Что такое петрография
Петрография – это одна из дисциплин геологии, тесно связанная с минералогией, вулканологией, геохимией и стратиграфией.
Задача петрографии – изучение строения и состава горных пород. Она включает в себя большое количество исследований.
В петрографии используются различные методы исследования, среди них кристаллооптический метод, с помощью которого можно изучить тонкозернистые минеральные агрегаты. Для этого специалисты используют поляризационный микроскоп и другие приборы.
Также широко применяются спектроскопия и рентгеноскопический метод. Использование данных методов позволяет определять встречающиеся в породах в малых количествах элементы-примеси.
Чтобы определить химический состав минералов, ученые используют микроанализаторы. Также широко применяется химический анализ.
Физическое изучение горных пород и минералов, которые входят в их состав, используют для того, чтобы определить такие физические показатели как твердость, плотность, вязкость и др.
В середине XX века в петрографии активно стали использоваться математические методы с применением электронно-вычислительных машин. Чаще всего используются методы математической статистики. Они позволяют установить достоверность результатов химических и спектральных анализов, верность построения классификаций горных пород, определить признака поиска различных видов полезных ископаемых.
Сочетание геолого-петрографических методов позволяет определить, какую роль те или иные горные породы играют в развитии земной коры.
Железный шлак
Шлак – это побочный продукт процессов обработки чугуна (плавки, кузнечного дела), который остается на месте обработки. Шлак хорошо сохраняется при благоприятных климатических условиях, поэтому доступен для исследования.
Размер, форма и химический состав шлака зависят от особенностей технологии обработки чугуна.
Как образуется шлак? Известно, что природные железные руды – это смеси железа и различных примесей. Древние металлурги удаляли их посредством ликвации, то есть, превращения твердых отходов в жидкий шлак. Для плавки использовались различные типы печей – шаровые, доменные. От состояния печи зависели морфология, химический состав и микроструктура шлака.
Еще один способ образования шлака – это кузнечное дело.
Как анализируется шлак
В процессе анализа шлака изучаются его форма, текстура, химический и минералогический состав.
Для этого ученые используют оптический микроскоп, растровый электронный микроскоп, масс-спектрометр, а также методы, основанные на таких явлениях как рентгеновская флуоресценция и дифракция рентгеновских лучей.
Первый этап исследования шлаков – это их идентификация и макроанализ в полевых условиях. На основании физических свойств – формы, цвета и запаха – шлак классифицируют. Это позволяет обеспечить получение репрезентативных проб из отвалов шлака для проведения микроанализа. Так, например, выпускной шлак из-за контакта с почвой обычно имеет морщинистую верхнюю поверхность и плоскую нижнюю поверхность.
С помощью макроанализа отвалов шлака также определяется расчетный общий вес, который позволяет определить масштаб производства на конкретном участке плавки.
Определить технологию плавки помогает химический состав шлака. Самый распространенный инструмент для анализа химического состава – это метод XRF. Он позволяет определить температуру горения, газовую атмосферу и кинетику реакции.
Для определения минералов, входящих в состав шлака, используют оптический микроскоп, растровый электронный микроскоп, а также рентгеноструктурный и петрографический анализ.
Минералы служат индикаторами газовой атмосферы в печи, скорости охлаждения шлака и однородности шлака.
Нужно отметить, что определить возраст древнего шлака довольно сложно, ведь в нем не содержатся органические материалы, по которым можно было бы провести радиоуглеродный анализ. Кроме того, в шлаке отсутствуют какие-либо культурные артефакты, например, обломки глиняной посуды.
Решением данного вопроса может быть термолюминесцентное датирование. Данный метод эффективен, если шлак содержит кристаллические элементы, например, кварц или полевой шпат. Но если шлак имеет сложный состав, то применить этот метод будет сложно, если только кристаллические элементы не могут быть изолированы.
