WikiDer > Вадслеит

Wadsleyite
Вадслеит
Общий
КатегорияСоросиликатный
Формула
(повторяющийся блок)		Mg2SiO4
Классификация Струнца9.BE.02
Кристаллическая системаОрторомбический (Хориучи и Савамото, 1981)
Кристалл классДипирамидный (ммм)
Символ HM: (2 / м 2 / м 2 / м)
Космическая группаИмма
Ячейкаа = 5,7Å, b = 11,71 Å
c = 8,24 Å; Z = 8
Идентификация
ЦветТемно-зеленый
Хрустальная привычкаМикрокристаллические агрегаты
ПрозрачностьПрозрачный
Удельный вес3.84 вычислено
Оптические свойстваДвухосный
Показатель преломленияn = 1,76
Рекомендации[1][2][3][4]

Вадслеит, фаза высокого давления оливин, является ромбический минеральная с формулой β- (Mg, Fe)2SiO4. Впервые он был найден в природе в реке Мира. метеорит из Альберта, Канада. Он образован фазовым превращением из оливин (α- (Mg, Fe)2SiO4) под возрастающим давлением и со временем превращается в шпинель-структурированный рингвудит (γ- (Mg, Fe)2SiO4) при дальнейшем увеличении давления. Структура может занимать ограниченное количество других двухвалентных катионы вместо магния, но в отличие от α- и γ-структур, β-структура с формулой суммы Fe2SiO4 не является термодинамически стабильным. Параметры его ячейки приблизительно равны a = 5,7 Å, b = 11,71 Å и c = 8,24 Å.

Установлено, что вадслеит устойчив в верхней части переходной зоны Земли. мантия между 410–520 км (250–320 миль) в глубину. Из-за того, что кислород не связан с кремнием в Si2О7 группы вадслеита, он оставляет некоторые атомы кислорода недостаточно связанными, и в результате эти атомы кислорода легко гидратируются, что обеспечивает высокую концентрацию атомов водорода в минерале. Водный вадслеит считается потенциальным местом хранения воды на Земле. мантия из-за низкого электростатического потенциала атомов кислорода с недостаточными связями. Хотя вадслеит не содержит H в своей химической формуле, он может содержать более 3 процентов H по весу.2O, и может сосуществовать с водным расплавом в условиях давления-температуры переходной зоны. Растворимость воды и плотность вадслеита зависят от температуры и давления на Земле. Несмотря на то, что их максимальная способность удерживать воду может быть снижена примерно до 0,5-1 мас.% Вдоль нормальной геотермы,[5] то Переходная зона которые содержат до 60 об.% вадслеита, все еще могут быть основным резервуаром воды в недрах Земли. Кроме того, считается, что превращение, приводящее к образованию вадслеита, происходит также в результате удара, когда метеорит ударяется о Землю или другую планету с очень высокой скоростью.

Вадслеит был впервые идентифицирован Рингвудом и Мейджором в 1966 году, а в 1968 году Акимото и Сато подтвердили, что он является стабильной фазой.[6] Эта фаза первоначально была известна как β-Mg.2SiO4 или «бета-фаза». Вадслеит был назван в честь минералога Артура Дэвида Уодсли (1918–1969).

Сочинение

В значениях массового процента оксида чистая магнезиальная разновидность вадслеита будет составлять 42,7% SiO.2 и 57,3% MgO по массе. Анализ микроэлементов в вадслеите позволяет предположить, что в него входит ряд элементов. Результаты демонстрируют следы рубидий (Rb), стронций (Sr), барий (Ва), титан (Ti), цирконий (Zr), ниобий (Nb), гафний (Hf), тантал (Та), торий (Th), и уран (U) в вадслеите и предполагают, что концентрации этих элементов могут быть больше, чем предполагалось в переходной зоне верхней мантии Земли. Более того, эти результаты помогают понять химическую дифференциацию и магматизм Земли.[7]

Хотя вадслеит номинально является безводным, он может содержать более 3 процентов H по массе.2О,[8] Это означает, что он способен вбирать больше воды, чем океаны Земли, и может быть значительным резервуаром для H (или воды) внутри Земли.

Геологическое происхождение

Вадслеит был найден в Река мира метеорит, L6 гиперстен-оливин хондрит от реки Мира, Альберта, Канада. Считается, что вадслеит в этом метеорите образовался при высоком давлении во время ударного воздействия, связанного с воздействием на Землю оливина в богатых сульфидами жилах метеорита. Он встречается в виде микрокристаллических фрагментов породы, часто не превышающих 0,5 мм (0,020 дюйма) в диаметре.[9]

Структура

Вадслеит представляет собой шпинеллоид, и его структура основана на искаженной кубической плотнейшей упаковке атомов кислорода, как и шпинели. Ось a и ось b - это половина диагонали шпинели. В магний и кремний полностью упорядочены в своей структуре. Есть три различных октаэдрических сайта, M1, M2 и M3, и один тетраэдрический сайт. Вадслеит - соросиликат, в котором Si2О7 группы присутствуют.[10] В структуре есть четыре различных атома кислорода. O2 - это мостиковый кислород, общий для двух тетраэдров, а O1 - несиликатный кислород (не связанный с Si). Потенциально гидратированный атом O1 находится в центре четырех краев Mg2+ октаэдры.[11][12] Если этот кислород гидратирован (протонирован), в M3 может возникнуть вакансия Mg. Если водное включение превышает примерно 1,5%, вакансии М3 могут упорядочиваться с нарушением пространственной группы. Имма, сводя симметрию к моноклинной я2/м с углом бета до 90,4º.

Вадслеит II представляет собой отдельную шпинеллоидную фазу с одним (SiO4) и двойной (Si2О7) тетраэдрические звенья. Это железо-магний силикат с переменным составом, который может встречаться между областями стабильности вадслеита и рингвудит γ-Mg2SiO4,[13] но вычислительные модели предполагают, что по крайней мере чистая магнезиальная форма нестабильна.[14] Одна пятая часть атома кремния находится в изолированном тетраэдре, а четыре пятых - в Si.2О7 группы, так что структуру можно представить как смесь одной пятой шпинели и четырех пятых вадслеита.[15]

Кристаллография и физические свойства

Зависимость молярного объема от давления при комнатной температуре

Вадслеит кристаллизуется в ромбический кристаллическая система и имеет объем элементарной ячейки 550.00 Å3. Его пространственная группа Имма а параметры его ячейки равны a = 5,6921Å, b = 11,46 Å и c = 8,253 Å;[9] Независимое исследование показало, что параметры ячейки равны a = 5,698 Å, b = 11,438 Å и c = 8,257 Å.[15] Чистый магнезиальный вадслеит бесцветен, но железосодержащие разновидности темно-зеленые.

Минералы вадслеита обычно имеют микрокристаллический текстуры и сломаны. Из-за небольшого размера кристалла, подробный оптический данные получить не удалось; однако вадслеит анизотропный с низким первым порядком двулучепреломление цвета [9] Он двухосный со средним показатель преломления n = 1,76 и имеет расчетную удельный вес из 3,84. В рентгене порошковая дифракция, его самые сильные стороны в структуре: 2,886 (50) (040), 2,691 (40) (013), 2,452 (100,141), 2,038 (80) (240), 1,442 (80) (244).[9]

Скорости звука

Савамото и др. (1984) [16] сначала измерил Зубец P скорость (Vp) и S-волна скорость (Vs) Mg-элемента вадслеита в условиях окружающей среды Бриллюэновская спектроскопия. Их данные предполагают, что фазовый переход оливин-вадслеит вызовет скачок Vp на ~ 13% и скачок Vs на ~ 14%. Таким образом, фазовый переход оливин-вадслеит был предложен как основная причина сейсмического разрыва 410 км на границе между Верхняя мантия и Переходная зона мантии на Земле.[16]

Биографический очерк

Артур Дэвид Уодсли (1918–1969) получил привилегию присвоить минералу свое имя благодаря его вкладу в геологию, например, кристаллография минералов и других неорганические соединения.[9] Предложение о присвоении вадслеита имени Уодсли было одобрено Комиссией по новым минералам и названиям минералов. Международная минералогическая ассоциация. Типовой экземпляр сейчас хранится в коллекции Геологического факультета Университет Альберты.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Mindat.org
  2. ^ Веб-минеральные данные
  3. ^ Справочник по минералогии
  4. ^ Список минералов IMA
  5. ^ Отани, Эйдзи; Литасов, Константин; Хосоя, Томофуми; Кубо, Томоаки; Кондо, Тадаши (2004). «Перенос воды в глубокую мантию и образование водной переходной зоны». Физика Земли и планетных недр. 143-144: 255–269. Дои:10.1016 / j.pepi.2003.09.015. ISSN 0031-9201.
  6. ^ Акимото, Сюн-ити; Сато, Йосико (1968). «Преобразование под высоким давлением в оливине Co2SiO4 и некоторые геофизические последствия». Физика Земли и планетных недр. 1 (7): 498–504. Дои:10.1016/0031-9201(68)90018-6. ISSN 0031-9201.
  7. ^ Мибэ, Кенджи; Орихаши, Юджи; Накаи, Шунити; Фудзи, Тосицугу (2006). «Разделение элементов между минералами переходной зоны и ультраосновным расплавом в водных условиях». Письма о геофизических исследованиях. 33 (16). Дои:10.1029 / 2006gl026999. ISSN 0094-8276.
  8. ^ Иноуэ, Тору; Юримото, Хисайоши; Кудо, Ясухиро (1995). «Водно-модифицированная шпинель, Mg1.75SiH0.5O4: новый водный резервуар в переходной области мантии». Письма о геофизических исследованиях. 22 (2): 117–120. Дои:10.1029 / 94gl02965. ISSN 0094-8276.
  9. ^ а б c d е Цена, Джеффри Д. (1983). «Природа и значение дефектов упаковки в вадслеите, природном β- (Mg, Fe) 2SiO4 из метеорита Peace River». Физика Земли и планетных недр. 33 (2): 137–147. Дои:10.1016/0031-9201(83)90146-2. ISSN 0031-9201.
  10. ^ Ashbrook, Sharon E .; Pollès, Лоран Ле; Пикард, Крис Дж .; Берри, Эндрю Дж .; Вимперис, Стивен; Фарнан, Ян (21 марта 2007 г.). «Первопринципные расчеты твердотельных ЯМР 17O и 29Si полиморфов Mg2SiO4». Физическая химия Химическая физика. 9 (13): 1587–1598. Дои:10.1039 / B618211A. ISSN 1463-9084.
  11. ^ Смит, Джозеф Р. (1987-12-01). "бета-Mg2 SiO4; потенциальный хозяин воды в мантии?". Американский минералог. 72 (11–12): 1051–1055. ISSN 0003-004X.
  12. ^ Смит, Джозеф Р. (1994-10-01). «Кристаллографическая модель водного вадслеита (β-Mg2SiO4): океан в недрах Земли?». Американский минералог. 79 (9–10): 1021–1024. ISSN 0003-004X.
  13. ^ Клеппе, А. К. (2006). «Рамановские спектроскопические исследования водного вадслеита II при высоком давлении». Американский минералог. 91 (7): 1102–1109. Дои:10.2138 / am.2006.2060. ISSN 0003-004X.
  14. ^ Токар, Камил; Jochym, Paweł T .; Пекаж, Пшемыслав; Чажевский, Ян; Стерник, Малгожата; Парлински, Кшиштоф (2013). «Термодинамические свойства и фазовая стабильность вадслеита II». Физика и химия минералов. 40 (3): 251–257. Дои:10.1007 / s00269-013-0565-9. ISSN 0342-1791.
  15. ^ а б Хориучи, Хироюки; Савамото, Хироши (1981). «β-Mg2SiO4: Исследование дифракции рентгеновских лучей на монокристаллах». Американский минералог. 66 (5–6): 568–575. ISSN 0003-004X.
  16. ^ а б SAWAMOTO, H .; WEIDNER, D. J .; SASAKI, S .; КУМАЗАВА, М. (1984). «Упругие свойства монокристаллов модифицированной шпинельной (бета) фазы ортосиликата магния». Наука. 224 (4650): 749–751. Дои:10.1126 / science.224.4650.749. ISSN 0036-8075.