Прејди на содржината

Рингвудит

Од Википедија — слободната енциклопедија

 

Рингвудит
Кристал (околу 150 микрометри во пречник) од син рингвудит со состав од Fo90 синтетизиран на 20 GPa и 1200 °C.
Општо
КатегоријаНезосиликат
Шпинелова група
ФормулаМагнезиум силикат (Mg2SiO4)
Штрунцова класификација9.AC.15
Просторна групаFd3m
Единична ќелијаa = 8.113 Å; Z = 8
Распознавање
БојаТемно сина, исто така црвена, виолетова или безбојна (чиста Mg2SiO4)
ХабитусМикрокристални агрегати
Кристален системКоцкест
ПроѕирностПолупроѕирен
Специфична тежина3.90 (Mg2SiO4); 4.13 ((Mg0.91,Fe0.09)2SiO4); 4.85 (Fe2SiO4)
Оптички својстваИзотропно
Показател на прекршувањеn = 1.8
Двојно прекршувањенема
Плеохроизамнема
Наводи[1][2][3]
SEM слика од рингвудит откриен во метеоритот хондрит Сиџоу L6. Видете ја сликата за детали.

Рингвудит — високопритисочна фаза на Mg2SiO4 (магнезиум силикат) формирана на високи температури и притисоци на Земјината обвивка помеѓу 525 и 660 километри длабочина. Може да содржи и железо и водород. Полиморфен е со форстерит во оливинската фаза (магнезиум железен силикат).

Рингвудит е познат по тоа што може да содржи хидроксидни јони во својата структура. Во овој случај, два хидроксидни јони обично го заменуваат магнезиумскиот јон и два оксидни јони. [4]

Во комбинација со докази за неговото појавување длабоко во Земјината обвивка, ова покажува дека во преодната зона на обвивката, од 410 до 660 км длабочина, има од еден до три пати повеќе вода од еквивалентот на светскиот океан.[5] [6]

Овој минерал за прв пат бил распознаен во метеоритот Тенхам во 1969 година, [7] и се претпоставува дека е присутен во големи количини во Земјината обвивка.

Оливинот, вадслеитот и рингвудитот се полиморфи кои се наоѓаат во горниот плашт на земјата. На длабочини поголеми од околу 660 километри, други минерали, вклучувајќи некои со перовскитна структура, се стабилни. Својствата на овие минерали одредуваат многу од својствата на плаштот.

Рингвудитот е именуван по австралискиот научник за Земјата Тед Рингвуд (1930–1993), кој ги проучувал полиморфните фазни премини кај вообичаените минерали оливин и пироксен при притисоци еквивалентни на длабочини до околу 600 км.

Карактеристики

[уреди | уреди извор]

Рингвудит е полиморфен со форстерит, Mg2SiO4 и има шпинелна структура. Минералите од шпинелната група кристализираат во изометрискиот систем со октаедарска структура. Оливинот е најзастапен во горниот плашт, над околу 410 километри; се смета дека оливинските полиморфи вадслеит и рингвудит доминираат во преодната зона на плаштот, зона присутна од околу 410 до 660 километри длабочина.

Се смета дека рингвудит е најзастапената минерална фаза во долниот дел од преодната зона на Земјата. Физичките и хемиските својства на овој минерал делумно ги одредуваат својствата на плаштот на тие длабочини. Опсегот на притисок за стабилност на рингвудит е во приближниот опсег од 18 до 23 паскали.

Природен рингвудит бил пронајден во многу хондритични метеорити, во кои рингвудитот се јавува во ситнозрнест поликристален агрегат.

Природниот рингвудит генерално содржи многу повеќе магнезиум отколку железо и може да формира серија од цврсти раствори без празнини од крајниот елемент од чист магнезиум до крајниот елемент од чисто железо. Вториот, крајниот член богат со железо од серијата цврсти раствори на γ-оливин, γ-Fe2SiO4, бил именуван како арензит во чест на американскиот минерален физичар Томас Џ. Аренс (1936–2010).

Геолошки појави

[уреди | уреди извор]

Кај метеоритите, рингвудит се јавува во вените на гаснењето на шок-топењето, сечејќи ја матрицата и заменувајќи го оливинот, веројатно произведен за време на шок метаморфизмот.

Во внатрешноста на Земјата, оливинот се јавува во горниот плашт на длабочини помали од околу 410 километри, а се претпоставува дека рингвудитот е присутен во преодната зона од околу 520 до 660 км длабочина. Дисконтинуитети на сеизмичката активност на околу 410 км, 520 км, а на 660 км длабочина се припишува на фазни премини што вклучуваат оливин и неговите полиморфи.

Дисконтинуитетот на длабочина од 520 км генерално се смета дека е предизвикан од преминот на оливинскиот полиморф вадслеит (бета-фаза) во рингвудит (гама-фаза), додека дисконтинуитетот на длабочина од 660 км е предизвикан од фазната преобразба на рингвудит (гама-фаза) во силикатен перовскит плус магнезиовюстит. [8] [9]

Се претпоставува дека рингвудитот во долната половина од преодната зона игра клучна улога во динамиката на плаштот, а пластичните својства на рингвудитот се сметаат за критични во одредувањето на протокот на материјалот во овој дел од плаштот. Способноста на рингвудитот да соедини хидроксид е важна поради неговиот ефект врз реологијата.

Рингвудит е синтетизиран под услови соодветни на преодната зона, содржи до 2,6 тежински проценти вода. [10] [11]

Бидејќи преодната зона помеѓу горниот и долниот плашт на Земјата помага во регулирањето на обемот на пренос на маса и топлина низ целата Земја, присуството на вода во овој регион, без разлика дали е глобално или локализирано, може да има значаен ефект врз реологијата на плаштот, а со тоа и врз циркулацијата на плаштот. [12] Во зоните на субдукција, полето на стабилност на рингвудит е домаќин на високи нивоа на сеизмичност. [13]

„Ултрадлабок“ дијамант (оној кој пораснал од голема длабочина) пронајден во Хуина во западен Бразил содржел опфат на рингвудит - во тоа време единствениот познат примерок од природно копнено потекло - со што се обезбедиле докази за значителни количини на вода како хидроксид во Земјината обвивка. [14] [15] [16] Скапоцениот камен, долг околу 5 милиметри бил извлечен од ерупција на дијатремија. [17] Инклузијата на рингвудит е премногу мала за да се види со голо око. Подоцна бил пронајден втор таков дијамант. [18]

Плаштот може да содржи околу три пати повеќе вода, во форма на хидроксид содржан во кристалната структура на вадслеит и рингвудит, отколку океаните на Земјата заедно. [6]

Синтетика

[уреди | уреди извор]

За експерименти, воден рингвудит е синтетизиран со мешање на прашоци од форстерит (Mg2SiO4), бруцит (Mg(OH)2), и силициум диоксид (SiO2) за да се добие посакуваниот конечен елементарен состав. Ставајќи го ова под 20 гигапаскали притисок на 1,523 K (1,250 °C; 2,282 °F) во текот на три или четири часа го претвора ова во рингвудит, кој потоа може да се олади и да се депресира.

Кристална структура

[уреди | уреди извор]

Рингвудитот има шпинелна структура, во 3 кристален систем со просторна група Fd3m (или F43m [19]). На атомска скала, магнезиумот и силициумот се во 4 и тетраедарска координација со кислород, соодветно. Врските Si-O и Mg -O имаат мешан јонски и ковалентен карактер. [20] Параметарот на коцкестата единична ќелија е 8,063. Å за чист Mg2SiO4 и 8,234 Å за чист Fe 2 SiO4.

Хемиски состав

[уреди | уреди извор]

Составите на рингвудит се движат од чист Mg2SiO4 до Fe2SiO4 во експериментите за синтеза. Рингвудитот може да вклучи до 2,6 проценти од тежината H2O.

Физички својства

[уреди | уреди извор]
Моларен волумен наспроти притисок на собна температура за рингвудит γ- Mg2SiO4
Моларен волумен наспроти притисок на собна температура за харензит γ- Fe2SiO4

Физичките својства на рингвудитот се под влијание на притисокот и температурата. Во услови на притисок и температура во Преодната зона на плаштот, пресметаната вредност на густината на рингвудитот е 3,90 g/ cm3 за чист Mg2SiO4; [21] 4,13 g/cm3 за (Mg0.91,Fe0.09)2SiO4[22] од пиролитски мантил; и 4,85 g/ cm3 за Fe2SiO4. [23] Тоа е изотропен минерал со показател на прекршување n = 1,768.

Бојата на рингвудит варира кај метеоритите, кај различните агрегати кои содржат рингвудит, па дури и кај еден единствен агрегат. Агрегатите на рингвудит можат да ги покажат сите нијанси на сина, виолетова, сива и зелена боја или воопшто да немаат боја.

Подетален поглед на обоените агрегати покажува дека бојата не е хомогена, туку се чини дека потекнува од нешто со големина слична на кристалитите на рингвудит. Во синтетичките примероци, чистиот Mg рингвудит е безбоен, додека примероците што содржат повеќе од еден мол процент Fe2SiO4 се темно сини по боја. Се смета дека бојата се должи на пренос на полнеж од Fe2+–Fe3+. [24]

Наводи

[уреди | уреди извор]
  1. ↑ „Handbook of Mineralogy“ (PDF). Архивирано (PDF) од изворникот 2012-05-27. Посетено на 2012-05-17.
  2. ↑ „Ringwoodite on Mindat.org“. Архивирано од изворникот 2022-10-19. Посетено на 2012-05-17.
  3. ↑ „Ringwoodite on Webmineral“. Архивирано од изворникот 2022-12-07. Посетено на 2012-05-17.
  4. ↑ Ye, Y.; Brown, D.A.; Smyth, J. R.; Panero, W.R.; Jacobsen, S.D.; Chang, Y.-Y.; Townsend, J.P.; Thomas, S.M.; Hauri, E. (2012). „Compressibility and thermal expansion study of hydrous Fo100 ringwoodite with 2.5(3) wt% H2O“ (PDF). American Mineralogist. 97: 573–582. doi:10.2138/am.2012.4010. Архивирано од изворникот (PDF) на 2014-06-29.
  5. ↑ „Rare Diamond confirms that Earth's mantle holds an ocean's worth of water“. Scientific American. March 12, 2014. Архивирано од изворникот на March 13, 2014. Посетено на March 13, 2014.
  6. 1 2 Schmandt, Brandon; Jacobsen, Steven D.; Becker, Thorsten W.; Liu, Zhenxian; Dueker, Kenneth G. (13 June 2014). „Dehydration melting at the top of the lower mantle“. Science. 344 (6189): 1265–1268. Bibcode:2014Sci...344.1265S. doi:10.1126/science.1253358. PMID 24926016. Грешка во наводот: Неважечка ознака <ref>; називот „threeoceans“ е зададен повеќепати со различна содржина.
  7. ↑ Binns, R A.; Davis, R. J.; Reed, No S. J. B (1969). „Ringwoodite, natural (Mg,Fe)2SiO4 Spinel group in the Tenham meteorite“. Nature. 221: 943–944. doi:10.1038/221943a0.
  8. ↑ A. Deuss; J. Woodhouse (12 October 2001). „Seismic Observations of Splitting of the Mid-Transition Zone Discontinuity in Earth's Mantle“. Science. New Series. 294: 354–357. Bibcode:2001Sci...294..354D. doi:10.1126/science.1063524. PMID 11598296.
  9. ↑ G. R. Helffrich; B. J. Wood (2001). „The Earth's mantle“. Nature. 412 (6846): 501–507. doi:10.1038/35087500. PMID 11484043.
  10. ↑ David L. Kohlstedt; Hans Keppler; David C. Rubie (1996). „Solubility of water in the alpha, beta, and gamma phases of (Mg,Fe)2SiO4“. Contributions to Mineralogy and Petrology. 123 (4): 345–357. Bibcode:1996CoMP..123..345K. doi:10.1007/s004100050161.
  11. ↑ J. R. Smyth; C. M. Holl; D. J. Frost; S. D. Jacobsen; F. Langenhorst; C. A. McCammon (2003). „Structural systematics of hydrous ringwoodite and water in Earth's interior“. American Mineralogist. 88 (10): 1402–1407. Bibcode:2003AmMin..88.1402S. doi:10.2138/am-2003-1001.
  12. ↑ A. Kavner (2003). „Elasticity and strength of hydrous ringwoodite at high pressure“. Earth and Planetary Science Letters. 214 (3–4): 645–654. Bibcode:2003E&PSL.214..645K. doi:10.1016/s0012-821x(03)00402-3.
  13. ↑ Y. Xu; D.J. Weider; J.Chen; M.T. Vaughan; Y. Wang; T. Uchida (2003). „Flow-law for ringwoodite at subduction zone conditions“. Physics of the Earth and Planetary Interiors. 136 (1–2): 3–9. Bibcode:2003PEPI..136....3X. doi:10.1016/s0031-9201(03)00026-8.
  14. ↑ Richard A. Lovett (12 March 2014). „Tiny diamond impurity reveals water riches of deep Earth“. Nature. doi:10.1038/nature.2014.14862. Архивирано од изворникот на 11 March 2021. Посетено на 1 September 2014.
  15. ↑ D. G. Pearson; F. E. Brenker; F. Nestola; J. McNeill; L. Nasdala; M. T. Hutchison; S. Matveev; K. Mather; G. Silversmit (13 March 2014). „Hydrous mantle transition zone indicated by ringwoodite included within diamond“ (PDF). Nature. 507 (7491): 221–224. Bibcode:2014Natur.507..221P. doi:10.1038/nature13080. PMID 24622201. Архивирано од изворникот (PDF) на 22 September 2017. Посетено на 4 December 2019.
  16. ↑ Sample, Ian (March 12, 2014). „Rough diamond hints at vast quantities of water inside Earth“. The Guardian. Архивирано од изворникот на March 20, 2014. Посетено на December 6, 2014.
  17. ↑ „sample of the week: ringwoodite“. super/collider. Архивирано од изворникот на December 28, 2014. Посетено на December 6, 2014.
  18. ↑ Andy Coghlan (Jun 21, 2014). „Massive 'ocean' discovered towards Earth's core“. New Scientist. Архивирано од изворникот на December 11, 2019. Посетено на December 2, 2019.
  19. ↑ The structure of spinel structure is more accurately described as F43m, according to N. W. Grimes; и др. (Apr 8, 1983). „New Symmetry and Structure for Spinel“. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 386 (1791): 333–345. Bibcode:1983RSPSA.386..333G. doi:10.1098/rspa.1983.0039. JSTOR 2397417.
  20. ↑ Price, Geoffrey D.; Parker, Stephen C. (April 1984). „Computer simulations of the structural and physical properties of the olivine and spinel polymorphs of Mg2SiO4“. Physics and Chemistry of Minerals. 10 (5): 209–216. Bibcode:1984PCM....10..209P. doi:10.1007/BF00309313.
  21. ↑ Katsura, T., Yokoshi, S., Song, M., Kawabe, K., Tsujimura, T., Kubo, A., Ito, E., Tange, Y., Tomioka, N., Saito, K. and Nozawa, A. (2004). „Thermal expansion of Mg2SiO4 ringwoodite at high pressures“. Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 109 (B12): B12. Bibcode:2004JGRB..10912209K. doi:10.1029/2004JB003094.CS1-одржување: повеќе имиња: список на автори (link)
  22. ↑ Nishihara, Y., Takahashi, E., Matsukage, K. N., Iguchi, T., Nakayama, K., & Funakoshi, K. I. (2004). „Thermal equation of state of (Mg0.91,Fe0.09)2SiO4 ringwoodite“. Physics of the Earth and Planetary Interiors. 143: 33–46. Bibcode:2004PEPI..143...33N. doi:10.1016/j.pepi.2003.02.001.CS1-одржување: повеќе имиња: список на автори (link)
  23. ↑ Armentrout, M., & Kavner, A. (2011). „High pressure, high temperature equation of state for Fe2SiO4 ringwoodite and implications for the Earth's transition zone“. Geophysical Research Letters. 38 (8): n/a. Bibcode:2011GeoRL..38.8309A. doi:10.1029/2011GL046949.CS1-одржување: повеќе имиња: список на автори (link)
  24. ↑ Keppler, H.; Smyth, J.R. (2005). „Optical and near infrared spectra of ringwoodite to 21.5 GPa“. American Mineralogist. 90: 1209–1214. doi:10.2138/am.2005.1908.
Преземено од „https://mk.wikipedia.org/w/index.php?title=Рингвудит&oldid=5515130“