Olivine

Olivin
Kategori  IX  : silikater
Illustrasjonsbilde av artikkelen Olivine
Olivinkrystaller i en basaltmatrise prøvetatt på Piton de la Fournaise , Reunion Island
Generell
Strunz-klasse 09.AC.05

9 Unclassified Strunz silikater (Germanates)
 9.A Nesosilicates
  9.AC Nesosilicates uten ytterligere anioner;
   9.AC.05 Forsterite Mg2SiO4
Space Group Pbnm
Point Group 2 / m 2 / m 2 / m
   9.AC.05 Glaucochroite CaMnSiO4
Space Group Pbnm
Point Group 2 / m 2 / m 2 / m
   9.AC.05 Fayalite Fe + + 2SiO4
Space Group Pbnm
Point Group 2 / m 2 / m 2 / m
   9.AC.05 Olivine (Mg, Fe) 2SiO4
Space Group Pbnm
Point Group 2 / m 2 / m 2 / m
   9.AC.05 Kirschsteinite CaFe + + SiO4
Space Group Pbmn
Point Group 2 / m 2 / m 2 / m
   9.AC.05 Laihunite Fe ++ Fe +++ 2 (SiO4) 2
Space Group P 2 1 / b
Point Group 2 / m
   9.AC. 05 Liebenbergite (Ni, Mg) 2SiO4
Space Group Pbnm
Point Group 2 / m 2 / m 2 / m
   9.AC.05 Tephroite Mn2SiO4
Space Group P nma
Point Group 2 / m 2 / m 2 / m
Dana sin klasse 51.03.01.00

Ortosilikater
51. Island SiO 4 grupper
Kjemisk formel Fe Mg 1,6 O 4 Si (Mg, Fe) 2 [SiO 4 ]
Identifikasjon
Form masse 153,309 ± 0,003 amu
Fe 14,57%, Mg 25,37%, O 41,74%, Si 18,32%,
Farge gulgrønn til mørk
Krystallklasse og romgruppe ortorhombisk-dipyramidal;
Pnma
Krystallsystem ortorombisk
Bravais nettverk primitive P
Spalting {001} bra og {010} ufullkommen
Gå i stykker conchoidal
Habitus avrundede kjerner,
sjelden krystalliserte
Mohs skala 6,5 - 7
Linje Hvit
Sparkle glassaktig
Optiske egenskaper
Brytningsindeks α = 1.630-1.650
β = 1.650-1.670
y = 1.670-1.690
Dobbeltbrytning A = 0,040; positiv biaksial
Kjemiske egenskaper
Tetthet 3,2 - 3,6
Smeltepunkt forsteritt: 1890 ° C
fayalitt: 1208 ° C
Smeltbarhet Smelter ikke, Fe-lemmer smelter og gir en magnetisk pellet
Løselighet Løselig i HNO 3, Mg-medlemmer i varme syrer
Fysiske egenskaper
Magnetisme Nei
Radioaktivitet noen
Enheter av SI & STP med mindre annet er oppgitt.

Den olivin er et mineral fra gruppen av silikater , undergruppe nesosilicates . Det krystalliserer seg i det ortorombiske systemet .

Olivin har ikke status som en art anerkjent av International Association of Mineralogy , fordi "olivin" faktisk er det generiske navnet på alle mineraler i forsteritt - fayaliteserien .

Perlevarianten av forsteritt brukes som en fin stein i smykker under navnet peridot .

Historie om beskrivelse og appellasjoner

Oppfinner og etymologi

Olivine ble beskrevet i 1790 av den tyske mineralogen Abraham Gottlob Werner  ; navnet stammer fra den olivengrønne fargen.

Fysisk-kjemiske egenskaper

Bestemmelseskriterier

Krystallkjemi

Den generelle formelen for oliviner er XYTO 4, eller:

Sammensetningen av naturlige oliviner er inkludert i et tetraeder som har fasene som hjørner:

Kalsiumelementet er en viktig bestanddel av Portland sement og metallurgisk slagg . Det brukes også i sammensetningen av jordbruksgjødsel . Det gir flere polymorfe og i naturen forekommer det sjelden med olivinstrukturen, selv om dette er lavtemperaturfasen.

I tetraeder av sammensetning observerer vi to hull i blandbarhet , som tilsvarer fasene:

Analogt gir vi også et spesielt navn til de to mellomkomponentene selv om de ikke er mellomfaser:

Langs Fo-Fa-aksen finner vi de viktigste olivinene, som er klassifisert som følger:

Oliviner som inneholder store mengder sink og mindre mengder nikkel og krom er også kjent.

Krystallografi

Olivin har en sterk lindring av observasjons mikroskopet polarisator og en sterk dobbeltbrytning, levende nyanser av 2 e til 3 e  orden polariserende mikroskop i analyseres lys.

Olivine Mg 2 SiO 4krystalliserer i romgruppe Pnma , med de parametere for mesh = 10,091  Å , = 5,961  Å og = 4,730  Å (Z = 4 danner enheter per celle). Volumet av den konvensjonelle masker er 284,52 Å 3 , den beregnede tetthet 3,285 g / cm 3 .

Olivin er et neosilikat  : SiO 4 tetraederer isolert fra hverandre av Mg 2+ ioner i strukturen. Det er to ikke-ekvivalente steder for Mg 2+ -ionene, Mg1 og Mg2 (henholdsvis lysegrønn og mørkegrønn i figuren), som er i oktaedrisk koordinering av oksygen. MgO 6 oktaederer forbundet med hverandre ved sine kanter og danner kjeder parallelt med retning b . De gjennomsnittlige bindingslengdene er Mg-O = 2,099  Å og Si-O = 1,630  Å .

Geokjemi

Innholdet av mindre , spor og ultra-sporstoffer ble målt i sytten oliviner fra ti forskjellige lokaliteter som dekker forskjellige petrologiske opprinnelser ( magmatiske , hydrotermiske og mantel- opprinnelige oliviner ), forsterittinnhold (83,2–94,1%) ved å gjenspeile det petrogenetiske mangfoldet . De konsentrasjoner i hydrogen varierte 0-54  ppm H 2 O. Konsentrasjonene av mindre elementer ( Ni og Mn ) i området 3072-4333  ppm , og urenheter er dominert av Ni, Mn, Ca eller B . Totale konsentrasjoner av sporstoffer varierer fra 8,2 til 1473  ppm . Den totale konsentrasjonen av sjeldne jordarter og andre ultraspor er veldig lav (<0,5  ppm ). Magmatiske oliviner er de med mest urenheter og hydrotermiske oliviner minst, med mantelavledede oliviner som har mellomliggende konsentrasjoner.

Polymorfisme

Mg 2 SiO 4oppstår med olivinstrukturen i jordskorpen og opp til den øvre delen av mantelovergangssonen. Midt i overgangssonen, rundt 400  km dyp, blir olivin til wadsleyite eller β-Mg 2 SiO 4med modifisert spinell-struktur, inneholdende Si 2 O 7 grupper. På større dyp, ved bunnen av mantelen overgangssonen, er det ringwoodite eller γ-Mg 2 SiO 4, med en spinellstruktur , som blir stabil.

I Fo-Fa-serien observeres ingen polymorfisme, og enda mindre vanlige medlemmer (f.eks. Nikkelholdig) har en olivinstruktur.

Paradokset med olivin og platetektonikk

Studien av deformasjoner av olivin ved 850−1 100  ° C avdekket en ny krypelov som forutsier for dette mineralet en lavere litosfærisk kappemotstand (< 500  MPa ) enn det som ble utledet fra eksperimenter som tidligere ble utført ved 1200-1 300  ° C ( > 2  GPa ). Et stort paradoks mellom modeller av mantelreologi og observasjoner av platetektonikk kunne således løses ( “kreftene produsert av mantelkonveksjon var til nå utilstrekkelige til å deformere en ikke-svekket litosfæren” ).

Olivin i krystaller eller tilslag viser en sterk mekanisk anisotropi, men kryper også anomalier . I forbindelse med universitetene i Montpellier og Metz oppdaget UMET- laboratoriet ved Lille-I universitetet rundt 2014, en ny forklaringsmekanisme for strømmen av bergarter i jordens mantel basert på å ta hensyn til "krystallinske defekter, hittil ignorert" ( dislokasjoner eller dislininasjoner ). Denne modellen gjør det endelig mulig å forstå "paradoks av deformasjonen av olivin" så vel som "dynamikken i det indre av planeten vår, fra atom skala som i det store konveksjon bevegelser som hisse opp mantelen" .

Innskudd og innskudd

Seksjoner ofte automorfe i vulkanske bergarter, heller xenomorfe i grove bergarter.

Gitologi og tilhørende mineraler

I jordskorpen er Mg-rike medlemmer viktige bestanddeler av mafiske og ultramafiske magmatiske bergarter ; de finnes også i termisk metamorfiserte dolomittiske kalkstein. Fe-rike medlemmer er mindre faser av alkaliske vulkanske bergarter og metamorfiserte jernsedimenter. Ved høye nivåer av magnesium eksisterer forsteritt sammen med periklase (MgO). På den annen side, ved høyt SiO 2- innholdforsteritten blir til enstatitt .

Olivin er det dominerende mineralet i peridotitter , bergarter som utgjør kappen . En dunitt er en stein som inneholder minst 90% olivin.

Olivin er det første mineralet som krystalliserer seg når en magma avkjøles. Dette er grunnen til at det ofte er tilstede i basalter. Det kan krystallisere ved en temperatur på omkring 1000  ° C . Det er det første mineralet i reaksjonssuiten:

Olivin (Mg) → Olivin (Fe, Mg) → Pyroksen (Mg) → Pyroksen (Fe, Mg) → Amfiboler → Biotitt (fra høye temperaturer til lave temperaturer).

Forsteritt er aldri assosiert med kvarts; faktisk ville samtidig tilstedeværelse av forsteritt og kvarts føre til spontan dannelse av pyroksen .

Oliviner rikere på jern kan eksistere sammen med kvarts i visse kvarts granitt og syenitt , hvor de er forbundet med andre treverdige silikater, slik som pyroksen hedenbergite CaFeSi 2 O 6, Pyroxene aegyrine NaFeSi 2 O 6og amfibol arfvedsonite Na 3 (Fe 2+ 4 Fe 3+ ) Si 8 O 22 (OH) 2.

Metamorfe oliviner er mindre vanlige, men er fremdeles viktige mineraler i noen urene kuler og i ultramafiske metamorfoserte bergarter.

Serpentinisering og andre metamorfismer

Oliviner reagerer perfekt på Goldichs lov  : "Mineraler er desto mer sårbare jo mer deres generasjonsbetingelser skiller seg fra de som hersker på overflaten". Da oliviner dannes ved høy temperatur og i fravær av vann, er de veldig følsomme for atmosfæriske midler, hydrotermisk endring, lav grad metamorfisme som involverer hydrering, oksidasjon, silifisering eller karbonisering. De forverres til serpentin , kloritt , amfibol , jernoksider (transformasjon kjent som "rødhet"), talkum .

For eksempel, i nærvær av karbondioksid og vann , olivin serpentiniserer (blir til serpentin ) hvis forholdet jern til silisium, x , er større enn 0,5:

Mg 2− x Fe x SiO 4 + 4−2 x/3 H 2 O + x/12 CO 2 → 2− x/3 Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 + 2 x −1/3 SiO 2 + x/3 Fe 3 O 4 + x/12 CH 4.

Innskudd som produserer bemerkelsesverdige eksemplarer

Bruker

Stålindustri

Olivin brukes som tilsetningsstoff i stålindustrien , hvor det går inn i forberedelsen av agglomeratet . Det bringer magnesia til jernmalmen som er lagt i masovnen , for å tjene som en fluks og for å kontrollere egenskapene til slaggen . Forbruket av olivin avhenger hovedsakelig av masovneprosessen:

“For stålprodusenten er olivin synonymt med dunitt med høyt MgO- innhold. […] Gruvedrift er avhengig av en enkelt storforbruker, stålindustrien [...] Det gjør det mulig å gi magnesia og øke slaggens basis, samtidig som den er egnet smelteevne og viskositetsegenskaper . Magnesia er viktig i masovner for å sikre en bedre svovelfordelingskoeffisient mellom støpejernet og slaggen [...]
Ved fremstilling av pellets er dette naturlige silikatet av jern og magnesium med formelen: (Mg, Fe) 2 SiO4, tilsatt (mellom 3 og 6%) for å redusere hevelsen; det reduserer imidlertid deres motstand og øker termisk forbruk. Olivin erstatter hele eller deler av dolomitt […]. "

- Jacques Corbion, Kunnskap ... jern - Ordliste med masovnen

Magnesiaen som er tilstede i olivin forhindrer også at krystallisert masovnslagg brytes ned når den absorberer fuktighet.

Dette mineralet brukes også av og til i støperi fordi "på grunn av den lave ekspansjonskoeffisienten, har olivin noen anvendelser i produksjonen av kjerner  " .

Geoingeniør

En geoengineering metode , tvinges forvitring , overveier anvendelse av finmalt olivin å løse atmosfærisk karbon- dioksyd i landbruksjord.

Galleri

Andre bilder på Wikimedia Commons  : Olivine et Péridot .

Merknader og referanser

Merknader

  1. Den klassifisering av mineraler valgt er det av Strunz , med unntak av polymorfer av silika, som er klassifisert blant silikater.
  2. beregnede molekylmasse fra "  atomvekter av elementene 2007  " på www.chem.qmul.ac.uk .
  3. Det er faktisk ved misbruk av språk man betegner under navnet larnite den kalsiske polen til oliviner. Sammensetningen av larnitt er Ca 2 SiO 4men det er monoklinisk . Det ortorhombiske mineralet med samme sammensetning, en stabil form ved lav temperatur, men sjelden i sin naturlige tilstand, kalles kalsio-olivin .

Referanser

  1. (i) "  Den offisielle IMA-CNMNC-listen over mineralnavn  " ["Liste over navn på mineraler anerkjent av IMA og CNMNC"]mars 2016(åpnet 19. april 2016 ) .
  2. (en) larnite på Mindat
  3. (no) Kalsiumolivin på Mindat
  4. ICSD No. 83793; (en) Michael Haiber , Pietro Ballone og Michele Parrinello , “  Structure and dynamics of protonated Mg 2 SiO 4: En ab-initio molekylær dynamikkstudie  ” , American Mineralogist , vol.  82, n bein  9-10,1997, s.  913-922 ( les online )
  5. (i) Sylvie og Olivier Demouchy Alard, "  Hydrogen, spor and ultra-trace element distribution in natural olivine  " , Contributions to Mineralogy and Petrology , vol.  176,19. mars 2021, Nr .  26 ( DOI  10.1007 / s00410-021-01778-5 ).
  6. Demouchy et al., 2013 PEPI .
  7. Geovitenskap Numerisk modellering av deformasjonen av den kontinentale litosfæren: Analyse av effekten av nye eksperimentelle lover for deformasjon av mantelbergarter under litosfæriske forhold .
  8. K. Gouriet, P. Carrez & P. ​​Cordier (2014) Modellering [100] og [010] skrueforskyvninger i MgSiO3 perovskite basert på Peierls-Nabarro-Galerkin-modellen  ; Modellering og simulering innen materialvitenskap og ingeniørfag 7. februar 2014; 025020 (17pp) doi: 10.1088 / 0965-0393 / 22/2/025020 ( oppsummering ).
  9. Skjær strukturen til perovskitten MgSiO3 , 2013-06-27, åpnet 2014-03-02.
  10. Cordier P, Demouchy S, Beausir B, Taupin V, Barou F & Fressengeas C (2014) disklinasjoner tilveiebringe den manglende mekanisme for å deformere olivinrike bergarter i mantelen - Publisert online i Nature 27. februar 2014 DOI: 10,1038 / nature13043 ( oppsummering ).
  11. Ouest-France, på Hawaii, spytter vulkanen perler på himmelen [1]
  12. (in) "  Primary and Final Slag Slag  " , steeluniversity.org
  13. Jacques Corbion ( pref.  Yvon Lamy), Le savoir ... jern - Ordliste over masovnen: Språket ... (velsmakende, noen ganger) av jernmennene og støpejernssonen, fra gruvearbeideren til ... koks gårsdagens og dagens tre ,2003, 5 th  ed. [ detaljer om utgavene ] ( les online ) , s.  3250

Se også

Relaterte artikler