图1:加拿大安大略省苏必利尔湖省立公园，苏必利尔湖悬崖峭壁上的红色赭石象形文字之一“大山猫”(上中)。raybet11雷竞技官网dota表示尊重。我承认，爬上这个斜向苏必利尔湖冰冷湖水的岩壁，我并不开心。安迪·费翁于2018年8月19日拍摄。
在这篇笔记中，我描述了一个地质过程，通过化学风化产生红赭石的含铁岩石矿物起源于地球深处。这种红色赭石可能是第一民族Ojibway人用来创造这些阿加瓦岩石象形文字的类型，以及苏必利尔湖盆地的其他象形文字。
我不是考古学家。我在苏必利尔湖盆地没有看到任何赭石坑;但是，我在加冈图亚湾以南的沿海小径上，在化学风化的辉绿岩岩石上看到了高光赤铁矿和红赭石粉末。我所描述的是那种赭石形成的简单过程。
铁的化学转化
地球表面的化学风化作用是将束缚在橄榄石和辉石矿物晶体结构中的铁释放和转化为红色次生赭石的一种非常简单的方式。
地球表面的化学风化包括岩石及其矿物与水的化学反应，溶解在水中的二氧化碳(CO2)，水与二氧化碳反应时自然产生的碳酸(H2CO3)，以及大气或土壤中的游离氧。化学风化作用的详细描述将在别处介绍。
橄榄石和辉石的化学稳定性
橄榄石(Mg, Fe)2SiO4)和辉石辉石(Ca, Na)(Mg, Fe，)(Si, Al)2O6)矿物组成的火成岩称为橄榄岩，橄榄岩和辉长岩(或玄武岩或辉绿岩)。那些岩石形成于地球深处。橄榄石和辉石都含有铁，在它们的矿物结构中紧密结合。化学家说铁是“还原铁”，在写化学反应时记为Fe2+。岩石及其矿物在地球表面及其附近的化学性质不稳定，它们在地球表面通过化学风化作用转变为新的次生矿物，这些次生矿物在地球表面的化学性质稳定。
橄榄石的化学风化与铁的氧化
有几个反应步骤描述了还原铁从橄榄石或辉石矿物结构中解放出来并形成二次氧化铁矿物。为了简单起见，我会主要用矿物橄榄石来说明化学反应;而辉石的反应步骤相同。
步骤1:通过化学风化将还原亚铁(Fe2+)从橄榄石矿物结构中解放出来:
(Mg,Fe)2SiO4+ 4H2CO3—> 2Fe2+ + 4HCO3 - + H4SiO4
橄榄石+碳酸—>释放还原铁+溶解碳酸盐离子+溶解硅酸
第二步:游离氧(O2)将从橄榄石或辉石矿物中解放出来的还原亚铁Fe2+铁转化为氧化铁形式(Fe3+):
4Fe2+ + O2 + 4H+——> 4Fe3+ + 2H2O
亚铁+氧+酸性——>亚铁+水
第三步:氧化的Fe3+铁迅速与游离氧结合，形成二次氧化铁矿物。在这种情况下，我已经展示了称为赤铁矿(Fe2O3)的氧化铁矿物的形成，它在地球表面是稳定的:
4Fe3+ + 3O2—> 2Fe2O3
氧化铁铁+氧—>赤铁矿(红赭石)
或
4fe3++ 12H2O - > 4Fe(OH)3- + 12H+
铁+水- >氢氧化铁(黄赭色)+酸性
也可以写一个化学反应方程，表明还原亚铁(Fe2+)与氢氧根离子(OH-)反应，直接形成氧化的次生铁矿物:
Fe2+(水)+ 2OH-(水)- > Fe(OH)2(含铁的固体矿物)
辉石的化学风化与铁的氧化
对于矿物辉石，可以写一个化学风化反应来显示直接生成次生氧化铁矿物褐铁矿:
CaFeSi2O6 + H+ - > Ca+2 + FeO(OH) + 2SiO2
辉石+氢离子- >钙离子+褐铁矿+石英
次生氧化铁矿物
次生氧化铁矿物赤铁矿和褐铁矿只是这种类型的化学风化和铁氧化所形成的几种次生氧化铁矿物中的两种。
与赭石的关系
这与红色或黄色赭石的形成有什么关系?黄色和红色的赭石在文化上被世界各地的第一民族用来制作颜料。这些颜料被用来制作岩石艺术和人体彩绘。次生氧化铁矿物赤铁矿或褐铁矿是赭石的基础。赤铁矿形成红赭石，褐铁矿形成黄赭石。
因此，地球深部矿物的化学风化作用，如橄榄石和辉石，以及它们的岩石，产生了红色和黄色的氧化铁矿物色素作为副产品。
沿着海岸小径，在苏必利尔湖省立公园，有一些由辉绿石(以及含铁角闪石和斜长石)组成的辉绿岩被化学风化的例子。风化产物包括镜铁矿赤铁矿微小的银色或黑色煤烟颗粒，以及粉状的红色赭石颜料(图2)。
图2:黑色箭头指向闪亮的水晶表面，似乎是镜面赤铁矿。其他箭头指向黑色煤烟铁矿物。红色粉状物质是在断裂面上形成的红色赭石。原始岩石是辉绿岩——一种形成于地球深处的火成岩，在地球表面经历了化学风化作用。2018年8月15日，苏必利尔湖省立公园，苏必利尔湖沿岸的加冈图亚湾南部，安迪·费翁拍摄。
当看到破碎的岩石表面时，粉状的红色赭石非常独特(图3)。
图3:这个红色的表面由粉状的红赭石组成，是由暴露在外的次生氧化铁矿物(如赤铁矿)持续的化学风化形成的。粉状表面位于裂隙面上，是地下水进入和化学风化辉绿岩的理想通道。原始岩石是辉绿岩——一种形成于地球深处的火成岩，在地球表面经历了化学风化作用。2018年8月15日，苏必利尔湖省立公园，苏必利尔湖沿岸的加冈图亚湾南部，安迪·费翁拍摄。
我不是考古学家，我也没有研究过苏必利尔湖岸边用来创作岩石艺术的红赭石，但这个简单的解释说明了一种可能的地质过程，这种地质过程产生了红色氧化铁颜料，第一民族的人可能将其用于文化和精神目的。
化学风化，铁氧化，红赭石颜料
在苏必利尔湖沿岸的苏必利尔湖省立公园，辉绿岩火成岩的化学风化和从原始辉绿岩中的辉石(和橄榄石?)矿物结构中解放出来的亚铁的氧化，过去和现在都是活跃的地质过程，产生了次生氧化铁矿物，包括赤铁矿。也许次生赤铁矿进一步的化学风化作用形成了红赭石粉末。赤铁矿以微小的银色颗粒(镜铁矿品种)和红色粉末的形式出现在风化岩石的裂缝中。这些次生氧化铁矿物是红赭石的基础色素。
次生赤铁矿的存在表明，化学风化作用是一种地质过程，红色铁颜料是为了第一民族的文化和精神用途而产生的。
Andy Fyon: 9月25日至20日