Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Вадслеит
Общий
КатегорияСоросиликатный
Формула
(повторяющаяся единица)		Mg 2 SiO 4
Классификация Струнца9.BE.02
Кристаллическая системаОрторомбический (Хориучи и Савамото, 1981)
Кристалл классДипирамидальный (ммм)
символ HM : (2 / м 2 / м 2 / м)
Космическая группаИмма
Ячейкаa = 5,7  Å , 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
использованная литература[1] [2] [3] [4]

Вадслеит , фаза оливина высокого давления , представляет собой ромбический минерал с формулой β- (Mg, Fe) 2 SiO 4 . Впервые он был обнаружен в природе в метеорите реки Пис из Альберты, Канада . Она образована с помощью фазового превращения из оливина (α- (Mg, Fe) 2 SiO 4 ) под возрастающим давлением и в конечном счете превращается в шпинели -structured рингвудит (γ- (Mg, Fe) 2 SiO 4 ) по мере увеличения давления дополнительно. Структура может принимать ограниченное количество других двухвалентных катионов.вместо магния, но в отличие от α- и γ-структур, β-структура с формулой суммы Fe 2 SiO 4 не является термодинамически стабильной. Параметры его ячейки составляют примерно a = 5,7 Å, b = 11,71 Å и c = 8,24 Å.

Установлено, что вадслеит устойчив в верхней части переходной зоны мантии Земли на глубине 410–520 километров (250–320 миль). Из-за того, что в группах Si 2 O 7 вадслеита атомы кислорода не связаны с кремнием , некоторые атомы кислорода остаются недосвязанными, и в результате эти атомы кислорода легко гидратируются, что обеспечивает высокую концентрацию атомов водорода в минерале. Водный вадслеит считается потенциальным местом хранения воды в мантии Земли 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 по массе H 2.O, 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, их максимальные возможности для хранения воды может быть снижена до 0,5-1% масс вдоль нормали геотермы, [5] Переходная зона , которая вмещает до 60% по объему вадслеита все еще может 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 и был подтвержден как стабильная фаза Акимото и Сато в 1968 году. [6] Эта фаза была первоначально известна как β-Mg 2 SiO 4 или «бета-фаза». Вадслеит был назван в честь минералога Артура Дэвида Уодсли (1918–1969).

Состав [ править ]

В значениях массовых процентов 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 рубидия (Rb), стронция (Sr), бария (Ba), титана (Ti), циркония (Zr), ниобия (Nb), гафния (Hf), тантала (Ta), тория (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 внутри Земли. [7]

Хотя вадслеит номинально является безводным, он может включать более 3 процентов по весу H 2 O [8], что означает, что он способен вбирать больше воды, чем океаны Земли, и может быть значительным резервуаром H (или воды) в недрах Земли.

Геологическое происхождение [ править ]

Вадслеита был найден в реке Мир метеорита , L6 гиперстен -olivine хондритом 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 обломков породы, часто не превышающих 0,5 мм (0,020 дюйма) в диаметре. [9]

Структура [ править ]

Вадслеит представляет собой шпинеллоид, и его структура основана на искаженной кубической плотнейшей упаковке атомов кислорода, как и шпинели. Ось a и ось b представляют собой половину диагонали единицы шпинели. Магний и кремний полностью упорядочены в структуре. Есть три различных октаэдрических сайта, M1, M2 и M3, и один тетраэдрический сайт. Вадслеит представляет собой соросиликат, в котором присутствуют группы Si 2 O 7 . [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 октаэдров Mg 2+ с общими ребрами .[11] [12] Если этот кислород гидратирован (протонирован), в M3 может возникнуть вакансия Mg. Если включение воды превышает примерно 1,5%, вакансии M3 могут упорядочиваться с нарушением пространственной группы Imma , снижая симметрию до моноклинной I 2 / m с углом бета до 90,4º.

Вадслеит II представляет собой отдельную шпинеллоидную фазу с одинарными (SiO 4 ) и двойными (Si 2 O 7 ) тетраэдрическими звеньями. Это является магний-железо силиката с переменным составом , которые могут возникнуть между областями устойчивости вадслеита и рингвудитом γ-Mg 2 SiO 4 , [13] , но вычислительные моделями позволяют предположить , что по крайней мере , чистая магнезиальная форма не является стабильной. [14] Одна пятая атома кремния находится в изолированном тетраэдре, а четыре пятых - в группах Si 2 O 7, так что структуру можно представить как смесь одной пятой шпинели и четырех пятых вадслеита. [15]

Кристаллография и физические свойства [ править ]

Зависимость молярного объема от давления при комнатной температуре

Вадслеит кристаллизуется в орторомбической кристаллической системе и имеет объем элементарной ячейки 550,00 Å 3 . Его пространственная группа - Imma, а параметры его ячейки - a = 5,6921  Å , 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-зеленого цвета.

Минералы вадслеита обычно имеют микрокристаллическую структуру и трещиноватость. Из-за небольшого размера кристалла невозможно получить подробные оптические данные; однако вадслеит является анизотропным с низкими цветами двулучепреломления первого порядка [9]. Он двуосный, со средним показателем преломления n = 1,76 и рассчитанным удельным весом 3,84. При порошковой рентгеновской дифракции его наиболее сильные точки 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 [ править ]

Савамото и др. (1984) [16] впервые измерили скорость продольных волн (Vp) и поперечных волн (Vs) Mg-концевого элемента вадслеита в окружающих условиях с помощью спектроскопии Бриллюэна . Их данные свидетельствуют о том, что фазовый переход оливин-вадслеит вызывает 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 верхней мантией и переходной зоной мантии на Земле. [16]

Биографический очерк [ править ]

Артур Дэвид Уодсли (1918–1969) получил привилегию присвоить минералу свое имя из-за его вклада в геологию, такого как кристаллография минералов и других неорганических соединений . [9] Предложение присвоить вадслеиту имя Вадсли было одобрено Комиссией по новым минералам и названиям минералов Международной минералогической ассоциации . Типовой образец сейчас хранится в коллекции Департамента геологии Университета Альберты .

См. Также [ править ]

  • Глоссарий метеоритики

Ссылки [ править ]

  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. DOI : 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. DOI : 10.1016 / 0031-9201 (68) 90018-6 . ISSN 0031-9201 . 
  7. ^ Mibe, Kenji; Орихаши, Юджи; Накаи, Шунити; Фудзи, Тосицугу (2006). «Разделение элементов между минералами переходной зоны и ультраосновным расплавом в водной среде» . Письма о геофизических исследованиях . 33 (16). DOI : 10.1029 / 2006gl026999 . ISSN 0094-8276 . 
  8. ^ Иноуэ, Тору; Юримото, Хисайоши; Кудо, Ясухиро (1995). «Водная модифицированная шпинель, Mg1.75SiH0.5O4: новый водный резервуар в переходной области мантии» . Письма о геофизических исследованиях . 22 (2): 117–120. DOI : 10.1029 / 94gl02965 . ISSN 0094-8276 . 
  9. ^ a b c d e 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. DOI : 10.1016 / 0031-9201 (83) 90146-2 . ISSN 0031-9201 . 
  10. ^ Эшбрук, Шарон Э .; 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. DOI : 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. ^ Kleppe, AK (2006). «Рамановские спектроскопические исследования водного вадслеита II при высоком давлении» . Американский минералог . 91 (7): 1102–1109. DOI : 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. DOI : 10.1007 / s00269-013-0565-9 . ISSN 0342-1791 . 
  15. ^ a b Хориучи, Хироюки; Савамото, Хироши (1981). «β-Mg2SiO4: Монокристаллическое рентгеноструктурное исследование» . Американский минералог . 66 (5–6): 568–575. ISSN 0003-004X . 
  16. ^ a b SAWAMOTO, H .; ВЕЙДНЕР, DJ; SASAKI, S .; КУМАЗАВА, М. (1984). «Упругие свойства монокристаллов модифицированной шпинельной (бета) фазы ортосиликата магния» . Наука . 224 (4650): 749–751. DOI : 10.1126 / science.224.4650.749 . ISSN 0036-8075 .