Форстерит
| Форстерит | |
|---|---|
 | |
| Общий | |
| Категория | Несосиликаты |
| Формула (повторяющаяся единица) | магния Силикат ( Mg 2 Si O 4 ) |
| Имеет символ IMA. | Фо [1] |
| Классификация Штрунца | 9.AC.05 |
| Кристаллическая система | орторомбический |
| Кристаллический класс | Дипирамидальный (ммм) Символ HM : (2/м 2/м 2/м) |
| Космическая группа | Пбнм |
| Элементарная ячейка | а = 4,7540 Å , b = 10,1971 Å с = 5,9806 Å; З = 4 |
| Идентификация | |
| Формула массы | 140.691 g·mol −1 |
| Цвет | Бесцветный, зеленый, желтый, желто-зеленый, белый |
| Кристальная привычка | Дипирамидальные призмы чаще таблитчатые, чаще зернистые или компактные массивные. |
| Твиннинг | В {100}, {011} и {012} |
| Расщепление | Идеально на {010} несовершенно на {100} |
| Перелом | раковистый |
| шкала Мооса твердость | 7 |
| Блеск | стекловидное тело |
| Полоса | Белый |
| прозрачность | От прозрачного до полупрозрачного |
| Удельный вес | 3.21 – 3.33 |
| Оптические свойства | Двухосный (+) |
| Показатель преломления | n α = 1,636 – 1,730 n β = 1,650 – 1,739 n γ = 1,669 – 1,772 |
| Двойное лучепреломление | δ = 0,033 – 0,042 |
| угол 2В | 82° |
| Температура плавления | 1890 °С [2] |
| Ссылки | [3] [4] [5] |
Форстерит (Mg 2 SiO 4 ; обычно сокращенно Fo ; также известный как белый оливин) является богатым магнием конечным членом ряда оливина твердых растворов . Он изоморфен богатому железом концевому члену фаялиту . Форстерит кристаллизуется в ромбической системе ( пр. гр. Pbnm ) с параметрами ячеек a 4,75 Å (0,475 нм ), b 10,20 Å (1,020 нм) и c 5,98 Å (0,598 нм). [2]
Форстерит связан с магматическими и метаморфическими породами , а также был обнаружен в метеоритах . В 2005 году он также был обнаружен в кометной пыли, возвращенной зондом Stardust . [6] В 2011 году его наблюдали как крошечные кристаллы в пылевых облаках газа вокруг формирующейся звезды. [7]
две полиморфные Известны модификации форстерита: вадслеит (также ромбический ) и рингвудит (изометричная, кубическая кристаллическая система ). Оба в основном известны по метеоритам.
Перидот – это драгоценная разновидность форстерита оливина.
Состав
[ редактировать ]
Чистый форстерит состоит из магния, кислорода и кремния. Химическая формула: Mg 2 SiO 4 . Форстерит, фаялит (Fe 2 SiO 4 ) и тефроит (Mn 2 SiO 4 ) являются конечными членами ряда твердых растворов оливина; другие элементы, такие как Ni и Ca, заменяют Fe и Mg в оливине, но только в незначительных пропорциях в природных проявлениях. Другие минералы, такие как монтичеллит (CaMgSiO 4 ), необычный минерал, богатый кальцием, разделяют структуру оливина, но твердый раствор между оливином и этими другими минералами ограничен. Монтичеллит встречается в контактно-метаморфизованных доломитах. [2]
Геологическое проявление
[ редактировать ]Богатый форстеритом оливин - самый распространенный минерал в мантии на глубине около 400 км (250 миль); пироксены также являются важными минералами в этой верхней части мантии. [8] Хотя чистый форстерит не встречается в магматических породах , дунит часто содержит оливин с содержанием форстерита, по крайней мере, таким же богатым магнием, как и Fo 92 (92% форстерита – 8% фаялита); обыкновенный перидотит содержит оливин, обычно не менее богатый магнием, чем Фо 88 . [9] Из-за своей высокой температуры плавления кристаллы оливина являются первыми минералами, которые выпадают из магматического расплава в кумулятивном процессе, часто с ортопироксенами. Богатый форстеритом оливин является распространенным продуктом кристаллизации мантийной магмы . Оливин в основных и ультраосновных породах обычно богат форстеритовым концевым членом.
Форстерит также встречается в доломитовом мраморе , который возникает в результате метаморфизма известняков и доломитов с высоким содержанием магния . [10] В некоторых метаморфизованных серпентинитах встречается почти чистый форстерит . Богатый фаялитом оливин встречается гораздо реже. Почти чистый фаялит является второстепенным компонентом некоторых гранитоподобных пород и основным компонентом некоторых метаморфических образований полосчатого железа .
Структура, образование и физические свойства
[ редактировать ]Форстерит состоит преимущественно из аниона SiO 4 4− и катион Mg 2+ в молярном соотношении 1:2. [11] Кремний является центральным атомом SiO 4 4− анион. Каждый атом кислорода связан с кремнием одинарной ковалентной связью. Четыре атома кислорода имеют частичный отрицательный заряд из-за ковалентной связи с кремнием. Следовательно, атомам кислорода необходимо держаться далеко друг от друга, чтобы уменьшить силу отталкивания между ними. Лучшая геометрия для уменьшения отталкивания — тетраэдрическая форма. Катионы занимают две разные октаэдрические позиции: M1 и M2, и образуют ионные связи с силикатными анионами. М1 и М2 немного отличаются. Участок М2 крупнее и более регулярный, чем М1, как показано на рис. 1. Упаковка в структуре форстерита плотная. Пространственная группа этой структуры — Pbnm, а точечная группа — 2/m 2/m 2/m, которая представляет собой орторомбическую кристаллическую структуру.
Эта структура форстерита может образовывать полный твердый раствор при замене магния железом. [12] Железо может образовывать два разных катиона — Fe. 2+ и Fe 3+ . Ион железа(II) имеет тот же заряд, что и ион магния, и его ионный радиус очень похож на магний. Следовательно, Fe 2+ может заменить ион магния в структуре оливина.
Одним из важных факторов, способных увеличить долю форстерита в твердом растворе оливина, является соотношение ионов железа(II) к ионам железа(III) в магме. [13] Поскольку ионы железа (II) окисляются и становятся ионами железа (III), ионы железа (III) не могут образовывать оливин из-за их заряда 3+. Возникновение форстерита вследствие окисления железа наблюдалось в Стромболи вулкане в Италии. Когда вулкан раскололся, газы и летучие вещества вышли из магматического очага. Температура кристаллизации магмы увеличивалась по мере выхода газов. Поскольку ионы железа (II) окислялись в магме Стромболи, мало железа (II) было доступно для образования богатого железом оливина (фаялита). Следовательно, кристаллизующийся оливин был богат магнием, и образовались магматические породы, богатые форстеритом.
При высоком давлении форстерит претерпевает фазовый переход в вадслеит; Земли в условиях, преобладающих в верхней мантии , это превращение происходило бы при давлениях ок. 14–15 ГПа. [14] В экспериментах при высоких давлениях превращение может быть задержано, так что форстерит может оставаться метастабильным при давлениях почти до 50 ГПа (см. рис.).
Прогрессивный метаморфизм между доломитом и кварцем реагирует с образованием форстерита, кальцита и углекислого газа : [15]
Форстерит реагирует с кварцем с образованием ортопироксенового минерала энстатита по следующей реакции:
Открытие и имя
[ редактировать ]
Форстерит был впервые описан в 1824 году на горе Сомма , Везувий , Италия . Он был назван Арманом Леви в 1824 году в честь английского натуралиста и коллекционера минералов Адолариуса Джейкоба Форстера . [16] [17]
Приложения
[ редактировать ]Форстерит в настоящее время изучается как потенциальный биоматериал для имплантатов благодаря его превосходным механическим свойствам. [18]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уорр, Л.Н. (2021). «Утвержденные IMA–CNMNC символы минералов» . Минералогический журнал . 85 (3): 291–320. Бибкод : 2021MinM...85..291W . дои : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID 235729616 .
- ^ Jump up to: а б с Кляйн, Корнелис; Херлбат, Корнелиус младший (1985). Руководство по минералогии (20-е изд.). Уайли. стр. 373–375 . ISBN 978-0-471-80580-9 .
- ^ http://rruff.geo.arizona.edu/doclib/hom/forsterite.pdf Справочник по минералогии
- ^ http://www.mindat.org/min-1584.html Mindat.org: Информация и данные о минералах форстерита.
- ^ http://webmineral.com/data/Forsterite.shtml Webmineral: Данные о минералах форстерита
- ^ Лауретта, доктор медицины; Келлер, LP; Мессенджер, С. (2005). «Сверхновая оливин из кометной пыли» . Наука . 309 (5735): 737–741. Бибкод : 2005Sci...309..737M . дои : 10.1126/science.1109602 . ПМИД 15994379 . S2CID 23245986 .
- ↑ Спитцер видит кристаллический «дождь» во внешних облаках молодой звезды , Уитни Клавин и Трент Перротто, Physorg.com, 27 мая 2011 г. По состоянию на май 2011 г.
- ^ Куширо И. «Система форстерит – диопсид – кремнезем с водой и без нее при высоком давлении» (PDF) . Американский научный журнал . 267 : 269–294.
- ^ Дир В.А., Хоуи Р.А. и Зуссман Дж. (1992). Введение в породообразующие минералы (2-е изд.). Харлоу: Лонгман ISBN 0-582-30094-0 .
- ^ Торммсдоф, В. (1966). «Прогрессивный метаморфизм кремнистых карбонатных пород в Центральных Альпах между Берниной и Симплоном». Швейцарские минералогические и петрографические связи . 46 : 431-460.
- ^ Ииши, К. (1978). «Динамика решетки форстерита» (PDF) . Американский минералог . 63 (11–12): 1198–1208.
- ^ Вуд, Би Джей; Клеппа, О.Дж. (1981). «Термохимия растворов форстерита – фаялита оливина». Geochimica et Cosmochimica Acta . 45 (4): 529–534. Бибкод : 1981GeCoA..45..529W . дои : 10.1016/0016-7037(81)90185-X .
- ^ Уилсон, М.; Кондлифф, Э.; Кортес, Дж. А.; Франкаланчи, Л. (2006). «Наличие форстерита и сильно окислительные условия в базальтовых лавах вулкана Стромболи, Италия» . Журнал петрологии . 47 (7): 1345–1373. Бибкод : 2006JPet...47.1345C . doi : 10.1093/petrology/egl012 .
- ^ DC Presnall (1995): Фазовые диаграммы минералов, образующих землю. В: Физика минералов и кристаллография - Справочник физических констант, под ред. Ти Джей Аренс, AGU Reference Shelf, том. 2, Американский геофизический союз, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 248–268.
- ^ Дир, Уильям А. (1 декабря 1982 г.). Породообразующие минералы: ортосиликаты, том 1А . Геологическое общество Лондона. п. 264.
- ^ Фрондель, К. (1972). «Джейкоб Форстер (1739–1806) и его связи с форстеритом и палладием» (PDF) . Минералогический журнал . 38 (297): 545–550. Бибкод : 1972MinM...38..545F . CiteSeerX 10.1.1.605.3767 . дои : 10.1180/minmag.1972.038.297.02 . S2CID 93223692 . Архивировано из оригинала (PDF) 27 марта 2009 г. Проверено 9 декабря 2007 г.
- ^ http://minrec.org/labels.asp?colid=726 Архивировано 3 марта 2016 г. в минералогической записи Wayback Machine , Биографический архив.
- ^ Рамеш, С.; Ягуби, А.; Ли, КМС; Чин, КМК; Пурболаксоно Дж.; Хамди, М.; Хасан, Массачусетс (2013). «Нанокристаллический форстерит для биомедицинского применения: синтез, микроструктура и механические свойства». Журнал механического поведения биомедицинских материалов . 25 : 63–69. дои : 10.1016/j.jmbbm.2013.05.008 . ПМИД 23726923 .
