉक्स बफर का गठन करते हैं, तो संतुलन की ऑक्सीजन की पलायनता को साथ-साथ पलायनता-तापमान आरेख में वक्रों में से एक द्वारा परिभाषित किया जाता है।

सामान्य रेडॉक्स बफ़र्स और खनिज विज्ञान

रेडॉक्स बफ़र्स को खनिज स्थिरता और रॉक इतिहास की जांच के लिए प्रयोगशाला प्रयोगों में ऑक्सीजन की कमी को नियंत्रित करने के लिए विकसित किया गया था। पलायनता-तापमान आरेख में प्लॉट किए गए प्रत्येक वक्र बफर में होने वाली ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के लिए है। ये रेडॉक्स बफ़र्स किसी दिए गए तापमान पर ऑक्सीजन की कमी को कम करने के क्रम में सूचीबद्ध है। दूसरे शब्दों में, प्लॉट किए गए तापमान स्तर में अधिक ऑक्सीकरण से लेकर अधिक कम करने की स्थिति तक होता है। जब तक सभी शुद्ध खनिज (या यौगिक) बफर संयोजन में उपस्थित होते हैं, तब तक उस बफर के वक्र पर ऑक्सीकरण की स्थिति तय होती है। भूपर्पटी (भूविज्ञान)|पृथ्वी की भूपटल में स्थितियों के लिए दबाव का इन बफर वक्रों पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है।

एमएच मैग्नेटाइट-हेमेटाइट

4 Fe₃O₄ + O₂ = 6 Fe₂O₃

निनिओ निकल-निकल ऑक्साइड

2 Ni + O₂ = 2 NiO

एफएमक्यू फेयलाइट-मैग्नेटाइट-क्वार्ट्ज

3 Fe₂SiO₄ + O₂ = 2 Fe₃O₄ + 3 SiO₂

डब्ल्यू एम वुस्टाइट-मैग्नेटाइट

3 Fe_1−xO + O₂ ~ Fe₃O₄

आईडब्ल्यू आयरन-वुस्टाइट

2(1-x) Fe + O₂ = 2 Fe_1−xO

केआईएफ किआर्ट्ज-आयरन-फायलाइट

2 Fe + SiO₂ + O₂ = Fe₂SiO₄

खनिज, रॉक प्रकार, और विशेषता बफर

खनिज विज्ञान और रेडॉक्स बफर के साथ सहसंबंध

चट्टान के अन्दर Fe²⁺ से Fe³⁺ का अनुपात आंशिक रूप से चट्टान के सिलिकेट खनिज और ऑक्साइड खनिज संयोजन को निर्धारित करता है। किसी दिए गए रासायनिक संरचना के चट्टान के अन्दर लोहा थोक रासायनिक संरचना और खनिज चरणों के आधार पर खनिजों में प्रवेश करता है। जो उस तापमान और दबाव पर स्थिर होते हैं। उदाहरण के लिए रेडॉक्स स्थितियों में एमएच (मैग्नेटाइट-हेमाटाइट) बफर की तुलना में अधिक ऑक्सीकरण होता है, कम से कम बहुत अधिक लोहा Fe3+ के रूप में उपस्थित होने की संभावना है और हेमेटाइट लौह युक्त चट्टानों में संभावित खनिज है। आयरन केवल ओलिविन जैसे खनिजों में प्रवेश कर सकता है। यदि यह Fe²⁺ Fe³⁺ के रूप में उपस्थित है तो यह फेयलाइट ओलिविन की ब्रावाइस जाली में प्रवेश नहीं कर सकता है। ओलिविन में मैगनीशियम जैसे तत्व, चूँकि फेयलाइट स्थिरता के लिए आवश्यक की तुलना में अधिक ऑक्सीकरण स्थितियों के लिए Fe²⁺ युक्त ओलिविन को स्थिर करते हैं। मैग्नेटाइट और टाइटेनियम युक्त एंडमेम्बर उल्वोस्पाइनल के बीच ठोस समाधान मैग्नेटाइट के स्थिरता क्षेत्र को बढ़ाता है। इसी तरह आईडब्ल्यू (आयरन-वुस्टाइट) बफर खनिजों जैसे पाइरोक्सिन की तुलना में अधिक कम करने वाली स्थितियों में अभी भी Fe³⁺ हो सकता है। रेडॉक्स बफर इसलिए खनिजों और चट्टानों में Fe²⁺ और Fe³⁺ के अनुपात के लिए केवल अनुमानित गाइड हैं।

आग्नेय चट्टान

स्थलीय आग्नेय चट्टानें सामान्यतः डब्ल्यूएम (वुस्टाइट-मैग्नेटाइट) बफर की तुलना में अधिक ऑक्सीकरण करने वाली ऑक्सीजन की पलायनता पर क्रिस्टलीकरण आवरण करती हैं और निकल-निकल ऑक्साइड ( निनिओ) बफर के ऊपर लॉग इकाई या उससे अधिक कम होती हैं। इस प्रकार उनकी ऑक्सीकरण की स्थिति एफएमक्यू (फेयलाइट-मैग्नेटाइट-क्वार्ट्ज) रेडॉक्स बफर से बहुत दूर नहीं है। विवर्तनिक सेटिंग के साथ संबंध रखने वाले व्यवस्थित अंतर हैं। आग्नेय चट्टान द्वीप आर्क्स में विस्थापित और प्रस्फुटित होती है। जो सामान्यतः निनिओ बफर की तुलना में अधिक ऑक्सीकरण करने वाली 1 या अधिक लॉग इकाइयों में ऑक्सीजन की कमी को आवरण करती है। इसके विपरीत, गैर-चाप सेटिंग्स में बेसाल्ट और काला पत्थर सामान्यतः एफएमक्यू बफर के बारे में उन लोगों से लॉग इकाई या उस बफर की तुलना में कम करने के लिए ऑक्सीजन की कमी को आवरण करते हैं।

परतदार चट्टानें

कुछ परतदार निक्षेपण का वातावरण और परतदार चट्टानों के निदान में ऑक्सीकरण की स्थिति सामान्य है। एमएच बफर (मैग्नेटाइट-हेमेटाइट) में ऑक्सीजन की अस्थिरता 25 °C पर केवल 10^-70 के बारे में है। किन्तु यह पृथ्वी के वायुमंडल में लगभग 0.2 वायुमंडल है, इसलिए कुछ परतदार वातावरण मैग्मास की तुलना में कहीं अधिक ऑक्सीकरण कर रहे हैं। अन्य परतदार वातावरण, जैसे कि ब्लैक शेल के गठन के लिए वातावरण, अपेक्षाकृत कम हो रहे हैं।

रूपांतरित चट्टानें

कुछ परतदार चट्टानों से विरासत में मिली अधिक ऑक्सीकरण वाली रचनाओं के कारण, रूपांतरित के समय ऑक्सीजन की कमी मैग्मैटिक वातावरण की तुलना में उच्च मूल्यों तक फैलती है। लगभग शुद्ध हेमेटाइट कुछ रूपांतरित बैंडेड आयरन फॉर्मेशन में उपस्थित है। इसके विपरीत, कुछ सर्पेन्टीनाइट में देशी निकेल-लोहा उपस्थित होता है।

बाह्य स्थलीय चट्टानें

उल्कापिंडों के अन्दर, आयरन-वुस्टाइट रेडॉक्स बफर इन बाह्य स्थलीय प्रणालियों की ऑक्सीजन की पलायनता का वर्णन करने के लिए अधिक उपयुक्त हो सकता है।

रेडॉक्स प्रभाव और सल्फर

सल्फाइड खनिज जैसे पाइराइट (FeS₂) और पायरोटाइट (Fe_1−xS) कई अयस्क में जमा होते हैं। पायराइट और इसकी बहुरूपता (सामग्री विज्ञान) मार्कासाइट भी कई कोयला जमा और शैलों में महत्वपूर्ण हैं। ये सल्फाइड खनिज पृथ्वी की सतह की तुलना में अधिक कम करने वाले वातावरण में बनते हैं। सतह के पानी के ऑक्सीकरण के संपर्क में आने पर, सल्फाइड प्रतिक्रिया करते हैं तो सल्फेट (SO₄²⁻) बनता है, और पानी अम्लीय हो जाता है और विभिन्न प्रकार के तत्वों से चार्ज हो जाता है। कुछ संभावित रूप से विषाक्त परिणाम पर्यावरणीय रूप से हानिकारक हो सकते है। जैसा कि एसिड माइन ड्रेनेज के लिए प्रविष्टि में चर्चा की गई है।

सल्फेट या सल्फर डाइऑक्साइड के लिए सल्फर ऑक्सीकरण भी सल्फर युक्त ज्वालामुखी विस्फोट उत्पन्न करने में महत्वपूर्ण है, जैसे कि 1991 में पर्वत पिनाटूबो और 1982 में एल चिचोन इन विस्फोटों ने पृथ्वी के वायुमंडल में असामान्य रूप से बड़ी मात्रा में सल्फर डाइऑक्साइड का योगदान दिया था | जिसके परिणामस्वरूप वायुमंडलीय पर प्रभाव पड़ा गुणवत्ता और जलवायु परमेग्मा असामान्य रूप से ऑक्सीकरण कर रहे थे | निनिओ बफर की तुलना में लगभग दो लॉग इकाइयां अधिक थीं। प्रस्फुटित टेफ़्रा में कैल्शियम सल्फेट, एनहाइड्राइट, फेनोक्रिस्ट के रूप में उपस्थित था। इसके विपरीत, सल्फाइड में एफएमक्यू बफर की तुलना में अधिक कम करने वाले मैग्मास में अधिकांश सल्फर होता है।

यह भी देखें

• एलिंघम आरेख
• सामान्य खनिज विज्ञान

संदर्भ

• Donald H. Lindsley (editor), Oxide minerals: petrologic and magnetic significance. Mineralogical Society of America Reviews in Mineralogy, Volume 25, 509 pages (1991). ISBN 0-939950-30-8
• Bruno Scaillet and Bernard W. Evans, The 15 June 1991 Eruption of Mount Pinatubo. I. Phase Equilibria and Pre-eruption P–T–fO2–fH2O Conditions of the Dacite Magma. Journal of Petrology, Volume 40, pages 381-411 (1999).