Вадслеит
Минерал, который, как полагают, широко распространен в мантии Земли.
Вадслеит
Кристалл
Общий
КатегорияСоросиликат
Формула
(повторяющаяся единица)		Mg2SiO4​​​
символ ИМАВдс [1]
классификация Штрунца9.BE.02
Кристаллическая системаОрторомбическая (Хориучи и Савамото, 1981)
Кристалл классДипирамидальный (mmm)
символ HM : (2/m 2/m 2/m)
Космическая группаИмма
Элементарная ячейкаа = 5,7  Å , б = 11,71 Å,
в = 8,24 Å; З = 8
Идентификация
ЦветТемно-зеленый
Кристаллическая привычкаМикрокристаллические агрегаты
ПрозрачностьПрозрачный
Удельный вес3.84 вычислено
Оптические свойстваДвуосный
Показатель преломленияп = 1,76
Ссылки[2] [3] [4] [5]

Вадслеит — орторомбический минерал с формулой β-(Mg,Fe) 2SiO4 . Впервые он был обнаружен в природе в метеорите Peace River из Альберты , Канада . Он образуется в результате фазового превращения из оливина ( α- (Mg,Fe) 2SiO4 ) под возрастающим давлением и в конечном итоге превращается в рингвудит со структурой шпинели (γ-(Mg,Fe) 2SiO4 ) по мере дальнейшего увеличения давления. Структура может принимать ограниченное количество других двухвалентных катионов вместо магния , но в отличие от структур α и γ, структура β с суммарной формулой Fe2SiO4 не является термодинамически стабильной. Параметры ее ячейки приблизительно равны a = 5,7 Å , b = 11,71 Å и c = 8,24 Å.

Вадслеит, как обнаружено, стабилен в верхней части переходной зоны мантии Земли на глубине 410–520 километров (250–320 миль). Из-за атомов кислорода, не связанных с кремнием в группах Si 2 O 7 вадслеита, он оставляет некоторые атомы кислорода недостаточно связанными. Таким образом, эти кислороды легко гидратируются, что обеспечивает высокую концентрацию атомов водорода в минерале. Водный вадслеит считается потенциальным местом для хранения воды в мантии Земли из-за низкого электростатического потенциала недостаточно связанных атомов кислорода. Хотя вадслеит не содержит H в своей химической формуле, он может содержать более 3 процентов по весу H 2 O и может сосуществовать с водным расплавом в условиях давления и температуры переходной зоны. Растворимость воды и плотность вадслеита зависят от температуры и давления на Земле. Даже если их максимальные возможности хранения воды могут быть снижены до примерно 0,5–1% по массе вдоль нормальной геотермы, [6] переходная зона , которая удерживает до 60% по объему вадслеита, все еще может быть крупным резервуаром воды в недрах Земли. Кроме того, считается, что трансформация, приводящая к вадслеиту, происходит также в ударном событии, когда метеорит сталкивается с Землей или другой планетой на очень высокой скорости.

Вадслеит был впервые идентифицирован Рингвудом и Мейджором в 1966 году и был подтвержден как стабильная фаза Акимото и Сато в 1968 году. [7] Фаза была первоначально известна как β-Mg 2 SiO 4 или «бета-фаза». Вадслеит был назван в честь минералога Артура Дэвида Вадсли (1918–1969).

Состав

В значениях весового процента оксида чистая магнезиальная разновидность вадслеита будет иметь 42,7% SiO 2 и 57,3% MgO по массе. Анализ микроэлементов в вадслеите показывает большое количество элементов: рубидий (Rb), стронций (Sr), барий (Ba), титан (Ti), цирконий (Zr), ниобий (Nb), гафний (Hf), тантал (Ta), торий (Th) и уран (U). Это говорит о том, что концентрации этих элементов могут быть больше, чем предполагалось в переходной зоне верхней мантии Земли. Более того, эти результаты помогают в понимании химической дифференциации и магматизма внутри Земли. [8]

Хотя номинально вадслеит безводный, он может содержать более 3 процентов по весу H2O [ 9] , что означает, что он способен содержать больше воды, чем океаны Земли , и может быть значительным резервуаром H (или воды) в недрах Земли.

Геологическое явление

Вадслеит был найден в метеорите Peace River, гиперстен -оливиновом хондрите L6 из Peace River , Альберта, Канада . Считается, что вадслеит в этом метеорите образовался при высоком давлении во время ударного события, связанного с ударом о 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. [10]

Структура

Вадслеит — это шпинелоид, и его структура основана на искаженной кубической плотнейшей упаковке атомов кислорода, как и у шпинелей. Ось a и ось b — это половина диагонали шпинельной единицы. Магний и кремний полностью упорядочены в структуре. Имеется три отдельных октаэдрических узла, M1, M2 и M3, и один тетраэдрический узел. Вадслеит — это соросиликат, в котором присутствуют группы Si 2 O 7 . [11] [ нужен лучший источник ] В структуре имеется четыре отдельных атома кислорода. O2 — это мостиковый кислород, общий для двух тетраэдров, а O1 — это несиликатный кислород (не связанный с Si). Потенциально гидратированный атом O1 находится в центре четырех октаэдров Mg 2+ с общими ребрами . [12] [13] [ нужен непервичный источник ] Если этот кислород гидратирован (протонирован), вакансия Mg может возникнуть в M3. Если содержание воды превышает 1,5%, вакансии M3 могут быть упорядочены с нарушением пространственной группы Imma , снижая симметрию до моноклинной I 2/ m с углом бета до 90,4º. [ необходима цитата ]

Вадслеит II — это отдельная фаза шпинелоида с одинарными (SiO 4 ) и двойными (Si 2 O 7 ) тетраэдрическими единицами. Это магниево-железный силикат с переменным составом, который может встречаться между областями стабильности вадслеита и рингвудита γ-Mg 2 SiO 4 , [14] но вычислительные модели предполагают, что по крайней мере чистая магнезиальная форма нестабильна. [15] Одна пятая атома кремния находится в изолированных тетраэдрических и четыре пятых — в группах Si 2 O 7 , так что структуру можно рассматривать как смесь одной пятой шпинели и четырех пятых вадслеита. [16] [ необходим непервичный источник ]

Кристаллография и физические свойства

Молярный объем в зависимости от давления при комнатной температуре

Вадслеит кристаллизуется в орторомбической кристаллической системе и имеет объем элементарной ячейки 550,00 Å3 . Его пространственная группа — Imma , а параметры ячейки — a = 5,6921  Å , b = 11,46 Å и c = 8,253 Å; [10] независимое исследование показало, что параметры ячейки составляют a = 5,698 Å, b = 11,438 Å и c = 8,257 Å. [16] Чистый магнезиальный вадслеит бесцветен, но железосодержащие разновидности имеют темно-зеленый цвет.

Минералы вадслеита обычно имеют микрокристаллическую текстуру и трещины. Из-за малого размера кристаллов подробные оптические данные получить не удалось; однако, вадслеит анизотропен с низкими цветами двупреломления первого порядка . [10] Он двуосный со средним показателем преломления n = 1,76 и имеет расчетный удельный вес 3,84. В рентгеновской порошковой дифракции его самые сильные точки в картине: 2,886(50)(040), 2,691(40)(013), 2,452(100,141), 2,038(80)(240), 1,442(80)(244). [10]

Скорость звука

Sawamoto et al. (1984) [17] впервые измерили скорость P-волны (Vp) и скорость S-волны (Vs) Mg-конечного элемента вадслеита в условиях окружающей среды с помощью спектроскопии Бриллюэна . Их данные предполагают, что фазовый переход оливин-вадслеит вызовет скачок Vp на ~13% и скачок Vs на ~14%. Поэтому фазовый переход оливин-вадслеит был предложен в качестве основной причины 410-километрового сейсмического разрыва на границе между верхней мантией и переходной зоной мантии в Земле. [17]

Тезка

Артур Дэвид Уодсли (1918–1969) получил привилегию назвать минерал в его честь за его вклад в геологию, такой как кристаллография минералов и других неорганических соединений . [10] Предложение назвать вадслеит в честь Уодсли было одобрено Комиссией по новым минералам и названиям минералов Международной минералогической ассоциации . Типовой образец в настоящее время хранится в коллекции Геологического факультета Университета Альберты .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Warr, LN (2021). «Утвержденные символы минералов IMA–CNMNC». Mineralogic Magazine . 85 (3): 291– 320. Bibcode : 2021MinM...85..291W. doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID  235729616.
  2. ^ Mindat.org
  3. ^ Данные Webmineral
  4. ^ Энтони, Джон В.; Бидо, Ричард А.; Блад, Кеннет В.; Николс, Монте К., ред. (2022) [2001]. "Вадслеит". Справочник по минералогии (PDF) . Шантильи, Вирджиния: Минералогическое общество Америки . Получено 5 июля 2022 г.
  5. ^ Список минералов IMA
  6. ^ Отани, Эйдзи; Литасов, Константин; Хосоя, Томофуми; Кубо, Томоаки; Кондо, Тадаши (2004). «Перенос воды в глубокую мантию и образование водной переходной зоны». Физика Земли и недр планет . 143–144 : 255–269 . Bibcode :2004PEPI..143..255O. doi :10.1016/j.pepi.2003.09.015. ISSN  0031-9201.
  7. ^ Акимото, Сюн-ити; Сато, Ёсико (1968). «Преобразование под высоким давлением в оливине Co2SiO4 и некоторые геофизические последствия». Физика Земли и недр планет . 1 (7): 498– 504. Bibcode : 1968PEPI....1..498A. doi : 10.1016/0031-9201(68)90018-6. ISSN  0031-9201.
  8. ^ Mibe, Kenji; Orihashi, Yuji; Nakai, Shun'ichi; Fujii, Toshitsugu (2006). «Распределение элементов между минералами переходной зоны и ультраосновным расплавом в водных условиях». Geophysical Research Letters . 33 (16). Bibcode : 2006GeoRL..3316307M. doi : 10.1029/2006gl026999 . ISSN  0094-8276.
  9. ^ Иноуэ, Тору; Юримото, Хисаёши; Кудо, Ясухиро (1995). «Гидромодифицированная шпинель, Mg1.75SiH0.5O4: новый резервуар воды в переходной области мантии». Geophysical Research Letters . 22 (2): 117– 120. Bibcode : 1995GeoRL..22..117I. doi : 10.1029/94gl02965. ISSN  0094-8276.
  10. ^ abcde Прайс, Джеффри Д. (1983). «Природа и значение дефектов упаковки в вадслеите, природном β-(Mg, Fe)2SiO4 из метеорита Пис-Ривер». Физика Земли и недр планет . 33 (2): 137– 147. Bibcode :1983PEPI...33..137P. doi :10.1016/0031-9201(83)90146-2. ISSN  0031-9201.
  11. ^ Ashbrook, Sharon E.; Pollès, Laurent Le; Pickard, Chris J.; Berry, Andrew J.; Wimperis, Stephen; Farnan, Ian (2007-03-21). "First-principlescalculations of solid-state 17O and 29Si NMR spectra of Mg2SiO4 polymorphs" . Physical Chemistry Chemical Physics . 9 (13): 1587– 1598. Bibcode :2007PCCP....9.1587A. doi :10.1039/B618211A. ISSN  1463-9084. PMID  17429552.
  12. ^ Смит, Джозеф Р. (1987-12-01). "бета-Mg2 SiO4; потенциальный хозяин для воды в мантии?" . American Mineralogist . 72 ( 11–12 ): 1051–1055 . ISSN  0003-004X.
  13. ^ Смит, Джозеф Р. (1994-10-01). "Кристаллографическая модель для гидрослюдяного вадслеита (β-Mg2SiO4): океан в недрах Земли?" . American Mineralogist . 79 ( 9–10 ): 1021–1024 . ISSN  0003-004X.
  14. ^ Kleppe, AK (2006). "Исследования рамановской спектроскопии высокого давления гидрослейита II". American Mineralogist . 91 (7): 1102– 1109. Bibcode :2006AmMin..91.1102K. doi :10.2138/am.2006.2060. ISSN  0003-004X. S2CID  51496930.
  15. ^ Токар, Камиль; Йохим, Павел Т.; Пекаж, Пшемыслав; Лажевский, Ян; Стерник, Малгожата; Парлинский, Кшиштоф (2013). «Термодинамические свойства и фазовая стабильность вадслеита II». Физика и химия минералов . 40 (3): 251–257 . Бибкод : 2013PCM....40..251T. дои : 10.1007/s00269-013-0565-9 . ISSN  0342-1791.
  16. ^ ab Horiuchi, Hiroyuki; Sawamoto, Hiroshi (1981). "β-Mg2SiO4: исследование рентгеновской дифракции монокристалла" . American Mineralogist . 66 ( 5– 6): 568– 575. ISSN  0003-004X.
  17. ^ ab SAWAMOTO, H.; WEIDNER, DJ; SASAKI, S.; KUMAZAWA, M. (1984). "Упругие свойства монокристалла модифицированной шпинельной (бета) фазы ортосиликата магния". Science . 224 (4650): 749– 751. Bibcode :1984Sci...224..749S. doi :10.1126/science.224.4650.749. ISSN  0036-8075. PMID  17780624. S2CID  6602306.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Wadsleyite&oldid=1248780000"