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 тип несосиликата или ортосиликата . Основной компонент верхней мантии Земли , [9] это распространенный минерал в недрах Земли, но быстро выветривается на поверхности. Оливин имеет множество применений, таких как драгоценный камень перидот (или хризолит), а также промышленные применения, такие как процессы металлообработки .

Оливин в кросс-поляризованном свете

Соотношение магния и железа варьируется между двумя конечными членами ряда твердых растворов : форстерит (Mg-конечный член: Mg
2Си О
4) и фаялит (Fe-концевой элемент: Fe
2Си О
4). Составы оливина обычно выражаются в молярных процентах 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 у фаялита она намного ниже — около 1200 °C (2190 °F). Температура плавления плавко изменяется между двумя конечными членами, как и другие свойства. Оливин включает в себя только незначительные количества элементов, отличных от 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 название группе минералов с родственной структурой ( группа оливина ), в которую входят тефроит ( Mn2SiO4 ) , монтичеллит ( CaMgSiO4 ) , ларнит ( Ca2SiO4 ) и киршштейнит ( CaFeSiO4 ) (обычно также называемый кирштейнитом [10 ] ) .

Кристаллическая структура оливина включает аспекты орторомбической решетки P Браве , которые возникают из-за того, что каждая единица кремния (SiO 4 ) соединена двухвалентными катионами металла, при этом каждый кислород в SiO 4 связан с тремя ионами металла. Он имеет структуру, похожую на шпинель , 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 получил свое название из-за своего типичного оливково-зеленого цвета, который, как полагают, является результатом следов никеля , [ необходима ссылка ] хотя он может измениться на красноватый цвет из-за окисления железа.

Прозрачный оливин иногда используется как драгоценный камень , называемый перидотом ( péridot , французское слово для оливина). Его также называют хризолитом (или chrysolithe , от греческих слов для золота и камня), хотя это название сейчас редко используется в английском языке. Некоторые из лучших образцов оливина ювелирного качества были получены из тела 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 первичного 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%, описываются как перидотиты . Дунит содержит более 90% оливина и, вероятно, является кумулятом , образованным кристаллизацией и осаждением оливина из магмы или жильного минерала, выстилающего магматические каналы. [15] Оливин и структурные варианты высокого давления составляют более 50% верхней мантии Земли, и оливин является одним из самых распространенных минералов Земли по объему. [16] Метаморфизм загрязненного доломита или других осадочных пород с высоким содержанием магния и низким содержанием кремния также приводит к образованию богатого магнием оливина, или форстерита .

Богатый железом оливин фаялит встречается относительно реже, но 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 кремнистыми минералами, так как он будет реагировать с ними, образуя ортопироксен ( (Mg,Fe) 2 Si 2 O 6 ).

Богатый магнием оливин стабилен к давлениям, эквивалентным глубине около 410 км (250 миль) в пределах Земли. Поскольку он считается самым распространенным минералом в мантии Земли на более мелких глубинах, свойства оливина оказывают доминирующее влияние на реологию этой части Земли и, следовательно, на твердый поток, который управляет тектоникой плит . Эксперименты задокументировали, что оливин при высоких давлениях (12  ГПа , давление на глубинах около 360 км (220 миль)) может содержать по крайней мере около 8900 частей на миллион (вес) воды, и что такое содержание воды резко снижает сопротивление оливина твердому потоку. Более того, поскольку оливин настолько распространен, в оливине мантии может быть растворено больше воды, чем содержится в океанах Земли. [17]

Оливковый сосновый лес ( растительное сообщество ) является уникальным для Норвегии. Он редок и встречается на сухих оливиновых хребтах в районах фьордов Суннмёре и Нордфьорд. [18]

Внеземные явления

Кристаллы оливина, внедренные в железо, в срезе Эскуэля , 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 из ранней Солнечной системы ; и палласиты , смеси железа, никеля и оливина. Предполагается, что редкие астероиды типа А имеют поверхность, в которой преобладает оливин [25] .

Спектральная сигнатура оливина была замечена в пылевых дисках вокруг молодых звезд. Хвосты комет (которые образовались из пылевого диска вокруг молодого Солнца ) часто имеют спектральную сигнатуру оливина, и присутствие оливина было подтверждено в образцах кометы с космического корабля Stardust [ сломанный якорь ] в 2006 году. [26] Похожий на кометы (богатый магнием) оливин также был обнаружен в планетезимальном поясе вокруг звезды Бета Живописца . [27]

Кристаллическая структура

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

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

Существуют три различных атома кислорода (обозначенные как O1, O2 и O3 на рисунке 1), два различных атома металла (M1 и M2) и только один отдельный атом кремния. O1, O2, M2 и Si все лежат на зеркальных плоскостях , в то время как 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 глубины 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 силикат перовскит ( (Mg,Fe)SiO 3 ) и ферропериклаз ( (Mg,Fe)O ) в эндотермической реакции. Эти фазовые переходы приводят к прерывистому увеличению плотности мантии Земли , которое можно наблюдать сейсмическими методами. Также считается, что они влияют на динамику конвекции мантии , поскольку экзотермические переходы усиливают поток через фазовую границу, тогда как эндотермическая реакция его затрудняет. [28]

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

Выветривание

Оливин, преобразованный в иддингсит в ксенолите мантии .

Оливин является одним из наименее стабильных распространенных минералов на поверхности согласно серии растворения Голдича . Он легко превращается в иддингсит (комбинацию глинистых минералов, оксидов железа и ферригидрита ) в присутствии воды. [30] Искусственное увеличение скорости выветривания оливина, например, путем рассеивания мелкозернистого оливина на пляжах, было предложено как дешевый способ секвестрации CO2 . [ 31] [32] Наличие иддингсита на Марсе предполагает, что когда-то там существовала жидкая вода, и может позволить ученым определить, когда на планете была последняя жидкая вода. [33]

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

Добыча полезных ископаемых

Норвегия

Открытый карьер в Саннилвсфьорде , проплывает корабль Хуртигрутен .

Норвегия является основным источником оливина в Европе, особенно в районе, простирающемся от Охейма до Тафьорда и от Хорниндала до Флемсёя в районе Суннмёре . Оливин также есть в муниципалитете Эйд . Около 50% мирового оливина для промышленного использования производится в Норвегии. В Свартхаммарене в Норддале оливин добывался примерно с 1920 по 1979 год, с суточной добычей до 600 метрических тонн. Оливин также добывался на строительной площадке гидроэлектростанций в Тафьорде. В Роббервике в муниципалитете Норддал открытый карьер работает с 1984 года. Характерный красный цвет отражен в нескольких местных названиях со словом «красный», таких как Raudbergvik (Красный залив) или Raudnakken (Красный хребет). [35] [36] [37] [38]

Ганс Стрём в 1766 году описал типичный красный цвет оливина на поверхности и синий цвет внутри. Стрём писал, что в районе Норддал большие количества оливина были отколоты от коренной породы и использованы в качестве точильных камней . [39]

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

Приложения

Оливин используется в качестве заменителя доломита на сталелитейных заводах. [41]

В литейной промышленности алюминия оливиновый песок используется для литья изделий из алюминия. Оливиновый песок требует меньше воды, чем кварцевый песок, при этом он все еще удерживает форму во время обработки и заливки металла. Меньше воды означает меньше газа (пара), который будет выходить из формы, когда металл заливается в форму. [42]

В Финляндии оливин позиционируется как идеальный камень для печей сауны из-за его сравнительно высокой плотности и устойчивости к атмосферным воздействиям при многократном нагревании и охлаждении. [43]

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

Желаемое использование

Относительно связывания углерода рассматривалось удаление CO 2 посредством реакций с оливином. Конечными продуктами очень медленной реакции являются диоксид кремния , карбонат магния и оксид железа. [44] [45] Некоммерческая организация Project Vesta изучает этот подход на пляжах, которые увеличивают перемешивание и площадь поверхности измельченного оливина посредством воздействия волн. [46]

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. ^ Мик Р. Смит (1999). Камень: строительный камень, каменная насыпь и броневой камень в строительстве. Геологическое общество Лондона. стр. 62–. ISBN 978-1-86239-029-4. Удельный вес 3,5–4,5
  3. ^ Джессика Элзи Когель (2006). Промышленные минералы и горные породы: товары, рынки и использование. SME. стр. 679–. ISBN 978-0-87335-233-8. Удельный вес составляет приблизительно 3,2, когда чистота увеличивается с увеличением содержания железа.
  4. ^ "Оливин". Science.smith.edu. Архивировано из оригинала 2014-01-20 . Получено 14.11.2013 . G = 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 2013-10-17 . Получено 2013-11-14 . Удельный вес: от 3,2 (разновидность, богатая магнием) до 4,3 (разновидность, богатая железом) (средний вес)
  6. ^ Оливин Архивировано 2014-12-09 на Wayback Machine . Webmineral.com Получено 2012-06-16.
  7. ↑ Оливин Архивировано 2008-02-02 на Wayback Machine . Mindat.org Получено 2012-06-16.
  8. ^ Кляйн, Корнелис; CS Hurlburt (1985). Руководство по минералогии (20-е изд.). Нью-Йорк: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-80580-9.
  9. ^ Гарлик, Сара (2014). Карманный путеводитель по горным породам и минералам Северной Америки . Национальное географическое общество . стр. 23. ISBN 9781426212826.
  10. ^ Кляйн и Херлбат 1985, стр. 373.
  11. ^ Эрнст, WG Earth Materials . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Prentice-Hall, 1969. стр. 65
  12. ^ Информация и история о перидоте острова Сент-Джон на Mindat.org
  13. ^ Губелин, Эдвард (весна 1981 г.). «Забаргад: древний остров перидота в Красном море» (PDF) . Драгоценные камни и геммология . 17 : 2–8. doi :10.5741/GEMS.17.1.2 . Получено 6 февраля 2021 г. .
  14. ↑ Кляйн и Херлбат 1985, стр. 374–375.
  15. ^ Филпоттс, Энтони Р.; Агу, Джей Дж. (2009). Принципы магматической и метаморфической петрологии (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Cambridge University Press. С. 44, 138, 142, 385. ISBN 9780521880060.
  16. ^ McDonough, WF; Rudnick, RL (1998). «Минералогия и состав верхней мантии». Обзоры в Mineralogy . 37 : 139–164 . Получено 6 февраля 2021 г.
  17. ^ Смит, Дж. Р.; Фрост, DJ; Нестола, Ф.; Холл, CM; Бромили, Г. (2006). "Гидратация оливина в глубокой верхней мантии: влияние температуры и активности кремнезема" (PDF) . Geophysical Research Letters . 33 (15): L15301. Bibcode :2006GeoRL..3315301S. CiteSeerX 10.1.1.573.4309 . doi :10.1029/2006GL026194. hdl :11577/1563853. S2CID  35342757. Архивировано из оригинала (PDF) 2017-08-09 . Получено 2017-10-26 . 
  18. ^ Брандруд, TE (2009). «Оливингфуруског и редлистетер и Бьёркедален, 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. на Wayback Machine . Farlang.com (30 апреля 2008 г.). Получено 16 июня 2012 г.
  20. ^ Мейер, К. (2003). "Mare Basalt Volcanism" (PDF) . NASA Lunar Petrographic Educational Thin Section Set . NASA . Архивировано (PDF) из оригинала 21 декабря 2016 года . Получено 23 октября 2016 года .
  21. ^ Pretty Green Mineral.... Архивировано 04.05.2007 в обновлении миссии Wayback Machine 2006... Архивировано 05.06.2010 на веб-сайте Wayback Machine UMD Deep Impact, Университет Мэриленда Ball Aerospace & Technology Corp., получено 1 июня 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 . ПМИД  14576430. S2CID  20122017."
  23. ^ Spitzer видит кристаллический дождь... Архивировано 29.05.2011 на сайте Wayback Machine NASA
  24. ^ Япония утверждает, что «Хаябуса» привез с собой частицы астероида... Архивировано 18 ноября 2010 г. на Wayback Machine, получено 18 ноября 2010 г.
  25. ^ Санчес, Хуан А.; и др. (январь 2014 г.). «Астероиды с преобладанием оливина: минералогия и происхождение». Icarus . 228 : 288–300. arXiv : 1310.1080 . Bibcode :2014Icar..228..288S. doi :10.1016/j.icarus.2013.10.006. S2CID  42791787.
  26. ↑ Пресс-релиз 06-091 Архивировано 28 августа 2006 г. на Wayback Machine . Сайт Jet Propulsion Laboratory 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 . Bibcode : 2012Natur.490...74D. doi : 10.1038/nature11469. PMID:  23038467. S2CID  : 205230613.
  28. ^ Кристенсен, UR (1995). «Влияние фазовых переходов на конвекцию в мантии». Annu. Rev. Earth Planet. Sci . 23 : 65–87. Bibcode :1995AREPS..23...65C. doi :10.1146/annurev.ea.23.050195.000433.
  29. ^ Deer, WA; RA Howie; J. Zussman (1992). Введение в породообразующие минералы (2-е изд.). Лондон: Longman. ISBN 978-0-582-30094-1.
  30. ^ Кюблер, К.; Ванг, А.; Хаскин, ЛА; Джоллифф, BL (2003). "Исследование изменения оливина в Иддингсите с использованием спектроскопии Рамана" (PDF) . Лунная и планетарная наука . 34 : 1953. Bibcode :2003LPI....34.1953K. Архивировано (PDF) из оригинала 2012-10-25.
  31. ^ Голдберг, Филипп; Чэнь Чжун-Инь; Коннор, Уильям'О; Уолтерс, Ричардс; Зиок, Ханс (2001). "Исследования по секвестрации CO2 в минералах в США" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 21-12-2016 . Получено 19-12-2016 .
  32. ^ Schuiling, RD; Tickell, O. "Оливин против изменения климата и закисления океана" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2016-09-27 . Получено 2016-12-19 .
  33. ^ Свиндл, ТД; Трейман, А.Х.; Линдстром, Д.Дж.; Беркланд, М.К.; Коэн, Б.А.; Гриер, Дж.А .; Ли, Б.; Олсон, Э.К. (2000). «Благородные газы в Иддингсите из метеорита Лафайет: доказательства наличия жидкой воды на Марсе за последние несколько сотен миллионов лет». Метеоритика и планетарная наука . 35 (1): 107–15. Bibcode : 2000M&PS...35..107S. doi : 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 . Kart over mineralresurser Архивировано 14 октября 2017 г. на Wayback Machine . Доступ 9.12.2012.
  37. ^ "Оливин". www.ngu.no (на норвежском букмоле). Архивировано из оригинала 2017-11-10 . Получено 2017-11-09 .
  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. ^ Минералресурсер в Норвегии; Mineralstatistikk og bergverksberetning 2006. Тронхейм: Bergvesenet med bergmesteren для Шпицбергена. 2007.
  42. ^ Аммен, CW (1980). Библия литейщика металла. Blue Ridge Summit PA: TAB. стр. 331. ISBN 978-0-8306-9970-4.
  43. ^ "The olivine stone". Suomen Kiuaskivi . Архивировано из оригинала 5 марта 2021 г. . Получено 14 февраля 2021 г. .
  44. ^ Goldberg, P.; Chen, Z.-Y.; O'Connor, W.; Walters, R.; Ziock, H. (2000). "Исследования по секвестрации CO2 в минералах в США" (PDF) . Технология . 1 (1): 1–10. Архивировано из оригинала (PDF) 2003-12-07 . Получено 2008-07-07 .
  45. ^ Шуилинг, РД; Криджгсман, П. (2006). «Улучшенное выветривание: эффективный и дешевый инструмент для секвестрации CO 2 ». Изменение климата . 74 (1–3): 349–54. Bibcode :2006ClCh...74..349S. doi :10.1007/s10584-005-3485-y. S2CID  131280491.
  46. ^ Делберт, Кэролайн (2020-06-11). «Как этот странный зеленый песок может обратить вспять изменение климата». Popular Mechanics . Получено 2020-11-06 .

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Оливин .