stringtranslate.com

Оливин

Минерал оливин ( / ˈ ɒ l . ɪ ˌ v iː n / ) представляет собой силикат магния и железа с химической формулой ( Mg , Fe ) 2 Si O 4 . Это разновидность неосиликата или ортосиликата . Основной компонент верхней мантии Земли [9] . Это распространенный минерал в недрах Земли, но на поверхности он быстро выветривается. По этой причине оливин был предложен в качестве хорошего кандидата для ускоренного выветривания для улавливания углекислого газа из океанов и атмосферы Земли в рамках смягчения последствий изменения климата . Оливин также имеет множество других исторических применений, таких как драгоценный камень перидот (или хризолит), а также промышленное применение, например, в процессах металлообработки .

Оливин в кроссполяризованном свете

Соотношение магния и железа варьируется между двумя конечными членами ряда твердых растворов : форстеритом (концевой член Mg: Mg
2Си О
4) и фаялит (Fe-конечный член: Fe
2Си О
4). Составы оливина обычно выражаются в виде молярных процентов форстерита (Fo) и/или фаялита (Fa) ( например , Fo 70 Fa 30 или просто Fo 70 с подразумеваемым Fa 30 ). Температура плавления форстерита необычно высока при атмосферном давлении, почти 1900 °C (3450 °F), тогда как температура плавления фаялита намного ниже — около 1200 °C (2190 °F). Температура плавления двух концевых элементов плавно варьируется, как и другие свойства. Оливин содержит лишь незначительное количество других элементов, кроме кислорода (O), кремния (Si), магния (Mg) и железа (Fe). Марганец (Mn) и никель (Ni) обычно являются дополнительными элементами, присутствующими в самых высоких концентрациях.

Оливин дал свое название группе минералов родственной структуры ( группа оливина ), в которую входят тефроит ( Mn 2 SiO 4 ), монтичеллит ( Ca MgSiO 4 ), ларнит (Ca 2 SiO 4 ) и киршштейнит (CaFeSiO 4 ) ( обычно также пишется кирштейнит [10] ).

Кристаллическая структура оливина включает в себя аспекты ромбической решетки Браве , которая возникает в результате соединения каждой единицы кремнезема (SiO 4 ) двухвалентными катионами металлов, при этом каждый кислород в SiO 4 связан с тремя ионами металлов. Он имеет структуру, подобную шпинели , похожую на магнетит, но использует один четырехвалентный и два двухвалентных катиона M 2 2+ M 4+ O 4 вместо двух трехвалентных и одного двухвалентного катиона. [11]

Идентификация и парагенезис

Оливин назван в честь своего типичного оливково-зеленого цвета, который , как полагают, является результатом присутствия следов никеля , хотя он может измениться на красноватый цвет в результате окисления железа .

Полупрозрачный оливин иногда используется в качестве драгоценного камня , называемого перидот ( peridot , французское слово, обозначающее оливин). Его также называют хризолитом (или хризолитом , от греческих слов, обозначающих золото и камень), хотя сейчас это название редко используется в английском языке. Некоторые из лучших оливинов ювелирного качества были получены из массива мантийных пород на острове Забаргад в Красном море . [12] [13]

Оливин встречается как в основных , так и в ультраосновных магматических породах , а также в качестве основного минерала в некоторых метаморфических породах . Богатый магнием оливин кристаллизуется из магмы , богатой магнием и бедной кремнеземом . Эта магма кристаллизуется в основные породы, такие как габбро и базальт . [14] Ультраосновные породы обычно содержат значительное количество оливина, а те, в которых содержание оливина превышает 40%, называются перидотитами . Дунит имеет содержание оливина более 90% и, вероятно, представляет собой кумулат , образовавшийся в результате кристаллизации и осаждения оливина из магмы или жильного минерала, выстилающего магматические каналы. [15] Оливин и структурные варианты высокого давления составляют более 50% верхней мантии Земли, а оливин является одним из наиболее распространенных минералов Земли по объему. [16] Метаморфизм нечистого доломита или других осадочных пород с высоким содержанием магния и низким содержанием кремнезема также приводит к образованию богатого магнием оливина или форстерита .

Богатый железом оливиновый фаялит встречается относительно гораздо реже, но он встречается в магматических породах в небольших количествах в редких гранитах и ​​риолитах , а чрезвычайно богатый железом оливин может стабильно существовать с кварцем и тридимитом . Напротив, богатый магнием оливин не встречается стабильно с минералами кремнезема , так как он реагирует с ними с образованием ортопироксена ( (Mg,Fe) 2 Si 2 O 6 ).

Богатый магнием оливин стабилен при давлении, эквивалентном глубине около 410 км (250 миль) на Земле. Поскольку считается, что это самый распространенный минерал в мантии Земли на небольших глубинах, свойства оливина оказывают доминирующее влияние на реологию этой части Земли и, следовательно, на потоки твердого тела, которые вызывают тектонику плит . Эксперименты показали, что оливин при высоких давлениях (12  ГПа , давление на глубинах около 360 км (220 миль)) может содержать по меньшей мере около 8900 частей на миллион (вес) воды, и что такое содержание воды резко снижает сопротивление оливина течению твердого тела. Более того, поскольку оливина так много, в мантийном оливине может быть растворено больше воды, чем содержится в океанах Земли. [17]

Оливиновый сосновый лес ( растительное сообщество ) уникален для Норвегии. Он редок и встречается на сухих оливиновых хребтах в фьордовых районах Суннмёре и Нордфьорд. [18]

Внеземные явления

Кристаллы оливина, встроенные в железо, в срезе Эскелья , палласитового метеорита.

Богатый магнием оливин также был обнаружен в метеоритах , [19] на Луне [20] и Марсе , [21] [22] падающих на молодые звезды, [23] а также на астероиде 25143 Итокава . [24] К таким метеоритам относятся хондриты , скопления обломков ранней Солнечной системы ; и палласиты — смеси железа с никелем и оливином. Предполагается, что редкие астероиды А-типа имеют поверхность, в которой преобладает оливин. [25]

Спектральные признаки оливина были замечены в пылевых дисках вокруг молодых звезд. Хвосты комет (которые сформировались из пылевого диска вокруг молодого Солнца ) часто имеют спектральные признаки оливина, а наличие оливина было подтверждено в образцах кометы с космического корабля Stardust в 2006 году. [26] Кометоподобный ( богатый магнием) оливин также был обнаружен в планетезимальном поясе вокруг звезды Бета Живописца . [27]

Кристальная структура

Рисунок 1: Атомная структура оливина по оси a . Кислород показан красным, кремний — розовым, а магний/железо — синим. Проекция элементарной ячейки показана черным прямоугольником.

Минералы группы оливина кристаллизуются в ромбической системе ( пространственная группа P bnm ) с изолированными силикатными тетраэдрами, что означает, что оливин является неосиликатом . Структуру можно описать как гексагональный плотноупакованный массив ионов кислорода , в котором половина октаэдрических позиций занята ионами магния или железа, а одна восьмая тетраэдрических позиций занята ионами кремния.

Существует три отдельных сайта кислорода (отмечены O1, O2 и O3 на рисунке 1), два отдельных сайта металла (M1 и M2) и только один отдельный сайт кремния. O1, O2, M2 и Si лежат в зеркальных плоскостях , а M1 находится в центре инверсии. O3 находится в общем положении.

Полиморфы высокого давления

При высоких температурах и давлениях, обнаруженных на глубине Земли, структура оливина больше не является стабильной. Ниже глубин около 410 км (250 миль) оливин претерпевает экзотермический фазовый переход в соросиликат , вадслеит , а на глубине около 520 км (320 миль) вадслеит экзотермически превращается в рингвудит , который имеет структуру шпинели . На глубине около 660 км (410 миль) рингвудит разлагается на силикатный перовскит ( (Mg,Fe)SiO 3 ) и ферропериклаз ( (Mg,Fe)O ) в эндотермической реакции. Эти фазовые переходы приводят к скачкообразному увеличению плотности мантии Земли , что можно наблюдать сейсмическими методами. Считается также, что они влияют на динамику мантийной конвекции , поскольку экзотермические переходы усиливают поток через фазовую границу, тогда как эндотермическая реакция препятствует ему. [28]

Давление, при котором происходят эти фазовые переходы, зависит от температуры и содержания железа. [29] При 800 ° C (1070 K; 1470 ° F) концевой элемент из чистого магния, форстерит, превращается в вадслеит при 11,8 гигапаскалях (116 000  атм ) и в рингвудит при давлении выше 14 ГПа (138 000 атм). Увеличение содержания железа снижает давление фазового перехода и сужает поле устойчивости вадслеита . При мольной доле фаялита около 0,8 оливин превращается непосредственно в рингвудит в диапазоне давлений от 10,0 до 11,5 ГПа (99 000–113 000 атм). Фаялит превращается в Fe
2SiO
4шпинель при давлении ниже 5 ГПа (49 000 атм). Повышение температуры увеличивает давление этих фазовых переходов.

Выветривание

Оливин превратился в иддингсит в мантийном ксенолите .

Согласно ряду растворения Гольдича, оливин — один из менее стабильных распространенных минералов на поверхности . Он легко превращается в иддингсит (комбинация глинистых минералов, оксидов железа и ферригидрита ) в присутствии воды. [30] Искусственное увеличение скорости выветривания оливина, например, путем рассеивания мелкозернистого оливина на пляжах, было предложено в качестве дешевого способа улавливания CO 2 . [31] [32] Присутствие иддингсита на Марсе предполагает, что там когда-то существовала жидкая вода, и может позволить ученым определить, когда на планете в последний раз была жидкая вода. [33]

Из-за быстрого выветривания оливин редко встречается в осадочных породах . [34]

Добыча

Норвегия

Открытый карьер в Саннилвсфьорде , проплывает корабль Хуртигрутен .

Норвегия является основным источником оливина в Европе, особенно на территории, простирающейся от Охайма до Тафьорда и от Хорниндала до Флемсёя в районе Суннмёре . В муниципалитете Ид также есть оливин . Около 50% мирового оливина для промышленного использования производится в Норвегии. В Свартхаммарене в Норддале оливин добывался примерно с 1920 по 1979 год, ежедневная добыча достигала 600 метрических тонн. Оливин также добывали на строительной площадке ГЭС в Тафьорде. В Роббервике в муниципалитете Норддал с 1984 года работает открытый карьер. Характерный красный цвет отражен в нескольких местных названиях с «красным», таких как Раудбергвик (Залив Красных скал) или Рауднаккен (Красный хребет). [35] [36] [37] [38]

Ханс Стрём в 1766 году описал типичный красный цвет оливина на поверхности и синий цвет внутри. Стрём писал, что в районе Норддал большое количество оливина было извлечено из коренной породы и использовано в качестве точильных камней . [39]

Каллскарет возле Тафьорда — природный заповедник с оливином. [40]

Использование

Во всем мире ведутся поиски дешевых способов улавливания CO 2 посредством минеральных реакций, называемых усиленным выветриванием . Удаление реакцией с оливином является привлекательным вариантом, поскольку он широко доступен и легко реагирует с (кислотой) CO 2 из атмосферы. Когда оливин измельчают , он полностью выветривается в течение нескольких лет, в зависимости от размера зерна. Весь CO 2 , образующийся при сжигании одного литра нефти, может быть поглощен менее чем одним литром оливина. Реакция экзотермическая, но медленная. Чтобы восстановить тепло, выделяемое в результате реакции, для производства электричества, большой объем оливина должен быть термически хорошо изолирован. Конечными продуктами реакции являются диоксид кремния , карбонат магния и небольшое количество оксида железа. [41] [42] Некоммерческая организация Project Vesta исследует этот подход на пляжах, который увеличивает волнение и площадь поверхности измельченного оливина за счет воздействия волн. [43]

Оливин используется вместо доломита на сталелитейных заводах. [44]

В литейной промышленности алюминия используется оливиновый песок для отливки предметов из алюминия. Оливиновый песок требует меньше воды, чем кварцевый песок, но при этом удерживает форму во время обработки и заливки металла. Меньше воды означает меньше газа (пара), выходящего из формы при заливке металла в форму. [45]

В Финляндии оливин позиционируется как идеальный камень для банных печей из-за его сравнительно высокой плотности и устойчивости к атмосферным воздействиям при многократном нагревании и охлаждении. [46]

Оливин ювелирного качества используется в качестве драгоценного камня под названием перидот .

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Уорр, LN (2021). «Утвержденные IMA – CNMNC минеральные символы». Минералогический журнал . 85 (3): 291–320. Бибкод : 2021МинМ...85..291Вт. дои : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID  235729616.
  2. ^ Мик Р. Смит (1999). Камень: строительный камень, каменный наполнитель и бронекамень в строительстве. Геологическое общество Лондона. стр. 62–. ISBN 978-1-86239-029-4. Удельный вес 3,5–4,5
  3. ^ Джессика Эльзеа Когель (2006). Промышленные минералы и горные породы: товары, рынки и использование. МСП. стр. 679–. ISBN 978-0-87335-233-8. Удельный вес составляет примерно 3,2, когда чистота увеличивается с увеличением содержания железа.
  4. ^ "Оливин". Science.smith.edu. Архивировано из оригинала 20 января 2014 г. Проверено 14 ноября 2013 г. G = от 3,22 до 4,39. Удельный вес увеличивается, а твердость уменьшается с увеличением Fe.
  5. ^ "Страницы минералов Университета Миннесоты: Оливин" . Geo.umn.edu. Архивировано из оригинала 17 октября 2013 г. Проверено 14 ноября 2013 г. Удельный вес: от 3,2 (разновидность с высоким содержанием магния) до 4,3 (разновидность с высоким содержанием железа) (средний вес)
  6. ^ Оливин. Архивировано 9 декабря 2014 г. в Wayback Machine . Webmineral.com Проверено 16 июня 2012 г.
  7. ^ Оливин. Архивировано 2 февраля 2008 г. в Wayback Machine . Mindat.org Проверено 16 июня 2012 г.
  8. ^ Кляйн, Корнелис; К.С. Херлберт (1985). Руководство по минералогии (20-е изд.). Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-471-80580-9.
  9. ^ Чеснок, Сара (2014). Карманный путеводитель по камням и минералам Северной Америки . Национальное географическое общество . п. 23. ISBN 9781426212826.
  10. ^ Кляйн и Херлбат 1985, с. 373.
  11. ^ Эрнст, WG Earth Materials . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл, 1969. с. 65
  12. ^ Информация и история перидота острова Сент-Джонс на Mindat.org.
  13. ^ Губелин, Эдвард (весна 1981 г.). «Забаргад: древний остров перидотов в Красном море» (PDF) . Драгоценные камни и геммология . 17 : 2–8. дои :10.5741/GEMS.17.1.2 . Проверено 6 февраля 2021 г.
  14. ^ Кляйн и Херлбат 1985, стр. 374–375.
  15. ^ Филпоттс, Энтони Р.; Аг, Джей Дж. (2009). Основы магматической и метаморфической петрологии (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. стр. 44, 138, 142, 385. ISBN . 9780521880060.
  16. ^ Макдонаф, WF; Рудник, Р.Л. (1998). «Минералогия и состав верхней мантии». Обзоры по минералогии . 37 : 139–164 . Проверено 6 февраля 2021 г.
  17. ^ Смит, младший; Фрост, диджей; Нестола, Ф.; Холл, СМ; Бромили, Г. (2006). «Гидратация оливина в глубокой верхней мантии: влияние температуры и активности кремнезема» (PDF) . Письма о геофизических исследованиях . 33 (15): L15301. Бибкод : 2006GeoRL..3315301S. CiteSeerX 10.1.1.573.4309 . дои : 10.1029/2006GL026194. S2CID  35342757. Архивировано из оригинала (PDF) 9 августа 2017 г. Проверено 26 октября 2017 г. 
  18. ^ Брандруд, TE (2009). «Оливингфуруског и редлистетер и Бьоркедален, Волда: природа и польза для здоровья». Раппорт НИНА (на норвежском языке). 461 . Проверено 14 февраля 2021 г.
  19. ^ Фукан и другие палласиты. Архивировано 21 декабря 2008 г. в Wayback Machine . Farlang.com (30 апреля 2008 г.). Проверено 16 июня 2012 г.
  20. ^ Мейер, К. (2003). «Морской базальтовый вулканизм» (PDF) . Образовательный набор тонких срезов НАСА для лунной петрографии . НАСА . Архивировано (PDF) из оригинала 21 декабря 2016 года . Проверено 23 октября 2016 г.
  21. ^ Довольно зеленый минерал.... Архивировано 4 мая 2007 г. в обновлении миссии Wayback Machine 2006... Архивировано 5 июня 2010 г. на веб-сайте Wayback Machine UMD Deep Impact, Ball Aerospace & Technology Corp. Университета Мэриленда. Получено в июне. 1, 2010 г.
  22. ^ Hoefen, TM и др. 2003. «Открытие оливина в области ямок Нили на Марсе». Наука 302, 627–30. » Hoefen, TM (2003). «Открытие оливина в области ямок Нили на Марсе». Science . 302 (5645): 627–630. Бибкод : 2003Sci...302..627H. doi : 10.1126/science.1089647 PMID  14576430. S2CID  20122017 ."
  23. ^ Спитцер видит хрустальный дождь... Архивировано 29 мая 2011 г. на веб-сайте НАСА Wayback Machine.
  24. ↑ Япония утверждает, что Хаябуса вернул зерна астероида... Архивировано 18 ноября 2010 г. на Wayback Machine , получено 18 ноября 2010 г.
  25. ^ Санчес, Хуан А.; и другие. (Январь 2014). «Астероиды с преобладанием оливина: минералогия и происхождение». Икар . 228 : 288–300. arXiv : 1310.1080 . Бибкод : 2014Icar..228..288S. дои : 10.1016/j.icarus.2013.10.006. S2CID  42791787.
  26. ^ Пресс-релиз 06-091. Архивировано 28 августа 2006 г. в Wayback Machine . Веб-сайт Лаборатории реактивного движения Stardust, получено 30 мая 2006 г.
  27. ^ Де Врис, БЛ; Акке, Б.; Бломмарт, JADL; Велкенс, К.; Уотерс, LBFM; Ванденбуше, Б.; Мин, М.; Олофссон, Г.; Доминик, К.; Дечин, Л.; Барлоу, MJ; Брандекер, А.; Ди Франческо, Дж.; Глаузер, AM; Гривз, Дж.; Харви, премьер-министр; Голландия, Вашингтон; Айвисон, Р.Дж.; Лизо, Р.; Пантин, Э.Э.; Пилбратт, GL; Ройер, П.; Сибторп, Б. (2012). «Кометная минералогия кристаллов оливина во внесолнечном поясе прото-Койпера». Природа . 490 (7418): 74–76. arXiv : 1211.2626 . Бибкод : 2012Natur.490...74D. дои : 10.1038/nature11469. PMID  23038467. S2CID  205230613.
  28. ^ Кристенсен, UR (1995). «Влияние фазовых переходов на мантийную конвекцию». Анну. Преподобный Планета Земля. Наука . 23 : 65–87. Бибкод : 1995AREPS..23...65C. doi : 10.1146/annurev.ea.23.050195.000433.
  29. ^ Дир, Вашингтон; Р.А. Хоуи; Дж. Зуссман (1992). Введение в породообразующие минералы (2-е изд.). Лондон: Лонгман. ISBN 978-0-582-30094-1.
  30. ^ Кюблер, К.; Ван, А.; Хаскин, Луизиана; Джоллифф, Б.Л. (2003). «Исследование изменения оливина в иддингсит с использованием рамановской спектроскопии» (PDF) . Лунная и планетарная наука . 34 : 1953. Бибкод : 2003LPI....34.1953K. Архивировано (PDF) из оригинала 25 октября 2012 г.
  31. ^ Гольдберг, Филип; Чэнь Чжун-Инь; Коннор, Уильям'О; Уолтерс, Ричардс; Зиок, Ганс (2001). «Исследования секвестрации минералов CO2 в США» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 21 декабря 2016 г. Проверено 19 декабря 2016 г.
  32. ^ Шуйлинг, Р.Д.; Тикелл, О. «Оливин против изменения климата и закисления океана» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 27 сентября 2016 г. Проверено 19 декабря 2016 г.
  33. ^ Мошенничество, Т.Д.; Трейман, А.Х.; Линдстрем, диджей; Буркланд, МК; Коэн, бакалавр; Гриер, JA ; Ли, Б.; Олсон, ЭК (2000). «Благородные газы в Иддингсите из метеорита Лафайет: свидетельства наличия жидкой воды на Марсе за последние несколько сотен миллионов лет». Метеоритика и планетология . 35 (1): 107–15. Бибкод : 2000M&PS...35..107S. дои : 10.1111/j.1945-5100.2000.tb01978.x .
  34. ^ Вельбель, Майкл А. (октябрь 2009 г.). «Растворение оливина при естественном выветривании». Geochimica et Cosmochimica Acta . 73 (20): 6098–6113. Бибкод : 2009GeCoA..73.6098V. дои : 10.1016/j.gca.2009.07.024.
  35. ^ Фурсет, Астор (1987): Норддал и 150 лет . Вальдал: коммуна Норддал.
  36. ^ Геологическая служба Норвегии . Карт над минералессурсером. Архивировано 14 октября 2017 г. в Wayback Machine . По состоянию на 9.12.2012.
  37. ^ "Оливин". www.ngu.no (на норвежском букмоле). Архивировано из оригинала 10 ноября 2017 г. Проверено 9 ноября 2017 г.
  38. ^ Гьелсвик, Т. (1951). Oversikt over bergartene i Sunnmøre og tilgrensende deler av Nordfjord. Архивировано 10 ноября 2017 г. в Wayback Machine . Norge Geologiske Undersøkelser, отчет 179.
  39. ^ Стрём, Ганс: Physisk og Oeconomisk Beskrivelse over Fogderiet Søndmør beliggende i Bergen Stift i Norge. Опубликовано в Сорё, Дания, 1766 г.
  40. ^ "Каллскарет". 28 сентября 2014 г. Архивировано из оригинала 10 ноября 2017 г. . Проверено 3 мая 2018 г. - из Store norske leksikon.
  41. ^ Гольдберг, П.; Чен, З.-Ю.; О'Коннор, В.; Уолтерс, Р.; Зиок, Х. (2000). «Исследования секвестрации минералов CO2 в США» (PDF) . Технологии . 1 (1): 1–10. Архивировано из оригинала (PDF) 7 декабря 2003 г. Проверено 7 июля 2008 г.
  42. ^ Шуйлинг, Р.Д.; Крийгсман, П. (2006). «Улучшенное выветривание: эффективный и дешевый инструмент для улавливания CO 2 ». Климатические изменения . 74 (1–3): 349–54. Бибкод : 2006ClCh...74..349S. doi : 10.1007/s10584-005-3485-y. S2CID  131280491.
  43. ^ Делберт, Кэролайн (11 июня 2020 г.). «Как этот странный зеленый песок может обратить вспять изменение климата». Популярная механика . Проверено 6 ноября 2020 г.
  44. ^ Минералресурсер в Норвегии; Mineralstatistikk og bergverksberetning 2006. Тронхейм: Bergvesenet med bergmesteren для Шпицбергена. 2007.
  45. ^ Аммен, CW (1980). Библия заклинателя металла. Саммит Блу-Ридж, Пенсильвания: TAB. п. 331. ИСБН 978-0-8306-9970-4.
  46. ^ "Оливиновый камень". Суомен Киуаскиви . Проверено 14 февраля 2021 г.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме Оливина .