Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Рингвудит
BlueRingwoodite.jpg
Кристалл (диаметр ~ 150 мкм) синего рингвудита состава Fo90, синтезированный при 20 ГПа и 1200 ° C.
Общий
КатегорияНесиликаты группы шпинелей
Формула
(повторяющаяся единица)		Силикат магния (Mg 2 SiO 4 )
Классификация Струнца9.AC.15
Кристаллическая системаКубический
Кристалл классШестиугольник (м 3 м)
Символ HM : (4 / м 3 2 / м)
Космическая группаЖ / д 3 м
Ячейкаа = 8,113 Å; Z = 8
Идентификация
ЦветТемно-синий, красный, фиолетовый или бесцветный (чистый Mg 2 SiO 4 )
Хрустальная привычкаМикрокристаллические агрегаты
ПрозрачностьПолупрозрачный
Удельный вес3,90 (Mg 2 SiO 4 ); 4,13 ((Mg 0,91 , Fe 0,09 ) 2 SiO 4 ); 4,85 (Fe 2 SiO 4 )
Оптические свойстваИзотропный
Показатель преломленияп = 1,8
Двулучепреломлениеникто
Плеохроизмникто
Рекомендации[1] [2] [3]

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. [4]

В сочетании с доказательствами его залегания глубоко в мантии Земли это говорит о том, что в переходной зоне мантии на глубине от 410 до 660 км находится от одного до трех эквивалентов воды в мировом океане . [5] [6]

Этот минерал был впервые обнаружен в метеорите Тенхэм в 1969 г. [7], 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 км другие минералы, в том числе со структурой перовскита , стабильны. Свойства этих минералов определяют многие свойства мантии.

Характеристики [ править ]

Рингвудит полиморфен форстеритом Mg 2 SiO 4 и имеет структуру шпинели . Минералы группы шпинелей кристаллизуются в изометрической системе с октаэдрической формой. 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 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 . [8]

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 [ править ]

В метеоритах рингвудит встречается в прожилках закаленного ударного расплава, разрезающих матрицу и замещающих оливин, вероятно, образовавшийся при ударном метаморфизме . [8]

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 . [9] [10]

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. [11] [12]

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. [13] В зонах субдукции поле стабильности рингвудита отличается высокой сейсмичностью. [14]

«Сверхглубокий» алмаз (тот, который поднялся с большой глубины), найденный в Хуине на западе Бразилии, содержал включения рингвудита - в то время единственный известный образец природного земного происхождения - что свидетельствует о наличии значительного количества воды в виде гидроксида в мантия Земли. [5] [15] [16] [17] Драгоценный камень длиной около 5 мм, [17] был извлечен из-за извержения диатремы . [18] Включение рингвудита слишком мало, чтобы увидеть его невооруженным глазом. [17] Второй такой алмаз был позже найден. [19]

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. [6]

Синтетический [ править ]

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

Кристаллическая структура [ править ]

Рингвудит имеет структуру шпинели в изометрической кристаллической системе с пространственной группой Fd 3 m (или F 4 3 m [20] ). 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. [ необходима цитата ] Параметр кубической элементарной ячейки составляет 8,063 Å для чистого Mg 2 SiO 4 и 8,234 Å для чистого Fe 2 SiO 4 . [21]

Химический состав [ править ]

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. [4]

Физические свойства [ править ]

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 ; [22] 4,13 г / см 3 для (Mg 0,91 , Fe 0,09 ) 2 SiO 4 [23] пиролитической мантии; и 4,85 г / см 3 для Fe 2 SiO 4 . [24] 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. [25] В синтетических образцах чистый магний 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+ . [26]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Справочник по минералогии
  2. ^ Ringwoodite на Mindat.org
  3. ^ Рингвудит на Webmineral
  4. ^ a b c Ye, Y .; Браун, DA; Смит, младший; Панеро, WR; Якобсен, SD; Chang, Y.-Y .; Townsend, JP; Thomas, SM; Hauri, E .; Dera, P .; Мороз, ди-джей (2012). «Исследование сжимаемости и термического расширения водного рингвудита Fo100 с 2,5 (3) мас.% H 2 O» (PDF) . Американский минералог . 97 : 573–582. DOI : 10,2138 / am.2012.4010 . Архивировано из оригинального (PDF) 29 июня 2014 года.
  5. ^ a b «Редкий алмаз подтверждает, что мантия Земли содержит воду, равную океану» . Scientific American . 12 марта 2014 . Проверено 13 марта 2014 года .
  6. ^ a b Шмандт, Брэндон; Якобсен, Стивен Д .; Becker, Thorsten W .; Лю, Чжэньсянь; Дьюкер, Кеннет Г. (13 июня 2014 г.). «Обезвоживание таяния верхней части нижней мантии». Наука . 344 (6189): 1265–1268. DOI : 10.1126 / science.1253358 . PMID 24926016 . 
  7. ^ Binns, R A .; Дэвис, Р.Дж.; Рид, № SJ B (1969). «Рингвудит, природная (Mg, Fe) 2SiO4 группа шпинелей в метеорите Тенхэм». Природа . 221 : 943–944. DOI : 10.1038 / 221943a0 .
  8. ^ а б Чен. М., Эль Гореси А. и Жилле П. (2004). «Пластинки рингвудита в оливине: ключ к разгадке механизмов фазового перехода оливин-рингвудит в ударных метеоритах и ​​погружающихся пластинах». PNAS .
  9. ^ А. Деусс; Дж. Вудхаус (12 октября 2001 г.). «Сейсмические наблюдения за расщеплением разрыва средней переходной зоны в мантии Земли». Наука . Новая серия. 294 (5541): 354–357. DOI : 10.1126 / science.1063524 . PMID 11598296 . 
  10. ^ GR Helffrich; Би Джей Вуд (2001). «Мантия Земли». Природа . 412 (6846): 501–507. DOI : 10.1038 / 35087500 . PMID 11484043 . 
  11. ^ Дэвид Л. Кольстедт; Ганс Кепплер; Дэвид К. Руби (1996). «Растворимость воды в альфа-, бета- и гамма-фазах (Mg, Fe) 2 SiO 4 ». Вклад в минералогию и петрологию . 123 : 345–357. DOI : 10.1007 / s004100050161 .
  12. ^ JR Смит; CM Holl; DJ Frost; С.Д. Якобсен; Ф. Лангенхорст; CA McCammon (2003). «Структурная систематика водного рингвудита и воды в недрах Земли». Американский минералог . 88 (10): 1402–1407. DOI : 10,2138 / ч 2003-1001 .
  13. ↑ А. Кавнер (2003). «Эластичность и прочность водного рингвудита при высоком давлении». Письма о Земле и планетах . 214 (3–4): 645–654. DOI : 10.1016 / s0012-821x (03) 00402-3 .
  14. ^ Y. Xu; DJ Weider; Дж. Чен; MT Vaughan; Ю. Ван; Т. Учида (2003). «Закон течения рингвудита в условиях зоны субдукции». Физика Земли и планетных недр . 136 (1–2): 3–9. DOI : 10.1016 / s0031-9201 (03) 00026-8 .
  15. ↑ Ричард А. Ловетт (12 марта 2014 г.). «Крошечная алмазная примесь раскрывает водные богатства глубин Земли» .
  16. ^ Д. Г. Пирсон; ИП Бренкер; Ф. Нестола; Дж. Макнил; Л. Насдала; М. Т. Хатчисон; С. Матвеев; К. Мазер; Г. Сильверсмит; С. Шмитц; Б. Векеманс; Л. Винче (13 марта 2014 г.). «Зона перехода водной мантии, обозначенная рингвудитом, включенным в алмаз» (PDF) . Природа . 507 (7491): 221–224. DOI : 10,1038 / природа13080 . PMID 24622201 .  
  17. ^ a b c Образец, Ян (12 марта 2014 г.). «Необработанный алмаз указывает на огромное количество воды внутри Земли» . Хранитель . Проверено 6 декабря 2014 года .
  18. ^ "образец недели: рингвудит" . супер / коллайдер . Проверено 6 декабря 2014 года .
  19. ↑ Энди Коглан (21 июня 2014 г.). «Огромный« океан »обнаружен ближе к ядру Земли» . Новый ученый .
  20. ^ Структура шпинели более точно описывается как F 4 3 m , согласно Н. В. Граймсу; и другие. (8 апреля 1983 г.). «Новая симметрия и структура шпинели». Труды Лондонского королевского общества. Серия А, Математические и физические науки . 386 (1791): 333–345. DOI : 10,1098 / rspa.1983.0039 . JSTOR 2397417 . 
  21. Перейти ↑ Smyth, JR and TC McCormick (1995). «Кристаллографические данные минералов». в (TJ Ahrens, ed.) Минеральная физика и кристаллография: Справочник физических констант , AGU Вашингтон, округ Колумбия, 1-17.
  22. ^ Катсура, Т., Yokoshi, С., песни, М., Каваб, К., Tsujimura, Т., Куб, А., Ито, Е., Танга Ю., Томиок, Н., Саиты, К. и Нодзава, А. (2004). «Термическое расширение рингвудита Mg2SiO4 при высоких давлениях» . Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 109 : B12. DOI : 10.1029 / 2004JB003094 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  23. ^ Нисихара Ю., Такахаши, Е., Matsukage, К.Н., Игути, Т., Накаяма, К., и Фунакоси, К. (2004). «Тепловое уравнение состояния (Mg0. 91Fe0. 09) 2SiO4 рингвудита». Физика Земли и планетных недр . 143 : 33–46. DOI : 10.1016 / j.pepi.2003.02.001 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  24. ^ Арментроут, М., & Kavner, A. (2011). «Уравнение состояния рингвудита Fe2SiO4 при высоком давлении и высокой температуре и последствия для переходной зоны Земли» . Письма о геофизических исследованиях . 38 (8): н / д. DOI : 10.1029 / 2011GL046949 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  25. ^ Lingemann CM и D. Stöffler 1994 «Новые данные по окрашиванию и формирования рингвудита в Shocked хондритов Жестоко». Луна и планетология XXIX , стр. 1308.
  26. ^ Keppler, H .; Смит, младший (2005). «Оптические и ближние инфракрасные спектры рингвудита до 21,5 ГПа». Американский минералог . 90 : 1209–1214. DOI : 10,2138 / am.2005.1908 .