La ringwoodita es una fase de alta presión de Mg 2 SiO 4 (silicato de magnesio) formada a altas temperaturas y presiones del manto de la Tierra entre 525 y 660 km (326 y 410 millas) de profundidad. También puede contener hierro e hidrógeno. Es polimorfo con la fase olivina forsterita (un silicato de magnesio y hierro ).
Ringwoodita | |
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General | |
Categoría | Nesosilicatos Grupo espinela |
Fórmula (unidad de repetición) | Silicato de magnesio (Mg 2 SiO 4 ) |
Clasificación de Strunz | 9.AC.15 |
Sistema de cristal | Cúbico |
Clase de cristal | Hexoctaédrico (m 3 m) Símbolo HM : (4 / m 3 2 / m) |
Grupo espacial | Fd 3 m |
Celda unitaria | a = 8,113 Å; Z = 8 |
Identificación | |
Color | Azul profundo, también rojo, violeta o incoloro (Mg 2 SiO 4 puro ) |
Hábito de cristal | Agregados microcristalinos |
Diafanidad | Semitransparente |
Gravedad específica | 3,90 (Mg _ { 2} SiO _ { 4} ); 4,13 ((Mg 0,91 , Fe 0,09 ) 2 SiO 4 ); 4.85 (Fe 2 SiO 4 ) |
Propiedades ópticas | Isotrópico |
Índice de refracción | n = 1,8 |
Birrefringencia | ninguno |
Pleocroísmo | ninguno |
Referencias | [1] [2] [3] |
La ringwoodita se destaca por ser capaz de contener iones de hidróxido (átomos de oxígeno e hidrógeno unidos) dentro de su estructura. En este caso, dos iones de hidróxido suelen ocupar el lugar de un ión de magnesio y dos iones de óxido. [4]
Combinado con la evidencia de su presencia en las profundidades del manto de la Tierra, esto sugiere que hay de una a tres veces el equivalente de agua de los océanos del mundo en la zona de transición del manto de 410 a 660 km de profundidad. [5] [6]
Este mineral fue identificado por primera vez en el meteorito Tenham en 1969, [7] y se infiere que está presente en grandes cantidades en el manto de la Tierra.
Ringwoodita recibió su nombre del científico australiano Ted Ringwood (1930-1993), quien estudió las transiciones de fase polimórfica en los minerales del manto común olivino y piroxeno a presiones equivalentes a profundidades de hasta unos 600 km.
La olivina , la wadsleyita y la ringwoodita son polimorfos que se encuentran en el manto superior de la tierra. A profundidades superiores a unos 660 kilómetros (410 millas), otros minerales, incluidos algunos con estructura de perovskita , son estables. Las propiedades de estos minerales determinan muchas de las propiedades del manto.
Caracteristicas
La ringwoodita es polimorfa con forsterita, Mg 2 SiO 4 y tiene una estructura de espinela . Los minerales del grupo espinela cristalizan en el sistema isométrico con un hábito octaédrico. El olivino es más abundante en el manto superior, por encima de unos 410 km (250 millas); Se cree que los polimorfos de olivino wadsleyita y ringwoodita dominan la zona de transición del manto, una zona presente desde aproximadamente 410 a 660 km de profundidad.
Se cree que la ringwoodita es la fase mineral más abundante en la parte inferior de la zona de transición de la Tierra. Las propiedades físicas y químicas de este mineral determinan en parte las propiedades del manto en esas profundidades. El rango de presión para la estabilidad de la ringwoodita se encuentra en el rango aproximado de 18 a 23 GPa.
Se ha encontrado ringwoodita natural en muchos meteoritos condríticos impactados , en los que la ringwoodita se presenta como agregados policristalinos de grano fino . [8]
La ringwoodita natural generalmente contiene mucho más Mg que Fe, pero puede formar una serie de soluciones sólidas sin espacios desde el miembro del extremo de Mg puro hasta el miembro del extremo de Fe puro. Este último se ha descubierto en una muestra natural solo recientemente y se denominó ahrensita , en honor al físico de minerales estadounidense Thomas J. Ahrens (1936-2010).
Incidencias geológicas
En los meteoritos, la ringwoodita se produce en las vetas de la fusión por choque templada que corta la matriz y reemplaza al olivino que probablemente se produce durante el metamorfismo del choque . [8]
En el interior de la Tierra, el olivino se encuentra en el manto superior a profundidades inferiores a unos 410 km, y se infiere que el ringwoodita está presente dentro de la zona de transición de unos 520 a 660 km de profundidad. Las discontinuidades de la actividad sísmica a aproximadamente 410 km, 520 km y 660 km de profundidad se han atribuido a cambios de fase que involucran al olivino y sus polimorfos .
Generalmente se cree que la discontinuidad de 520 km de profundidad es causada por la transición del polimorfo olivino wadsleyita (fase beta) a ringwoodita (fase gamma), mientras que la discontinuidad de profundidad de 660 km por la transformación de fase de ringwoodita (fase gamma) ) a una perovskita de silicato más magnesiowüstita . [9] [10]
Se infiere que la ringwoodita en la mitad inferior de la zona de transición juega un papel fundamental en la dinámica del manto, y se cree que las propiedades plásticas de la ringwoodita son críticas para determinar el flujo de material en esta parte del manto. La capacidad de la ringwoodita para incorporar hidróxido es importante debido a su efecto sobre la reología .
La ringwoodita se ha sintetizado en condiciones apropiadas para la zona de transición, que contiene hasta un 2,6 por ciento en peso de agua. [11] [12]
Debido a que la zona de transición entre el manto superior e inferior de la Tierra ayuda a gobernar la escala de transporte de masa y calor en toda la Tierra, la presencia de agua dentro de esta región, ya sea global o localizada, puede tener un efecto significativo en la reología del manto y por lo tanto en la circulación del manto. [13] En las zonas de subducción, el campo de estabilidad ringwoodita alberga altos niveles de sismicidad. [14]
Un diamante "ultraprofundo" (que se ha elevado desde una gran profundidad) encontrado en Juína en el oeste de Brasil contenía una inclusión de ringwoodita, en ese momento la única muestra conocida de origen terrestre natural, lo que proporciona evidencia de cantidades significativas de agua como hidróxido en el manto de la Tierra. [5] [15] [16] [17] La piedra preciosa, de unos 5 mm de largo, [17] fue levantada por una erupción diatrema . [18] La inclusión de ringwoodita es demasiado pequeña para verla a simple vista. [17] Más tarde se encontró un segundo diamante de este tipo. [19]
Se encuentra que el depósito del manto contiene aproximadamente tres veces más agua, en forma de hidróxido contenido dentro de la estructura cristalina de wadsleyita y ringwoodita, que los océanos de la Tierra combinados. [6]
Sintético
Para experimentos, se ha sintetizado ringwoodita hidratada mezclando polvos de forsterita ( Mg
2SiO
4), brucita ( Mg (OH)
2) y sílice ( SiO
2) para dar la composición elemental final deseada. Poner esto a 20 gigapascales de presión a 1523 K (1250 ° C; 2282 ° F) durante tres o cuatro horas lo convierte en ringwoodita, que luego se puede enfriar y despresurizar. [4]
Estructura cristalina
La ringwoodita tiene la estructura de espinela , en el sistema cristalino isométrico con grupo espacial Fd 3 m (o F 4 3 m [20] ). A escala atómica, el magnesio y el silicio están en coordinación octaédrica y tetraédrica con el oxígeno, respectivamente. Los enlaces Si-O y Mg-O son iónicos y covalentes. [ cita requerida ] El parámetro de celda unitaria cúbica es 8.063 Å para Mg 2 SiO 4 puro y 8.234 Å para Fe 2 SiO 4 puro . [21]
Composición química
Las composiciones de ringwoodita varían desde Mg 2 SiO 4 puro hasta Fe 2 SiO 4 en experimentos de síntesis. La ringwoodita puede incorporar hasta un 2,6 por ciento en peso de H 2 O. [4]
Propiedades físicas
Las propiedades físicas de la ringwoodita se ven afectadas por la presión y la temperatura. En las condiciones de presión y temperatura de la zona de transición del manto, el valor de densidad calculado de ringwoodita es 3,90 g / cm 3 para Mg 2 SiO 4 puro ; [22] 4,13 g / cm 3 para (Mg 0,91 , Fe 0,09 ) 2 SiO 4 [23] de manto pirolítico; y 4,85 g / cm 3 para Fe 2 SiO 4 . [24] Es un mineral isotrópico con un índice de refracción n = 1.768.
El color de la ringwoodita varía entre los meteoritos, entre los diferentes agregados portadores de ringwoodita e incluso en un solo agregado. Los agregados de ringwoodita pueden mostrar todos los tonos de azul, violeta, gris y verde, o no tener ningún color.
Una mirada más cercana a los agregados coloreados muestra que el color no es homogéneo, pero parece originarse de algo con un tamaño similar a los cristalitos de ringwoodita. [25] En muestras sintéticas, la ringwoodita de Mg pura es incolora, mientras que las muestras que contienen más de un porcentaje molar de Fe 2 SiO 4 son de color azul intenso. Se cree que el color se debe a la transferencia de carga Fe 2+ –Fe 3+ . [26]
Referencias
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- ^ Ringwoodite en Mindat.org
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