Growth and electronic and magnetic structure of iron oxide films on Pt(111)

Ultrathin (111)-oriented polar iron oxide films were grown on a Pt(111) single crystal either by the reactive deposition of iron or oxidation of metallic iron monolayers. These films were characterized using low energy electron diffraction, scanning tunneling microscopy and conversion electron Mossbauer spectroscopy. The reactive deposition of Fe led to the island growth of Fe3O4, in which the electronic and magnetic properties of the bulk material were modulated by superparamagnetic size effects for thicknesses below 2 nm, revealing specific surface and interface features. In contrast, the oxide films with FeO stoichiometry, which could be stabilized as thick as 4 nm under special preparation conditions, had electronic and magnetic properties that were very different from their bulk counterpart, w\"ustite. Unusual long range magnetic order appeared at room temperature for thicknesses between three and ten monolayers, the appearance of which requires severe structural modification from the rock-salt structure.Comment: 17 pages, 6 figures, 50 reference

Marble of Blessed Salomea : a variety of Upper Jurassic limestone and its role in small architecture

The paper is an attempt to evaluate the geological and quarrying conditions of the Blessed Salomea “marble”. Its physico-mechanicalproperties were determined in relation to the lithology. The probable volume of excavated rock material was compared to the volume of the small architecture elements, mainly altars and tombstones made of this stone. The comparison indicates that the rocks with similar colour and physico-mechanical properties occur also within other outcrops of Upper Jurassic limestones in the vicinity of Cracow. The “marble” of Blessed Salomea is distinguishable due to its otherfeatures. Besides the ability to take polish, these include the possibilities of cutting very large blocks and ability to be carved for figural and ornamental sculpture. These characteristics are related to the homogeneity caused by the large amount of micrite. So far, no other Jurassic limestone with these distinguishing properties has been found

Joints orientation in a rock and shape of crushed aggregate particles

Przeprowadzono masowe pomiary kształtu i kątów dwuściennych ziarn kilku frakcji kruszywa granitowego, bazaltowego, piaskowcowego i wapiennego, uzyskanego w tym samym urządzeniu kruszącym. Rezultaty analizowano z uwzględnieniem wyników pomiarów orientacji i intensywności płaszczyzn podzielności skał w miejscach pobrania prób. Stwierdzono istnienie zależności pomiędzy udziałem ziaren nieforemnych w kruszywie a intensywnością spękań w różnych zespołach, a także strukturą i teksturą skały. Izometryczne ziarna kruszyw występują najczęściej w skałach o podobnym nasileniu występowania płaszczyzn podzielności poszczególnych zespołów. W drobniejszych frakcjach jest więcej ziaren nieforemnych niż we frakcjach grubszych. Wynika to z rosnącej przewagi wpływu cech teksturalnych nad ciosem wraz z drobnieniem ziaren. Ponadto wykazano związek pomiędzy formą elementu podstawowego, wynikającą z istniejącego w złożu układu spękań, a rozkładem wartości kątów dwuściennych ziaren kruszywa, co również odzwierciedla się w kształcie ziaren.The aspect (axial) ratios and dihedral angles were measured for a large number of particles of granite, basalt, sandstone and limestone aggregates, prepared in the same crusher. Joints orientation and intensity in the places of sampling were taken into consideration in analysis. It was found that content of irregular (flaky and elongated) aggregate grains is related to the intensity of joint sets observed in the quarry and to the rock structure (eg lamination) and texture (grain and crystal size and shape). Cuboidal grains are usually produced from a rock in which three main joint sets have similar frequency. Irregular grains are more frequent in finer fractions than in coarser ones. This apparently reflects stronger textural control of cracking of the rock when crushed. On the other hand, coarser grains are a result of cracking along joints. Furthermore, it has been proved that dihedral angles of aggregate particles and, therefore their shapes, depend on the shape of basic fracture cell created by the joint system in the rock

Grain-size analysis of sandstones: an effect of thin-section orientation and selection of mineral components

Mikroskopowa analiza granulometryczna wykonana dla trzech próbek reprezentujących piaskowce masywne, laminowane poziomo oraz skorupowo na szlifach zorientowanych prostopadle i równolegle do powierzchni uławicenia, przy użyciu kamery cyfrowej sprzężonej z mikroskopem polaryzacyjnym i odpowiednich narzędzi oprogramowania do analizy obrazu pozwoliła na pomiar maksymalnych średnic ziaren, bądź wewnętrznych osi wydłużonych klastów przy jednoczesnej identyfikacji rodzaju składnika detrytycznego. Uzyskane w ten sposób dane dla dwóch różnych orientacji płaszczyzny preparatu pozwoliły na ocenę zróżnicowania wielkości poszczególnych składników detrytycznych oraz ich udziałów częstościowych w ogólnej liczbie pomierzonych okruchów. Rozkłady uziarnienia analizowano dla dwóch wariantów składu materiału okruchowego: „bezłyszczykowego” (wszystkie składniki z wyłączeniem mik) oraz „kwarcowo-skaleniowego” (tylko ziarna kwarcu i skaleni). Ten ostatni wariant zastosowano w celu eliminacji wpływu kształtu okruchów na mierzoną ich wielkość. Analizie porównawczej podlegały graficzne parametry uziarnienia wyliczone na podstawie krzywych kumulacyjnych w oparciu o formuły Folka i Warda [12] oraz ich wzajemne relacje. Analiza granulometryczna i uzyskane w jej toku parametry uziarnienia wrażliwe są na wiele czynników, których wpływu nie można wyeliminować, ale trzeba być świadomym ich oddziaływania. Rozkłady uziarnienia można badać w różnych ujęciach w zależności od celu analizy, biorąc pod uwagę zmienność udziałów częstościowych mierzonych składników detrytycznych oraz zróżnicowanie kształtu ziaren i klastów, na które wpływ ma skład mineralny ziaren i okruchów oraz orientacja szlifu mikroskopowego. Wydłużone i płaskie składniki okruchowe, takie jak łyszczyki i okruchy łupków, zazwyczaj pomijane w pomiarach granulometrycznych, mają istotny wpływ na anizotropię właściwości skały.Grain-size analyses were carried out on three samples representing parallel laminated, convoluted and massive sandstones. Thin sections were cut perpendicular and parallel to the bedding of the rocks. Applying a digital camera coupled to a polarizing microscope and an image analysis software, the type of the detrital material was identified and the maximum diameters of grains or internal axes of elongated rock clasts were measured. The data obtained in two perpendicular planes of a rock show a diversification of sizes of individual detrital components and their contributions to the total of the grains measured. The grain-size distributions were analysed in two compositional variants of detrital grains: all these grains components but without micas (“no micas” approach) and considering only quartz and feldspars (”quartz+feldspar” approach). The latter procedure eliminates an impact of grain shapes on grain sizes. Comparative analyses were based on graphic grain-size parameters calculated according to Folk and Ward [12] from cumulative curves and on mutual relations of these parameters. The grain-size analysis and its results are sensitive to many factors, whose impact cannot be eliminated but their role must always be remembered. Grain-size distributions may be investigated in various aspects depending on the problem to be solved, considering variability of detrital components contribution and variety of their shapes influenced by the mineral composition of grains and clasts and the thin-section orientation. Elongated and flat components of the framework, such as micas and shale/schist fragments, are usually omitted in grain-size analyses, but they significantly affect the anisotropies of rock properties

Environmental constraints for mining of rock raw materials between Cieszyn and Skoczów in the last century

W artykule przedstawiono historię eksploatacji surowców skalnych w okolicach Cieszyna od początku XX w. Dokonano oceny możliwości prowadzenia działalności górniczej w odniesieniu do wciąż powiększanych obszarów ochrony przyrody. Opisano konflikt eksploatacji tych złóż ze środowiskiem.Wyniki analizy pozwoliły na wskazanie potencjalnych miejsc dalszej eksploatacji piaskowców godulskich i wapieni cieszyńskich.W badaniach wykorzystano dane analogowe i cyfrowe, które poddano procedurom specyficznym dla metod GIS (Geographic Information System). W pierwszej połowie XX w. ważną rolę odgrywała eksploatacja łupków i wapieni cieszyńskich, wykorzystywanych na potrzeby produkcji wapna i cementu. Stopniowo jednak znaczenie tego surowca malało, ze względu na słabnącą jakość i popyt. W późniejszych latach, po zamknięciu cementowni w Goleszowie, wapienie wykorzystywano już tylko do produkcji kruszywa. Kruszywo naturalne i surowce ilaste eksploatowane były początkowo w niewielkich wyrobiskach na potrzeby lokalne, a później w sposób zorganizowany z udokumentowanych złóż. Obecnie zaniechano wydobycia tych surowców. Wielowiekowa tradycja produkcji bloków z piaskowców godulskich podtrzymywana była w okresie ostatnich stu lat. W ostatniej dekadzie prowadzono ich wydobycie w dawnych i kilku nowych kamieniołomach. W innych miejscach udokumentowano dodatkowe zasoby. Ze względu na charakter uzyskiwanego produktu eksploatacja tych surowców (w niewielkich łomach, bez użycia technik strzelniczych) nie wpływa znacząco na otaczającą przyrodę. Ponadto miejsca obecnej i dawnej eksploatacji stają się często ważnymi obiektami turystycznymi. Świadczy o tym m.in. fakt ustanawiania stanowisk dokumentacyjnych przyrody nieożywionej wewnątrz wyrobisk. Ustanowione w ostatnich latach liczne obiekty chronione doprowadziły do zwiększenia konfliktu pomiędzy eksploatacją surowców skalnych a środowiskiem. Uniemożliwia to rozwój, a nawet kontynuację eksploatacji. W związku z tym, w przyszłych procesach planistycznych należy dążyć do uwzględnienia złóż kopalin jako elementów środowiska, wymagających ochrony dla możliwości przyszłego wykorzystania.This article presents the history of mining for rock raw materials in the Cieszyn area since the beginning of the 20th century. The study assessed the possibility of continuing these activities in relation to the ongoing enlargement of conservation areas. The conflict between mining these deposits and environmental interests was described. The results of the analysis allowed for the identification of potential sites for further exploitation of Godula Sandstone and Cieszyn Limestone. The study used analog and digital data which were subjected to the procedures specific to the GIS (Geographic Information System) methods. The exploitation of Cieszyn Shale and Limestone played an important role in the first half of the 20th century. They were used for the production of lime and cement. However, the importance of these materials decreased gradually due to declining demand and quality. In later years, after the closure of the cement plant in Goleszów, limestone was used only for aggregate production. Natural aggregates and clay raw materials were initially exploited in small excavations based on local needs, and later in an organized manner with documented deposits. At present, mining of these materials has been discontinued. The centuries-old tradition of Godula Sandstone block production was maintained during the last hundred years. In the last decade, their extraction was conducted in the original quarry, as well as several new quarries. Additional resources have been documented at other locations. Because of the nature of the product, such extraction (in small quarries, without the use of blasting agents) does not significantly affect wildlife. Moreover, the locations of current and former mining operations often become tourist attractions. This is evidenced by the fact that the documentation sites are established on the basis of such excavations. Numerous objects of protection established in recent years have led to a major conflict between the exploitation of rock materials and the environment. This prevents development or even the continuation of exploitation. Therefore, in future planning processes, efforts must be made to characterize mineral deposits as a part of nature, requiring protection

Wpływ ciosu i mikro-spękań na kształt ziaren i jakość kruszywa wapiennego

The paper presents results of investigations on the influence of joint and micro-fractures on the shape of a crushed grain - one of the most important parameter of the quality of crushed aggregate. Three structural types of the Jurassic limestone exploited in the Nielepice deposit nearby Kraków (Poland) were analysed. Cuboidal samples of platy and bedded limestones formed as intra-bio-micrite and intra-bio-sparite were subjected to recurrent cycles of mechanical stress and freeze-thaw process with the aim of inducing fractures. Their directions and frequency were determined by the microscopic observation and by the measurements of longitudinal ultrasonic waves velocities. Crushed and fractionated rock material was used in investigation of grain shape. Three diameter of each grain were measured. Calculated ratios of elongation and flatness have been presented on the Zingg diagrams. Generally, grains of the crushed aggregate from Nielepice are flat, the most in the platy limestones. Isometric grains are less frequent in finer fractions. The structure and texture of rock affect significantly the shape of the finest grains. The shape and dihedral angles of aggregate grains have been compared to the elementary fracture cell, which resulted from the intersection of the joint surfaces observed in the quarry. The same shape is reproduced in the subsequent fractions of the grains. Thin sections were cut parallel to the directions of the main joint sets. Their investigation revealed micro-fractures elongated in the same directions. Distances between them range from the micrometers to centimeters. Changes of velocity of longitudinal ultrasonic waves triggered by rock fatigue process correspond with the shapes of grains of various fractions. Pre-existing cracks and their later opening may cause developing of specific shape of the grains. The influence of new fractures on the aggregate quality has been also stated by significant growth of water absorption measured before and after process of rock fatigue. The apparent density difference was smaller.Artykuł przedstawia wyniki badań nad wpływem ciosu i mikrospękań na właściwości kruszywa rozpatrywanego jako jego kształt. Badaniom poddano trzy odmiany teksturalne wapieni jurajskich eksploatowanych ze złoża Nielepice w pobliżu Krakowa (Polska). Prostopadłościenne próby wapieni płytowych i uławiconych wykształcone jako intra-bio-mikryt i intra-bio-sparyt poddawano wielokrotnym cyklom ściskania i mrożenia w celu wywołania spękań. Kierunki ich pojawiania się oraz częstotliwość określano na podstawie obserwacji mikroskopowych oraz badań prędkości fal ultradźwiękowych w różnych kierunkach. Badania kształtu ziaren kruszywa wykonywano na podstawie materiału pokruszonego w laboratorium i podzielonego na frakcje. Dla każdego ziarna wykonano pomiar długości trzech prostopadłych do siebie osi. Obliczone na ich podstawie współczynniki wydłużenia i spłaszczenia przedstawiono na diagramach Zingga. Generalnie ziarna kruszywa łamanego z Nielepic wykazują spłaszczenie, szczególnie dla wapieni płytowych. Ilość ziaren izometrycznych zmniejsza się w drobniejszych frakcjach. W ziarnach najdrobniejszych na ich kształt wpływa w dużej mierze struktura i tekstura skały. Kształt i dwuścienne kąty ziaren kruszywa porównano z kształtem spękaniowej komórki elementarnej, wynikającym z przecięcia powierzchni spękań ciosowych pomierzonych w wyrobisku. Kształt ten jest powielany wielokrotnie w coraz mniejszych frakcjach. Szlify mikroskopowe zostały wycięte równolegle do kierunków głównych zespołów spękań. Ich badania wykazały obecność mikrospękań rozciągających się w tych kierunkach w odległościach od milimetrów do centymetrów. Tendencja zmian prędkości fal ultradźwiękowych materiału poddawanego męczeniu znajduje swoje odbicie w tendencji zmian kształtu kruszywa określanego dla różnych frakcji. Istnienie założonych spękań i ich późniejsze otwieranie może doprowadzić do powstania ziaren o określonym kształcie. Wpływ pojawiania się nowych spękań na jakość kruszywa został określony także poprzez istotny wzrost nasiąkliwości wagowej skał przed i po procesie ich męczenia. Różnica w gęstości pozornej była mniejsza

The effect of petrographic diversity of the Krosno Sandstones on their physico-mechanical properties in the Górka-Mucharz and Skawce deposits (Beskid Mały Mountains)

Ze względu na szerokie rozprzestrzenienie i stosunkowo wysoką jakość piaskowce krośnieńskie należą do najczęściej wykorzystywanych materiałów kamiennych Karpat. Leżące we wschodniej części Beskidu Małego złoża Górka-Mucharz i Skawce stały się przedmiotem badań niniejszego artykułu. Po dokonaniu obserwacji terenowych i badań odbojności do dalszych badań wybrano próbki piaskowców, które zaklasyfikowano na podstawie cech makroskopowych do siedmiu typów petrograficznych, przy czym pięć z nich reprezentowało świeże, niezmienione odmiany, zaś dwa pozostałe objęte były procesami wietrzenia. Kolejne badania polegały na wykonaniu dokładnej charakterystyki mikroskopowej odmian, obejmującej opis składników, ilościową analizę składu oraz granulometrię. Potwierdziły one różnice wykształcenia piaskowców wyróżnionych typów. W trakcie badań laboratoryjnych oznaczono gęstość objętościową, nasiąkliwość wagową oraz wytrzymałość na ściskanie dla próbek nieforemnych, przeliczoną następnie na wytrzymałość na jednoosiowe ściskanie próbek foremnych. Wykonane następnie badania właściwości fizyczno-mechanicznych wykazały odmienność uzyskiwanych wyników dla poszczególnych typów. Najwyższą jakością odznaczały się piaskowce laminowane skorupowo lub poziomo (typy IV i V), osiągając średnie wartości wytrzymałości na ściskanie odpowiednio 115 MPa i 154 MPa, przy wysokiej gęstości pozornej (2,66–2,67 Mg/m3). Wiązało się to z ich drobno- i bardzo drobnoziarnistą teksturą oraz wysokim udziałem spoiwa (20–29% obj.). W jego składzie przeważał węglanowy cement, ale towarzyszyły mu także obwódki regeneracyjne na ziarnach kwarcu i w mniejszym udziale matriks ilasta. Przeciętne wartości parametrów jakościowych, bliskie przedstawianym w literaturze i dokumentacjach złóż, wykazywały drobnoziarniste piaskowce masywne (typ I). Wśród odmian niezwietrzałych najsłabszą odporność na ściskanie (ok. 88 MPa), przy stosunkowo wysokiej nasiąkliwości wagowej (ok. 1,2%), wykazywały piaskowce różnoziarniste (typy II i III), w których spoiwo węglanowe osiągało niewielki udział około 10% obj., zaś cement kwarcowy (1,0% obj.) utworzył zaczątkowe formy obwódek regeneracyjnych. Większe składniki detrytyczne (głównie fragmenty łupków łyszczykowych i skał magmowych) uległy częściowemu lub całkowitemu rozkładowi, rozluźniając szkielet ziarnowy skały zbudowany z okruchów o przeważających wklęsło-wypukłych i prostych kontaktach. W pracy wykazano zasadność wyróżniania typów petrograficznych w złożach piaskowców na podstawie prostych badań makroskopowych, łatwych do wykonania przez geologa górniczego.Due to the wide distribution and relatively high quality, Krosno Sandstones are the most commonly used stone materials in the Carpathians. Located in the Eastern part of the Beskid Mały Mountains, the Górka-Mucharz and Skawce deposits are the subject of research of this article. After field observations and Schmidt hammer tests, sandstone samples were selected for further study, classified into 7 petrographic types on the basis of macroscopic characteristics, wherein 5 of them represented fresh, intact varieties, and the other 2 were weathered. Subsequent tests involved microscopic studies including a description of components, quantitative analysis of composition and granulometry. They confirmed differences in the distinguished types of sandstones. Laboratory tests included determining bulk density, water absorption and compressive strength for irregularly shaped samples, then converted to the uniaxial compressive strength of regularly shaped samples. The subsequent of physico-mechanical property tests revealed the diversity of the results for the individual types. Convolute or parallel laminated sandstones (types IV and V) were characterized by the highest quality, achieving average compressive strength values, respectively of 115 MPa and 154 MPa, and a high bulk density (2.66–2.67 Mg/m3). It was associated with their fine- and very fine-grained texture and a high proportion of cement and matrix (20–29% by volume). Its composition was dominated by carbonate cement, which was also accompanied by outgrowths on the quartz grains and with a lesser participation of a clay matrix. The average values of quality parameters, close to those presented in literature and documentation of the deposits were found for fine-grained massive sandstones (type I). Among the unweathered varieties, the weakest compressive strength (approx. 88 MPa), with a relatively high water absorption (approx. 1.2%) was found for poorly sorted sandstones (types II and III), in which a small proportion of carbonate cement and matrix reached the level of approx. 10% by volume, and quartz cement (1.0% by volume) created early forms of outgrowths. Larger detrital components (mainly fragments of mica schists and igneous rocks) were partially or completely decomposed, loosening the rock fabric, which was composed of debris with prevailing concave-convex and long contacts. The study demonstrated the validity of distinguishing petrographic types of sandstones in deposits on the basis of simple macroscopic tests, which are easy to perform by a mining geologist

Directional microstructures and technical properties of sandstones

Badaniom poddano przykładowe piaskowce, różniące się genezą i wykształceniem, w celu określenia wpływu mikrostruktur kierunkowych na ich właściwości. Dla pobranych prób przeprowadzono obserwacje petrograficzne oraz wykonano badania właściwości fizycznych i mechanicznych. Mikrostruktury kierunkowe objawiały się występowaniem w próbach wydłużonych ziaren ułożonych w preferowanych kierunkach, obecnością laminacji równoległej bądź przekątnej, związanej z wysortowaniem ziaren i laminarnym nagromadzeniem substancji spoiwa czy mikrospękań lub ich wtórnych wypełnień. Próbą ilościowej oceny wymienionych cech było określenie poza graficznymi parametrami uziarnienia, także wskaźnika kształtu ziaren kwarcu. Badania prędkości fal podłużnych i ścieralności na tarczy Boehmego przeprowadzone na zorientowanych sześciennych próbach wykazały istnienie anizotropii tych parametrów, co powiązano z obecnością struktur linijnych. Przedstawiono wartości współczynnika anizotropii także dla innych kierunkowo uwarunkowanych właściwości, przewidując zależność pomiędzy jego wielkością a zdolnością pękania i niszczenia skały wzdłuż preferowanych powierzchni.Sandstones of different genesis and development were studied with the aim of establishing an impact of directional microstructures on rock properties. The investigations included petrographical observations and physico-mechanical determinations. The microstructures were manifested in the presence of elongated grains arranged along preferred directions, in the parallel or diagonal lamination resulting from grain sorting and laminar accumulation of cement substances, and also in microfractures filled with secondary mineral substances. An attempt of quantitative estimation of these characteristics was achieved by calculation of the shape index of quartz grains, besides the graphic grain-size parameters. Measurements of the velocity of ultrasonic waves and abrasion resistance of the sandstones using Böhme tests conducted on oriented sandstone cubes have revealed an anisotropy of the rock properties, which has been attributed to the presence of linear structures of the sandstones. The values of the anisotropy coefficient have also been established for other, directionally controlled rock properties, predicting the dependence between this coefficient and the fracturing and damaging of sandstones along preferred surfaces

The need for protection of unique decorative limestone deposits in Poland

W Polsce zaniechano wykorzystania złóż silnie zlityfikowanych skał węglanowych dla produkcji materiałów dekoracyjnych '• na rzecz eksploatacji nastawionej na pozyskiwanie kruszyw. Wiąże się to często ze stosowaniem materiałów wybuchownh '• co z natury rzeczy ma powodować powstanie spękań, które uniemożliwiają pozyskiwanie w przyszłości dużych, prostopadłościennych brył zwanych blokami. Sytuacja taka dotyczy złóż wapieni, które z racji szczególnych walorów dekoracyjnych lub wyjątkowo korzystnych warunków pozyskiwania bloków czy też bardzo ograniczonego obszaru występowania ich szczególnie atrakcyjnych odmian powinny być zachowane wyłącznie dla pozyskiwania materiału blocznego. Wśród nich są: położone w Górach Świętokrzyskich złoże wapieni dewońskich Bolechowice, permskich zlepieńców zygmuntowskich i jurajskich wapieni Wola Morawicka, a w obrębie Wyżyny Sląsko-Krakowskiej złoże dewońskich wapieni z Dębnika oraz jurajskich wapieni Zalesiaki i Raciszyn. Istnieje pilna potrzeba zapewnienia prawnej ochrony złóż kopalin o unikalnym wykształceniu.In Poland, deposits of strongly lithificated carbonate rocks traditionally regarded as decorative material are currently exploited as a source of raw material for aggregate production. This often involves the use of explosives, which provokes the formation of cracks. Their presence makes it impossible to obtain large, cuboidal blocks in the future. This situation applies to limestone deposits, which have special decorative features, exceptionally favourable conditions for obtaining blocks or a very limited area of occurrence. Among them there are deposits situated in the Holy Cross Mountains and in the Kraków-Częstochowa Upland such as deposits of Devonian limestones - Bolechowice and Dębnik, Permian conglomerates - Zygmuntówka and Jurassic limestones - Wola Morawicka, Zalesiaki and Raciszyn. There is an urgent need to ensure legal protection of mineral resources of dimension stones with a unique qualities