Рингвудит - Ringwoodite

Рингвудит
BlueRingwoodite.jpg
Кристалл (диаметр ~ 150 мкм) синего рингвудита состава Fo90, синтезированный при 20 ГПа и 1200 ° C.
Общий
Категория Несиликаты группы шпинелей
Формула
(повторяющаяся единица)
Силикат магния (Mg 2 SiO 4 )
Классификация Струнца 9.AC.15
Кристаллическая система Кубический
Кристалл класс Шестиугольник (м 3 м)
Символ HM : (4 / м 3 2 / м)
Космическая группа Ж / д 3 м
Ячейка а = 8,113 Å; Z = 8
Идентификация
Цвет Темно-синий, красный, фиолетовый или бесцветный (чистый Mg 2 SiO 4 )
Хрустальная привычка Микрокристаллические агрегаты
Прозрачность Полупрозрачный
Удельный вес 3,90 (Mg 2 SiO 4 ); 4,13 ((Mg 0,91 , Fe 0,09 ) 2 SiO 4 ); 4,85 (Fe 2 SiO 4 )
Оптические свойства Изотропный
Показатель преломления п = 1,8
Двулучепреломление никто
Плеохроизм никто
Рекомендации

Рингвудит представляет собой фазу высокого давления Mg 2 SiO 4 (силикат магния), образовавшуюся при высоких температурах и давлениях мантии Земли на глубине от 525 до 660 км (326 и 410 миль). Он также может содержать железо и водород. Он полиморфен с форстеритом в фазе оливина ( силикат магния и железа ).

Рингвудит примечателен тем, что в своей структуре может содержать ионы гидроксида (атомы кислорода и водорода, связанные вместе). В этом случае два гидроксидных иона обычно заменяют ион магния и два оксидных иона.

В сочетании с данными о его возникновении глубоко в мантии Земли, это говорит о том, что от одного до трех раз мирового океан «s эквивалент воды в в мантии переходной зоне от км глубины 410 до 660.

Этот минерал был впервые обнаружен в метеорите Tenham в 1969 году, и предполагается, что он присутствует в больших количествах в мантии Земли.

Рингвудит был назван в честь австралийского геолога Теда Рингвуда (1930–1993), изучавшего полиморфные фазовые переходы в обычных мантийных минералах оливине и пироксене при давлениях, эквивалентных глубинам около 600 км.

Оливин , вадслеит и рингвудит - это полиморфы, обнаруженные в верхней мантии Земли. На глубинах более 660 километров (410 миль) другие минералы, в том числе некоторые со структурой перовскита , стабильны. Свойства этих минералов определяют многие свойства мантии.

Характеристики

Рингвудит полиморфен форстеритом Mg 2 SiO 4 и имеет структуру шпинели . Минералы группы шпинелей кристаллизуются в изометрической системе с октаэдрическим габитусом. Оливин наиболее распространен в верхней мантии, на высоте более 410 км (250 миль); Полиморфы оливина вадслеит и рингвудит, как полагают, доминируют в переходной зоне мантии, зоне, присутствующей на глубине примерно от 410 до 660 км.

Рингвудит считается самой распространенной минеральной фазой в нижней части переходной зоны Земли. Физические и химические свойства этого минерала частично определяют свойства мантии на этих глубинах. Диапазон давлений устойчивости рингвудита находится в примерном диапазоне от 18 до 23 ГПа.

Природный рингвудит был обнаружен во многих ударных хондритовых метеоритах , в которых рингвудит встречается в виде мелкозернистых поликристаллических агрегатов .

Природный рингвудит обычно содержит намного больше Mg, чем Fe, но может образовывать серию твердых растворов без зазоров от концевого элемента из чистого Mg до концевого элемента из чистого Fe. Последний был обнаружен в естественном образце совсем недавно и получил название аренсит в честь американского физика-минерала Томаса Дж. Аренса (1936–2010).

Геологические проявления

В метеоритах рингвудит встречается в прожилках закаленного ударного расплава, разрезающих матрицу и замещающих оливин, вероятно, образовавшийся при ударном метаморфизме .

В недрах Земли оливин встречается в верхней мантии на глубинах менее 410 км, а рингвудит, как предполагается, присутствует в переходной зоне на глубине от 520 до 660 км. Разрывы сейсмической активности на глубине около 410 км, 520 км и на глубине 660 км были приписаны фазовым изменениям с участием оливина и его полиморфов .

Обычно считается, что разрыв на глубине 520 км вызван переходом полиморфного вадслеита оливина (бета-фаза) в рингвудит (гамма-фаза), а разрыв на глубине 660 км - фазовым превращением рингвудита (гамма-фаза). ) до силикатного перовскита плюс магнезиовюстита .

Предполагается, что рингвудит в нижней половине переходной зоны играет ключевую роль в динамике мантии, а пластические свойства рингвудита считаются критическими для определения потока материала в этой части мантии. Способность рингвудита включать гидроксид важна из-за его влияния на реологические свойства .

Рингвудит был синтезирован в условиях, соответствующих переходной зоне, и содержал до 2,6 мас.% Воды.

Поскольку переходная зона между верхней и нижней мантией Земли помогает управлять масштабом переноса массы и тепла по всей Земле, присутствие воды в этой области, будь то глобальное или локализованное, может иметь значительное влияние на реологию мантии и, следовательно, мантийную циркуляцию. В зонах субдукции поле устойчивости рингвудита отличается высокой сейсмичностью.

«Сверхглубокий» алмаз (поднявшийся с большой глубины), найденный в Хуине на западе Бразилии, содержал включения рингвудита - в то время единственного известного образца природного земного происхождения - что свидетельствует о наличии значительного количества воды в виде гидроксида в мантия Земли. Драгоценный камень длиной около 5 мм образовался в результате извержения диатремы . Включение рингвудита слишком мало, чтобы увидеть его невооруженным глазом. Позже был найден второй такой алмаз.

Обнаружено, что мантийный резервуар содержит примерно в три раза больше воды в форме гидроксида, содержащегося в кристаллической структуре вадслеита и рингвудита, чем океаны Земли вместе взятые.

Синтетический

Для экспериментов был синтезирован водный рингвудит путем смешивания порошков форстерита ( Mg
2
SiO
4
), брусит ( Mg (OH)
2
) и кремнезема ( SiO
2
), чтобы получить желаемый окончательный элементный состав. Если поместить его под давлением 20 гигапаскалей при температуре 1523 К (1250 ° C; 2282 ° F) на три или четыре часа, он превратится в рингвудит, который затем можно охладить и сбросить давление.

Кристальная структура

Рингвудит имеет структуру шпинели в изометрической кристаллической системе с пространственной группой Fd 3 m (или F 4 3 m ). В атомном масштабе магний и кремний находятся в октаэдрической и тетраэдрической координации с кислородом соответственно. Связи Si-O и Mg-O являются как ионными, так и ковалентными. Параметр кубической элементарной ячейки составляет 8,063 Å для чистого Mg 2 SiO 4 и 8,234 Å для чистого Fe 2 SiO 4 .

Химический состав

Составы рингвудита в экспериментах по синтезу варьируются от чистого Mg 2 SiO 4 до Fe 2 SiO 4 . Рингвудит может включать до 2,6% по весу H 2 O.

Физические свойства

Зависимость молярного объема от давления при комнатной температуре для рингвудита γ-Mg 2 SiO 4
Зависимость молярного объема от давления при комнатной температуре для аренсита γ-Fe 2 SiO 4

На физические свойства рингвудита влияют давление и температура. В условиях давления и температуры переходной зоны мантии расчетное значение плотности рингвудита составляет 3,90 г / см 3 для чистого Mg 2 SiO 4 ; 4,13 г / см 3 для (Mg 0,91 , Fe 0,09 ) 2 SiO 4 пиролитической мантии; и 4,85 г / см 3 для Fe 2 SiO 4 . Это изотропный минерал с показателем преломления n = 1,768.

Цвет рингвудита варьируется между метеоритами, между различными агрегатами, содержащими рингвудит, и даже в одном единственном агрегате. Агрегаты рингвудита могут иметь все оттенки синего, пурпурного, серого и зеленого или вообще не иметь цвета.

Более пристальный взгляд на окрашенные агрегаты показывает, что цвет неоднороден, но, кажется, происходит от чего-то, имеющего размер, подобный кристаллитам рингвудита. В синтетических образцах чистый Mg-рингвудит бесцветен, тогда как образцы, содержащие более одного мольного процента Fe 2 SiO 4, имеют темно-синий цвет. Считается, что цвет обусловлен переносом заряда Fe 2+ –Fe 3+ .

Рекомендации