Home

Article Search

A review of “pyrite disease” for paleontologists, with potential focused interventions

R. Chris Tacker

Plain Language Abstract

Pyrite in museum collections can oxidize and hydrate, leading to the destruction of the specimen. The process of oxidation and hydration (“pyrite disease”) has been studied by many branches of the physical sciences, but the data have never been assembled for the benefit of paleontologists or curation staff. The efflorescent minerals that grow on pyrite are a suite of water-bearing iron-bearing sulfate minerals of varying stability that absorb a film of water and eventually produce acid. Oxygen, water, and ferric iron (Fe3+) contribute electrons in the oxidation process. Electrons also travel on and through the pyrite to the reaction sites. Current interventions have varying degrees of success and rely on assumptions that are either false or scientifically untested. Review of the atomic scale chemical process gives insight to the points at which interventions are possible, based on the reactions taking place, and highlights gaps in our understanding of the process. At the heart of the interventions is identification of all the minerals present and small-scale testing of the procedures for each differing specimen prior to full-scale treatment. Treatments such as dehydration, heating, surface passivation, and anoxic storage, are all examined.

Resumen en Español

In progress

Traducción: Francesco Gascó (Grupo de Biología Evolutiva, UNED y Sociedad Española de Paleontología) or Diana Elizabeth Fernández

Résumé en Français

In progress

Translator: Antoine Souron

Deutsche Zusammenfassung

Ein Überblick für Paläontologen über die “Pyritkrankheit” mit möglichen gezielten Maßnahmen

Ein Literaturüberblick über die chemischen Reaktionen bei der Oxidation/Hydratation von Pyrit ("Pyritkrankheit") in Geologie- oder Fossilsammlungen gibt die Richtung für eine Reihe von zielgerichteten Maßnahmen vor. Reaktionen an der Pyritoberfläche sind das Herzstück des chemischen Prozesses, begleitet von der Bewegung von Elektronen auf und durch den Pyrit-Halbleiter. Die Kontrolle dieser Elektronen mag letztlich vergeblich sein, aber die Untersuchung der Reaktionen auf atomarer Ebene führt zu neuen Behandlungsmöglichkeiten und zeigt, warum einige Behandlungen unwirksam sind. Diese Übersicht zeigt auch Lücken in unserem Verständnis der Oxidations- und Hydratationsreaktionen auf.

Fossile Biomaterialien - Knochen oder Schalen - enthalten oft Pyrit oder sind teilweise durch Pyrit ersetzt. Die durch Pyritzerfall entstehende Säure zerstört diese Materialien. Ältere Behandlungen konzentrieren sich auf Säureneutralisierung und Feuchtigkeitskontrolle als Lösungen für megaskopische Probleme. Gezielte Maßnahmen zielen auf spezifische Schritte in den chemischen Reaktionen auf atomarer Ebene ab. Die Maßnahmen werden danach ausgewählt, welche Mineralien am Prozess beteiligt sind und wie die Knochen-, Pyrit- und Sedimentmatrix charakterisiert ist. Knochenmineralien und Pyrit sind strukturell und chemisch heterogen, so dass für jede Maßnahme Prüfstandstests erforderlich sind, die durch analytische Messungen ergänzt werden. Die chemische Passivierung der Pyritoberfläche im Ausgangszustand ist am vielversprechendsten.

Die Antizipation der Zerfallsanfälligkeit eines neuen Exemplars ist entscheidend. Der Zerfall kann durch Feuchtigkeitspufferung mit gesättigten Salzlösungen beschleunigt werden. Die Leitfähigkeit von Pyrit (die über vier Größenordnungen variiert) kann gemessen werden. Eine Datenbank über die Leitfähigkeit von Pyrit ist äußerst wünschenswert.

Schlüsselwörter: Pyrit; Oxidation; Luftfeuchtigkeit; Sammlungen; Behandlung; Fossilien

Translator: Eva Gebauer

Arabic

Translator: Ashraf M.T. Elewa

Polski

Przegląd „choroby pirytu” dla paleontologów, z potencjalnymi ukierunkowanymi interwencjami

Przegląd literatury na temat reakcji chemicznych zachodzących w utlenianiu/uwadnianiu pirytu („choroba pirytu”) w zbiorach geologicznych lub kopalnych nadaje kierunek zestawowi ukierunkowanych interwencji. Reakcje na powierzchni pirytu leżą u podstaw procesu chemicznego, któremu towarzyszy ruch elektronów na i przez półprzewodnik pirytowy. Kontrola tych elektronów może ostatecznie okazać się daremna, ale badanie reakcji na poziomie atomowym prowadzi do nowych możliwości leczenia i wskazuje, dlaczego niektóre terapie są nieskuteczne. W tym przeglądzie wskazano również luki w naszym zrozumieniu reakcji utleniania i hydratacji.

Biomateriały kopalne - kości lub muszle - często zawierają piryt lub są przez niego częściowo zastępowane. Kwasowość wytwarzana przez rozpad pirytu niszczy te materiały. Starsze sposoby rekonstrukcji koncentrują się na neutralizacji kwasów i kontroli wilgotności, jako rozwiązaniach dla problemów megaskopowych. Skoncentrowane interwencje dotyczą określonych etapów reakcji chemicznych w skali atomowej. Podstawą interwencji jest identyfikacja wszystkich minerałów biorących udział w procesie oraz dokładna charakterystyka kości, pirytu i macierzy osadowej. Minerały kostne i piryt są strukturalnie i chemicznie niejednorodne, więc każda interwencja wymaga testów laboratoryjnych, uzupełnionych pomiarami analitycznymi. Najbardziej obiecująca jest chemiczna pasywacja nieprzereagowanej powierzchni pirytu.

Kluczowe jest przewidywanie podatności nowego okazu na degradację. Rozpad można przyspieszyć stosując techniki buforowania wilgoci nasyconymi roztworami soli. Można zmierzyć przewodnictwo pirytu (zmienia się ono o cztery rzędy wielkości). Bardzo ważna by była baza danych przewodnictwa pirytu.

Słowa kluczowe: piryt; utlenianie; wilgotność; kolekcje; kuracja; skamieniałości

Translator:  Krzysztof Stefaniak

Russian

Обзор “пиритовой болезни” для палеонтологов с потенциальными целенаправленными вмешательствами

Статья представляет собой обзор литературы о химических реакциях, участвующих в окислении/гидратации пирита (“пиритовой болезни”) в образцах из геологических и палеонтологических коллекций, что дает направление для целого ряда целенаправленных вмешательств. Реакции на поверхности пирита лежат в основе химического процесса, сопровождаемого движением электронов по полупроводнику пирита и сквозь него. Контроль этих электронов в конечном итоге может быть бесполезным, но изучение реакций на атомном уровне открывает новые возможности для обработки образцов и позволяет понять, почему некоторые методы работы с такими образцами неэффективны. Также выявлены пробелы в нашем понимании реакций окисления и гидратации.

Ископаемые биоматериалы – кости или раковины – часто содержат пирит или частично замещены им. Кислотность, вызванная распадом пирита, разрушает эти материалы. Старые методы обработки сосредоточены на нейтрализации кислоты и контроле влажности как на решении проблемы. Целенаправленные вмешательства нацелены на конкретные этапы химических реакций на атомном уровне. Вмешательства основываются на идентификации всех минералов, участвующих в процессе, и на точных характеристиках кости, пирита и осадочного матрикса. Костные минералы и пирит структурно и химически неоднородны, поэтому каждое вмешательство требует стендовых испытаний, дополненных аналитическими измерениями. Наиболее перспективным является химическое пассивирование поверхности непрореагировавшего пирита.
Ключевым моментом является предвидение подверженности нового образца разрушению, которым можно управлять, используя методы буферизации влажности с помощью насыщенных солевых растворов. Существует возможность измерения электропроводности пирита (изменяющейся более чем на четыре порядка). База данных по проводимости пирита очень желательна.

Ключевые слова: пирит; окисление; влажность; коллекции; обработка; окаменелости

Translator: Oleksandr Kovalchuk 

Ukrainian

Огляд “пірітової хвороби” для палеонтологів із потенційними цілеспрямованими втручаннями

Стаття являє собою огляд літератури про хімічні реакції, що беруть участь в окисленні/гідратації піриту (“пірітовій хворобі”) у зразках із геологічних і палеонтологічних колекцій, що дає напрям для цілої низки цілеспрямованих втручань. Реакції на поверхні піриту лежать в основі хімічного процесу, супроводжуваного рухом електронів по напівпровіднику піриту і крізь нього. Контроль цих електронів може бути марним, проте вивчення реакцій на атомному рівні відкриває нові можливості для обробки зразків і дозволяє зрозуміти, чому деякі методи роботи з такими зразками є неефективними. Також виявлені прогалини в розумінні реакцій окислення і гідратації.

Викопні біоматеріали – кістки або раковини – часто містять пірит або частково заміщені ним. Кислотність, викликана розпадом піриту, руйнує ці матеріали. Старі методи обробки зосереджені на нейтралізації кислоти і контролі вологості як на вирішенні проблеми. Цілеспрямовані втручання націлені на конкретні етапи хімічних реакцій на атомному рівні. Втручання грунтуються на ідентифікації всіх мінералів, що беруть участь в процесі, і на точних характеристиках кістки, піриту і осадового матриксу. Кісткові мінерали і пірит структурно і хімічно неоднорідні, тому кожне втручання вимагає стендових випробувань, доповнених аналітичними вимірами. Найбільш перспективним є хімічне пасивування поверхні піриту, що не прореагував.
Ключовим моментом є передбачення схильності нового зразка до руйнування, яким можна керувати, використовуючи методи буферизації вологості за допомогою насичених сольових розчинів. Існує можливість вимірювання електропровідності піриту (що змінюється більш ніж на чотири порядки). База даних по провідності піриту бажана.

Ключові слова: пірит; окислення; вологість; колекції; обробка; скам’янілості

Translator: Oleksandr Kovalchuk 

logo smallPalaeontologia Electronica
Webmaster
1998–2020
23 years of electronic palaeontology

PE is archived by CLOCKSS and LOCKSS programs.