Concentric Fe-oxyhydroxide bands in dacite cobbles: Rates of buffering chemical reactions
Concentric Fe-oxyhydroxide bands in dacite cobbles: Rates of buffering chemical reactions
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英安岩卵石中的同心氢氧化铁带：缓冲化学反应的速率
DOI：
10.1016/j.chemgeo.2020.119786
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
3.9
通讯作者：
Metcalfe Richard
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yoshida Hidekazu;Katsuta Nagayoshi;Sirono Sin-iti;Nishimoto Shoji;Kawahara Hirokazu;Metcalfe Richard
“Liesegang图案”、外皮和条带通常在自然界中观察到，并且通过Fe-羟基氧化物在非线性反应-扩散过程之后的自组织周期性沉淀形成。虽然严格的Liesegang图案由宽度随着与作为Fe-羟基氧化物沉淀的Fe源的距离增加而增加的带组成，但有时也观察到规则的带状图案，其在其他方面与Liesegang图案相似。然而，定期Fe-羟基氧化物带发展的详细过程和时间尺度仍然没有完全理解。在这里，我们描述了一个例子，形成的英安岩鹅卵石内的规则Fe-羟基氧化物带。铁通过向鹅卵石的核心扩散的酸性水提供到鹅卵石的外表面。Ca和Fe的空间分布内的Fe-羟基氧化物带横跨卵石表明，节奏的Fe-羟基氧化物沉淀控制的pH缓冲。每个谱带的宽度（L）和岩石基质的预期扩散系数（D）提供了反应速率（V），并允许我们估计Fe-羟基氧化物谱带形成的持续时间。一个“扩散-反应交叉图”意味着有节奏的铁氢氧化物模式形成非常迅速，在102- 103年的顺序，大大快于先前估计。简化模型可以应用于估计反应时间在任何类似的岩石，如果定期Fe-羟基氧化物带观察。
‘Liesegang patterns’, rinds and bands are commonly observed in nature and form by self-organised periodic precipitation of Fe-oxyhydroxide following a nonlinear reaction-diffusion process. Although strictly Liesegang patterns consist of bands that increase in width with increasing distance from the source of the Fe that precipitated as Fe-oxyhydroxide, regular banded patterns are also sometimes observed that are otherwise similar to Liesegang patterns. However, the detailed process and time scale of regular Fe-oxyhydroxide bands development is still not fully understood. Here we describe an example of regular Fe-oxyhydroxide bands formed within dacite cobbles. Iron was provided to the outer surfaces of the cobbles by acidic water that diffused towards the cobbles' cores. The spatial distributions of Ca and Fe within the Fe-oxyhydroxide bands across the cobbles show that the rhythmic Fe-oxyhydroxide precipitation was controlled by pH buffering. The width of each band (L) and the expected diffusion coefficient of the rock matrix (D) provide the rate of reaction (V) and allow us to estimate the duration of Fe-oxyhydroxide band formation. A ‘diffusion-reaction cross plot’ implies that the rhythmic Fe-oxyhydroxide patterns formed very rapidly, within an order of 102–103years, considerably faster than previously estimated. The simplified model can be applied to estimate the reaction time in any similar rock if regular Fe-oxyhydroxide bands are observed.
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