Olivino
| Categoría de olivino IX : silicatos | |
 Cristales de olivino en matriz de basalto muestreados en Piton de la Fournaise , Isla de la Reunión | |
| General | |
|---|---|
| Clase Strunz |
09.AC.05
9 SILICATOS de Strunz sin clasificar (Germanatos) |
| La clase de Dana |
51.03.01.00
Ortosilicatos |
| Fórmula química | (Mg, Fe) 2 [SiO 4 ] |
| Identificación | |
| Forma masa | 153.309 ± 0.003 amu Fe 14.57%, Mg 25.37%, O 41.74%, Si 18.32%, |
| Color | amarillo verde a oscuro |
| Clase de cristal y grupo espacial | ortorrómbico-bipiramidal; Pnma |
| Sistema de cristal | ortorrómbico |
| Red Bravais | primitivo P |
| Escote | {001} bueno e {010} imperfecto |
| Rotura | concoidal |
| Habitus | granos redondeados, rara vez cristalizados |
| Escala de Mohs | 6,5 - 7 |
| Línea | blanco, Blanca |
| Brillar | vidrioso |
| Propiedades ópticas | |
| Índice de refracción | α = 1.630-1.650 β = 1.650-1.670 γ = 1.670-1.690 |
| Birrefringencia | Δ = 0,040; biaxial positivo |
| Propiedades químicas | |
| Densidad | 3,2 - 3,6 |
| Temperatura de fusión | forsterita: 1890 ° C fayalita: 1208 ° C |
| Fusibilidad | No se derrite, las extremidades de Fe se derriten y dan una pastilla magnética |
| Solubilidad | Soluble en HNO 3, Mg miembros en ácidos calientes |
| Propiedades físicas | |
| Magnetismo | No |
| Radioactividad | alguna |
| Unidades de SI y STP a menos que se indique lo contrario. | |
El olivino es un mineral del grupo de los silicatos , subgrupo nesosilicatos . Cristaliza en el sistema ortorrómbico .
El olivino no tiene el estatus de una especie reconocida por la Asociación Internacional de Mineralogía , porque "olivino" es de hecho el nombre genérico de todos los minerales de la serie forsterita - fayalita .
La variedad gema de forsterita se utiliza como piedra fina en joyería con el nombre de peridoto .
Historia de descripción y denominaciones
Inventor y etimología
El olivino fue descrito en 1790 por el mineralogista alemán Abraham Gottlob Werner ; su nombre deriva de su color verde oliva.
Características fisicoquímicas
Criterios de determinación
Cristaloquímica
La fórmula general de los olivinos es XYTO 4, o :
- T = catión tetraédrico (Si);
- Y = catión divalente en los sitios octaédricos M2;
- X = catión divalente en sitios octaédricos M1.
La composición de los olivinos naturales se incluye en un tetraedro que tiene las fases como vértices:
- forsterita (Fo): Mg 2 SiO 4 ;
- fayalita (Fa): Fe 2 SiO 4 ;
- tefroide (Te): Mn 2 SiO 4 ;
- larnita (La): Ca 2 SiO 4.
El miembro de calcio es un componente importante del cemento Portland y la escoria metalúrgica. También se utiliza en la composición de fertilizantes agrícolas . Da varios polimorfos y en la naturaleza rara vez ocurre con la estructura de olivino, aunque esta es la fase de baja temperatura.
En el tetraedro de composición observamos dos huecos de miscibilidad , que corresponden a las fases:
- monticellita : CaMgSiO 4 ;
- kirschsteinita : CaFeSiO 4.
Por analogía, también damos un nombre particular a los dos componentes intermedios incluso si no son fases intermedias:
- picrotefroide: MnMgSiO 4 ;
- knébelite : MnFeSiO 4.
A lo largo del eje Fo-Fa encontramos los olivinos más importantes, que se clasifican de la siguiente manera:
- Fo 100 -Fo 90 : forsterita ;
- Fo 90 -Fo 70 : crisólito ;
- Fo 70 -Fo 50 : hialosideritis;
- Fo 50 -Fo 30 : hortonolita;
- Fo 30 -Fo 10 : ferrohortonolita;
- Fo 10 -Fo 0 : fayalita .
También se conocen olivinas que contienen grandes cantidades de zinc y pequeñas cantidades de níquel y cromo .
Cristalografía
Olivino tiene un fuerte alivio en la observación microscopio polarizador y un fuerte birrefringencia, tonalidades vivas de 2 e a 3 e microscopio fin de polarización en la luz analizada.
Olivina Mg 2 SiO 4cristaliza en el grupo espacial Pnma , con los parámetros de malla = 10.091 Å , = 5.961 Å y = 4.730 Å (Z = 4 unidades de formas por celda). El volumen de la malla convencional es 284,52 Å 3 , la densidad calculada 3,285 g / cm 3 .
El olivino es un neosilicato : SiO 4 tetraedrosestán aislados entre sí por iones Mg 2+ en la estructura. Hay dos sitios no equivalentes para los iones Mg 2+ , Mg1 y Mg2 (verde claro y verde oscuro respectivamente en la figura), que están en coordinación octaédrica del oxígeno. MgO 6 octaedrosestán conectados entre sí por sus bordes y forman cadenas paralelas a la dirección b . Las longitudes de enlace promedio son Mg-O = 2.099 Å y Si-O = 1.630 Å .
Geoquímica
El contenido de elementos minoritarios , traza y ultratraza se midió en diecisiete olivinos de diez localidades diferentes que cubren varios orígenes petrológicos (olivinos magmáticos , hidrotermales y de origen del manto ), contenidos de forsterita (83,2-94,1%) reflejando la diversidad petrogenética . Las concentraciones de hidrógeno oscilaron entre 0 y 54 ppm de H 2 O. Las concentraciones de elementos menores ( Ni y Mn ) que van desde 3.072 hasta 4333 ppm , y las impurezas están dominados por Ni, Mn, Ca o B . Las concentraciones totales de oligoelementos varían de 8.2 a 1473 ppm . Las concentraciones totales de tierras raras y otras ultratrazas son muy bajas (<0,5 ppm ). Los olivinos magmáticos son los que tienen más impurezas y los olivinos hidrotermales los menos, con los olivinos derivados del manto que tienen concentraciones intermedias.
Polimorfismo
Mg 2 SiO 4ocurre con la estructura de olivino en la corteza terrestre y hasta la parte superior de la zona de transición del manto. En el medio de la zona de transición, a unos 400 km de profundidad, el olivino se convierte en wadsleyita o β-Mg 2 SiO 4con estructura de espinela modificada, que contiene grupos Si 2 O 7. A mayores profundidades, en la base de la zona de transición del manto, es ringwoodita o γ-Mg 2 SiO 4, con estructura de espinela , que se vuelve estable.
En la serie Fo-Fa no se observa polimorfismo e incluso los miembros menos comunes (por ejemplo, níquelíferos) tienen una estructura de olivina.
La paradoja del olivino y la tectónica de placas
El estudio de las deformaciones del olivino a 850-1 100 ° C reveló una nueva ley de fluencia que predice para este mineral una menor resistencia del manto litosférico (< 500 MPa ) que lo que se había deducido de experimentos realizados anteriormente a 1.200-1.300 ° C ( > 2 GPa ). Así se pudo resolver una gran paradoja entre los modelos de reología del manto y las observaciones de la tectónica de placas ( “las fuerzas producidas por la convección del manto eran hasta ahora insuficientes para deformar una litosfera no debilitada previamente” ).
El olivino en cristales o agregados exhibe una fuerte anisotropía mecánica pero también anomalías de fluencia . En conexión con las universidades de Montpellier y Metz, el laboratorio UMET de la universidad de Lille-I descubrió alrededor de 2014, un nuevo mecanismo explicativo del flujo de rocas en el manto terrestre basado en la toma en cuenta de "defectos cristalinos, hasta ahora ignorados" ( dislocaciones o aversiones ). Este modelo permite finalmente comprender la "paradoja de la deformación del olivino" así como "la dinámica del interior de nuestro planeta, desde la escala atómica hasta la de los vastos movimientos de convección que agitan el manto" .
Depósitos y depósitos
Secciones a menudo automórficas en rocas volcánicas, más bien xenomórficas en rocas gruesas.
Gitología y minerales asociados
En la corteza terrestre, los miembros ricos en Mg son constituyentes importantes de las rocas ígneas máficas y ultramáficas; también se encuentran en calizas dolomíticas metamorfoseadas térmicamente. Los miembros ricos en Fe son fases menores de rocas ígneas alcalinas y sedimentos de hierro metamorfoseados. En niveles altos de magnesio, la forsterita coexiste con la periclasa (MgO). Por otro lado, a altos contenidos de SiO 2la forsterita se convierte en enstatita .
El olivino es el mineral dominante en las peridotitas , rocas que constituyen el manto . Una dunita es una roca que contiene al menos un 90% de olivino.
La olivina es el primer mineral que cristaliza cuando un magma se enfría. Es por eso que a menudo está presente en los basaltos. Se puede cristalizar a una temperatura de aproximadamente 1000 ° C . Es el primer mineral de la serie de reacciones:
Olivina (Mg) → Olivina (Fe, Mg) → Piroxeno (Mg) → Piroxeno (Fe, Mg) → Anfíboles → Biotita (de altas a bajas temperaturas).La forsterita nunca se asocia con el cuarzo; de hecho, la presencia simultánea de forsterita y cuarzo conduciría a la formación espontánea de piroxeno .
Las olivinas más ricas en hierro pueden coexistir con el cuarzo en ciertos granitos y sienitas de cuarzo , donde se asocian con otros silicatos férricos, como piroxeno hedenbergita CaFeSi 2 O 6, Piroxeno Aegirina NaFeSi 2 O 6y el anfíbol arfvedsonita Na 3 (Fe 2+ 4 Fe 3+ ) Si 8 O 22 (OH) 2.
Los olivinos metamórficos son menos comunes, pero siguen siendo minerales importantes en algunos mármoles impuros y en rocas metamorfoseadas ultramáficas.
Serpentinización y otros metamorfismos
Las olivinas responden perfectamente a la ley de Goldich : "los minerales son tanto más vulnerables cuanto más difieren sus condiciones de génesis de las que prevalecen en la superficie". Al formarse a alta temperatura y en ausencia de agua, las olivinas son muy sensibles a los agentes atmosféricos, alteración hidrotermal, metamorfismo de bajo grado que implica hidratación, oxidación, silicificación o carbonatación. Se deterioran en serpentina , clorito , anfíbol , óxidos de hierro (transformación conocida como "enrojecimiento"), talco .
Por ejemplo, en presencia de dióxido de carbono y agua , el olivino se serpentiniza (se convierte en serpentín ) si la proporción de hierro a silicio, x , es mayor que 0,5:
Mg 2− x Fe x SiO 4 + 4−2 x3 H 2 O + X12 CO 2 → 2− x3 Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 + 2 x −13 SiO 2 + X3 Fe 3 O 4 + X12 CH 4.Depósitos que producen ejemplares notables
- En Francia , Maar de Beaunit, al norte de la cadena Puys en Puy-de-Dôme , cerca de Langeac y Puy-en-Velay en Haute-Loire y Allanche en Cantal .
- En la Isla de la Reunión en el Piton de la Fournaise , se encuentran macrocristales de olivino en flujos de basalto .
- También se encuentran en la isla de Lanzarote .
- El depósito más antiguo conocido es la isla de Zabargad ( Egipto ), en el Mar Rojo . Esta pequeña isla, un fragmento de la litosfera oceánica , fue explotada en el año 1000 a. C. AD La cabaña ahora está agotada.
- En Hawái , el volcán a veces escupe cristales de olivino.
Usos
Industria metalúrgica
El olivino se utiliza como aditivo en la industria del acero , donde se destina a la preparación del aglomerado . Aporta magnesia al mineral de hierro puesto en el alto horno , para que sirva de fundente y controle las características de la escoria . El consumo de olivino depende principalmente del proceso de alto horno:
“Para el productor de acero, el olivino es sinónimo de dunita con un alto contenido de MgO […] La actividad minera se basa en un único gran consumidor, la industria del acero […] Permite aportar magnesia y aumentar la basicidad de la escoria manteniendo una adecuada características de fusión y viscosidad . La magnesia es fundamental en los altos hornos para asegurar un mejor coeficiente de reparto de azufre entre el hierro fundido y la escoria […]
En la preparación de los pellets , este silicato natural de hierro y magnesio con la fórmula: (Mg, Fe) 2 SiO4, es añadido (entre 3 y 6%) para reducir su hinchazón; sin embargo, disminuye su resistencia y aumenta el consumo térmico. El olivino sustituye total o parcialmente a la dolomita […]. "
- Jacques Corbion, Conocimiento… hierro - Glosario del alto horno
La magnesia presente en el olivino también evita que la escoria de alto horno cristalizada se descomponga cuando absorbe humedad.
Este mineral también se utiliza ocasionalmente en fundición porque "por su bajo coeficiente de expansión, el olivino tiene algunas aplicaciones en la fabricación de núcleos " .
Geoingeniería
Un método de geoingeniería , la meteorización forzada , contempla la aplicación de olivino finamente molido para fijar el dióxido de carbono atmosférico en suelos agrícolas.
Galería
-
Cristales de olivino en la arena de una playa de la isla de Oahu (Hawaii) - Ancho de campo = 5,5 mm.
Otras imágenes en Wikimedia Commons : Olivine et Péridot .
Notas y referencias
Notas
- La clasificación de minerales elegida es la de Strunz , a excepción de los polimorfos de sílice, que se clasifican entre los silicatos.
- masa molecular calculada de " pesos atómicos de los elementos 2007 " en www.chem.qmul.ac.uk .
- De hecho, es por abuso del lenguaje que se designa con el nombre de larnita al polo cálcico de los olivinos. La composición de la larnita es Ca 2 SiO 4pero es monoclínica . El mineral ortorrómbico de la misma composición, una forma estable a baja temperatura pero raro en su estado natural, se denomina calcio-olivino .
Referencias
- (in) " Lista oficial de nombres de minerales IMA-CNMNC " ["Lista de nombres de minerales reconocidos por IMA y CNMNC"]marzo de 2016(consultado el 19 de abril de 2016 ) .
- (en) larnite en Mindat
- (en) Calcio-olivino en Mindat
- ICSD No. 83 793; (en) Michael Haiber , Pietro Ballone y Michele Parrinello , “ Estructura y dinámica del Mg 2 SiO 4 protonado: Un estudio de dinámica molecular ab-initio ” , Mineralogista estadounidense , vol. 82, n hueso 9-10,1997, p. 913-922 ( leer en línea )
- (in) Sylvie y Olivier Demouchy Alard, " Distribución de hidrógeno, oligoelementos y ultratrazas en el olivino natural " , Contribuciones a la mineralogía y la petrología , vol. 176,19 de marzo de 2021, Punto n o 26 ( DOI 10.1007 / s00410-021-01778-5 ).
- Demouchy et al., 2013 PEPI .
- Geociencias modelización numérica de la deformación de la litosfera continental: Análisis del efecto de nuevas leyes experimentales para la deformación de las rocas del manto en condiciones litosféricas .
- K. Gouriet, P. Carrez & P. Cordier (2014) Modelado [100] y [010] luxaciones de tornillos en perovskita MgSiO3 basado en el modelo de Peierls-Nabarro-Galerkin ; Modelado y simulación en ciencia e ingeniería de materiales 7 de febrero de 2014; 025020 (17pp) doi: 10.1088 / 0965-0393 / 22/2/025020 ( resumen ).
- Shear the structure of perovskite MgSiO3 , 2013-06-27, consultado el 2014-03-02.
- Cordier P, Demouchy S, Beausir B, Taupin V, Barou F & Fressengeas C (2014) Las disclinations proporcionan el mecanismo que falta para deformar las rocas ricas en olivino en el manto - Publicado en línea en Nature el 27 de febrero de 2014, DOI: 10.1038 / nature13043 ( resumen ).
- Ouest-France, En Hawái, el volcán escupe gemas en el cielo [1]
- (en) " Escoria de escoria primaria y final " , steeluniversity.org
- Jacques Corbion ( pref. , Yvon Lamy) Le savoir ... hierro - Glosario del alto horno: El lenguaje ... (sabroso, a veces) de los hombres de hierro y la zona de fundición, de la minera a la ... coque árbol de ayer y de hoy ,2003, 5 ª ed. [ detalle de las ediciones ] ( leer en línea ) , pág. 3250
Ver también
Artículos relacionados
- Forsterita , wadsleyita y ringwoodita , tres polimorfos de Mg 2 SiO 4
- Peridoto , forma de gema de olivino y más particularmente de forsterita