Olivin

Olivin
Kategorie  IX  : Silikate
Anschauliches Bild des Artikels Olivine
Olivin - Kristalle in einem Basaltmatrix abgetastet bei Piton de la Fournaise , Réunion
Allgemeines
Strunz-Klasse 09.AC.05

9 Nicht klassifizierte Strunz SILIKATE (Germanate)
 9.A Nesosilikate
  9.AC Nesosilikate ohne zusätzliche Anionen;
   9.AC.05 Forsterit Mg2SiO4
Weltraumgruppe Pbnm Punktgruppe
2 / m 2 / m 2 / m
   9.AC.05 Glaucochroit CaMnSiO4
Weltraumgruppe Pbnm Punktgruppe
2 / m 2 / m 2 / m
   9.AC.05 Fayalit Fe + + 2SiO4-Raumgruppe
Pbnm- Punktgruppe
2 / m 2 / m 2 / m
   9.AC.05 Olivin (Mg, Fe) 2SiO4-Raumgruppe
Pbnm- Punktgruppe
2 / m 2 / m 2 / m
   9.AC.05 Kirschsteinit CaFe + + SiO4
Weltraumgruppe Pbmn Punktgruppe
2 / m 2 / m 2 / m
   9.AC.05 Laihunit Fe ++ Fe +++ 2 (SiO4) 2
Weltraumgruppe P 2 1 / b Punktgruppe
2 / m
   9.AC. 05 Liebenbergit (Ni, Mg) 2SiO4
Weltraumgruppe Pbnm Punktgruppe
2 / m 2 / m 2 / m
   9.AC.05 Tephroit Mn2SiO4
Weltraumgruppe P nma Punktgruppe
2 / m 2 / m 2 / m
Danas Klasse 51.03.01.00

Orthosilikate
51. Insel- SiO 4 -Gruppen
Chemische Formel Fe Mg 1,6 O 4 Si (Mg, Fe) 2 [SiO 4 ]
Identifizierung
Formmasse 153,309 ± 0,003 amu
Fe 14,57 %, Mg 25,37 %, O 41,74 %, Si 18,32 %,
Farbe gelbgrün bis dunkel
Kristallklasse und Weltraumgruppe orthorhombisch-dipyramidal;
Pnma
Kristallsystem orthorhombisch
Bravais-Netzwerk primitives P
Dekollete {001} gut und {010} unvollkommen
Unterbrechung muschelförmig
Habitus abgerundete Kerne,
selten kristallisiert
Mohs-Skala 6,5 - 7
Linie Weiß
Funkeln glasig
Optische Eigenschaften
Brechungsindex α = 1.630-1.650
β = 1.650-1.670
γ = 1.670-1.690
Doppelbrechung = 0,040; positiv biaxial
Chemische Eigenschaften
Dichte 3.2 - 3.6
Schmelztemperatur Forsterit: 1890 °C
Fayalit: 1208 °C
Schmelzbarkeit Schmilzt nicht, Fe-Glieder schmelzen und ergeben ein magnetisches Pellet
Löslichkeit Löslich in HNO 3, Mg-Mitglieder in heißen Säuren
Physikalische Eigenschaften
Magnetismus Nein
Radioaktivität irgendein
Einheiten von SI & STP, sofern nicht anders angegeben.

Das Olivin ist ein Mineral aus der Gruppe der Silikate , Untergruppe der Nesosilikate . Es kristallisiert im orthorhombischen System .

Olivine hat nicht den Status einer von der anerkannten Spezies International Association of Mineralogy , weil „Olivin“ in der Tat ist die allgemeine Bezeichnung für alle Mineralien in der Forsterit - fayalite Serie .

Das Juwel Vielzahl von Forsterit als verwendete einen feinen Stein in Schmuck unter dem Namen Peridot .

Geschichte der Beschreibung und Bezeichnungen

Erfinder und Etymologie

Olivin wurde 1790 vom deutschen Mineralogen Abraham Gottlob Werner beschrieben  ; Sein Name leitet sich von seiner olivgrünen Farbe ab.

Physikochemische Eigenschaftenchemical

Bestimmungskriterien

Kristallchemie

Die allgemeine Formel von Olivinen ist XYTO 4, oder :

Die Zusammensetzung der natürlichen Olivine ist in einem Tetraeder mit den Phasen als Eckpunkten enthalten:

Der Kalziumbestandteil ist ein wichtiger Bestandteil von Portlandzement und Hüttensand . Es wird auch in der Zusammensetzung von landwirtschaftlichen Düngemitteln verwendet . Es ergibt mehrere Polymorphe und kommt in der Natur selten mit der Olivinstruktur vor, obwohl dies die Niedertemperaturphase ist.

Im Tetraeder der Zusammensetzung beobachten wir zwei Mischungslücken , die den Phasen entsprechen:

Analog geben wir den beiden Zwischenkomponenten auch dann einen bestimmten Namen, wenn es sich nicht um Zwischenphasen handelt:

Entlang der Fo-Fa-Achse finden wir die wichtigsten Olivine, die wie folgt klassifiziert werden:

Olivine, die große Mengen an Zink und geringe Mengen an Nickel und Chrom enthalten, sind ebenfalls bekannt.

Kristallographie

Olivine hat eine starke Entlastung in dem Beobachtungsmikroskop Polarisator und eine starke Doppelbrechung, lebendigere Farben von 2 e bis 3 e ,  um Polarisationsmikroskop analysierte in Licht.

Olivin Mg 2 SiO 4kristallisiert in der Raumgruppe Pnma , mit den Parametern der Gitter = 10,091  Å , = 5.961  Å und = 4,730  Å (Z = 4 bilden Einheiten pro Zelle). Das Volumen des herkömmlichen Gewebes beträgt 284,52 3 , die berechnete Dichte 3,285 g/cm 3 .

Olivin ist ein Neosilikat  : SiO 4 -Tetraedersind in der Struktur durch Mg 2+ -Ionen voneinander isoliert . Es gibt zwei nicht äquivalente Plätze für die Mg 2+ -Ionen , Mg1 und Mg2 (hellgrün bzw. dunkelgrün in der Abbildung), die in oktaedrischer Koordination von Sauerstoff sind. MgO 6 Oktaedersind an ihren Kanten miteinander verbunden und bilden Ketten parallel zur Richtung b . Die durchschnittlichen Bindungslängen sind Mg-O = 2.099  Å und Si-O = 1.630  Å .

Geochemie

Der Inhalt minor , trace und Ultraspurenelemente , die verschiedenen gemessenen petro Ursprünge ( magmatic , hydrothermale und mantle- Ursprung Olivine ), Forsterit Inhalt (83,2 bis 94,1%) durch die Reflexionspetrogen Vielfalt . Die Konzentrationen in Wasserstoff reichten von 0-54  ppm H 2 O. Die Konzentrationen von Nebenelementen ( Ni und Mn ) im Bereich von 3072 bis 4333  ppm und Verunreinigungen werden von Ni, Mn, Ca oder B dominiert . Die Gesamtkonzentrationen der Spurenelemente variieren von 8,2 bis 1473  ppm . Die Gesamtkonzentrationen von Seltenen Erden und anderen Ultraspuren sind sehr gering (<0,5  ppm ). Magmatische Olivine sind diejenigen mit den meisten Verunreinigungen und hydrothermale Olivine am wenigsten, wobei vom Mantel abgeleitete Olivine mittlere Konzentrationen aufweisen.

Polymorphismus

Mg 2 SiO 4kommt mit der Olivinstruktur in der Erdkruste und bis zum oberen Teil der Mantelübergangszone vor. In der Mitte der Übergangszone, etwa 400  km tief, verwandelt sich Olivin in Wadsleyit oder β-Mg 2 SiO 4mit modifizierter Spinellstruktur, enthaltend Si 2 O 7 -Gruppen. In größeren Tiefen, an der Basis der Mantelübergangszone, ist es Ringwoodit oder γ-Mg 2 SiO 4, mit einer Spinellstruktur , die stabil wird.

In der Fo-Fa-Reihe wird kein Polymorphismus beobachtet und noch seltenere Mitglieder (zB Nickel) haben eine Olivinstruktur.

Das Paradox von Olivin und Plattentektonik

Die Untersuchung der Verformungen von Olivin bei 850−1 100 °C ergab ein neues Kriechgesetz, das für dieses Mineral einen niedrigeren Mantelwiderstand der  Lithosphäre (< 500  MPa ) vorhersagt, als aus früheren Experimenten bei 1.200-1.300  °C abgeleitet wurde ( > 2  GPa ). Ein großes Paradoxon zwischen Modellen der Mantelrheologie und Beobachtungen der Plattentektonik konnte somit aufgelöst werden ( „die durch Mantelkonvektion erzeugten Kräfte reichten bisher nicht aus, um eine nicht vorgeschwächte Lithosphäre zu verformen“ ).

Olivine in Kristallen oder Aggregate weist starke mechanische Anisotropie , sondern auch Kriechen Anomalien . In Verbindung mit den Universitäten Montpellier und Metz entdeckte das UMET- Labor der Universität Lille-I um 2014 einen neuen Erklärungsmechanismus für die Gesteinsströmung im Erdmantel basierend auf der Berücksichtigung von "bisher ignorierten kristallinen Defekten" ( Verrenkungen oder Abneigungen ). Dieses Modell macht es endlich möglich, das "Paradox der Deformation von Olivin" sowie "die Dynamik des Inneren unseres Planeten, von der atomaren Skala bis zu der der gewaltigen Konvektionsbewegungen, die den Erdmantel aufwühlen" zu verstehen .

Einlagen und Einlagen

Abschnitte oft automorph in vulkanischen Gesteinen, eher xenomorph in groben Gesteinen.

Gitologie und zugehörige Mineralien

In der Erdkruste sind Mg-reiche Mitglieder wichtige Bestandteile mafischer und ultramafischer Eruptivgesteine ; sie kommen auch in thermisch metamorphosierten dolomitischen Kalksteinen vor. Fe-reiche Mitglieder sind kleinere Phasen von alkalischen Eruptivgesteinen und metamorphosierten Eisensedimenten. Bei hohem Magnesiumgehalt koexistiert Forsterit mit Periklas (MgO). Andererseits bei hohen SiO 2 -Gehaltender Forsterit wird zu Enstatit .

Olivin ist das dominierende Mineral in Peridotiten , Gesteinen, die den Mantel bilden . Ein Dunit ist ein Gestein, das mindestens 90 % Olivin enthält.

Olivin ist das erste Mineral, das beim Abkühlen eines Magmas kristallisiert. Aus diesem Grund ist es oft in Basalten enthalten. Es kann bei einer Temperatur von etwa 1000  ° C kristallisieren . Es ist das erste Mineral der Reaktionsfolge:

Olivin (Mg) → Olivin (Fe, Mg) → Pyroxen (Mg) → Pyroxen (Fe, Mg) → Amphibole → Biotit (von hohen Temperaturen bis zu niedrigen Temperaturen).

Forsterit wird nie mit Quarz in Verbindung gebracht; tatsächlich würde die gleichzeitige Anwesenheit von Forsterit und Quarz zur spontanen Bildung von Pyroxen führen .

Olivine reicher an Eisen kann mit Quarz in bestimmten Quarz koexistieren Graniten und Syenit , wo sie mit anderen Eisen - III - Silikate, wie Pyroxen zugeordnet sind Hedenbergit CaFeSi 2 O 6, Pyroxen- Ägyrin NaFeSi 2 O 6und das Amphibol Arfvedsonit Na 3 (Fe 2+ 4 Fe 3+ ) Si 8 O 22 (OH) 2.

Metamorphe Olivine sind weniger verbreitet, aber immer noch wichtige Mineralien in einigen unreinen Marmoren und in ultramafischen metamorphosierten Gesteinen.

Serpentinisierung und andere Metamorphismen

Olivine reagieren perfekt auf das Gesetz von Goldich  : "Mineralien sind um so verletzlicher, je mehr sich ihre Entstehungsbedingungen von denen an der Oberfläche unterscheiden". Da Olivine bei hoher Temperatur und in Abwesenheit von Wasser gebildet werden, sind sie sehr empfindlich gegenüber atmosphärischen Einflüssen, hydrothermalen Veränderungen, Metamorphosen in geringem Maße, die Hydratation, Oxidation, Verkieselung oder Karbonisierung beinhalten. Sie zerfallen zu Serpentin , Chlorit , Amphibol , Eisenoxid (Umwandlung bekannt als "Rötung"), Talkum .

In Gegenwart von Kohlendioxid und Wasser wird Olivin beispielsweise serpentinisiert (wird zu Serpentin ), wenn das Eisen-Silizium-Verhältnis x größer als 0,5 ist:

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.

Ablagerungen, die bemerkenswerte Exemplare hervorbringen

Verwendet

Stahlindustrie

Olivin wird als Additiv in der Stahlindustrie verwendet , wo es zur Herstellung des Agglomerats verwendet wird . Es bringt Magnesia zu dem in den Hochofen eingebrachten Eisenerz , um als Flussmittel zu dienen und die Eigenschaften der Schlacke zu kontrollieren . Der Verbrauch von Olivin hängt hauptsächlich vom Hochofenprozess ab:

„Olivin ist für den Stahlhersteller gleichbedeutend mit Dunit mit hohem MgO- Gehalt […] Der Bergbau ist auf einen einzigen Großverbraucher angewiesen, die Stahlindustrie […] Es ermöglicht die Bereitstellung von Magnesia und die Erhöhung der Basizität der Schlacke unter Beibehaltung geeigneter Schmelzbarkeit und Viskositätseigenschaften . Magnesia ist in Hochöfen unerlässlich, um einen besseren Schwefelverteilungskoeffizienten zwischen Gusseisen und Schlacke zu gewährleisten […]
Bei der Herstellung der Pellets ist dieses natürliche Silikat aus Eisen und Magnesium mit der Formel: (Mg, Fe) 2 SiO4, hinzugefügt (zwischen 3 und 6%), um ihre Schwellung zu reduzieren; es verringert jedoch ihren Widerstand und erhöht den Wärmeverbrauch. Olivin ersetzt den Dolomit ganz oder teilweise […]. "

- Jacques Corbion, Wissen… Eisen - Glossar des Hochofens

Die im Olivin enthaltene Magnesia verhindert zudem, dass die kristallisierte Hochofenschlacke bei Feuchtigkeitsaufnahme zerfällt.

Gelegentlich wird dieses Mineral auch in der Gießerei verwendet, da "Olivin aufgrund seines geringen Ausdehnungskoeffizienten einige Anwendungen bei der Herstellung von Kernen hat  " .

Geoengineering

Ein geoengineering Verfahren , gezwungen Verwitterung erwägt die Anwendung von feingemahlenen Olivin zu fixieren atmosphärischem Kohlenstoff - Dioxid in landwirtschaftlich genutzten Böden.

Galerie

Andere Bilder auf Wikimedia Commons  : Olivine et Péridot .

Hinweise und Referenzen

Anmerkungen

  1. Die gewählte Klassifikation der Mineralien ist die von Strunz , mit Ausnahme der polymorphen Kieselsäuren, die zu den Silikaten gehören.
  2. berechnete Molekülmasse von „  Atomgewichte der Elemente 2007  “ auf www.chem.qmul.ac.uk .
  3. Tatsächlich bezeichnet man durch Sprachmissbrauch den Kalkpol der Olivine unter dem Namen Larnit . Die Zusammensetzung von Larnit ist Ca 2 SiO 4aber es ist monoklin . Das orthorhombische Mineral der gleichen Zusammensetzung, eine stabile Form bei niedriger Temperatur, aber in seinem natürlichen Zustand selten, wird Calcio-Olivin genannt .

Verweise

  1. (in) "  Die offizielle IMA-CNMNC-Liste der Mineralnamen  " [ "Liste der von der IMA und CNMNC anerkannten Mineralnamen"]März 2016(Zugriff am 19. April 2016 ) .
  2. (de) Larnit auf Mindat
  3. (de) Calcium-Olivin auf Mindat
  4. ICSD- Nr. 83.793; (en) Michael Haiber , Pietro Ballone und Michele Parrinello , „  Struktur und Dynamik von protoniertem Mg 2 SiO 4: Eine Ab-initio-Molekulardynamikstudie  ” , American Mineralogist , vol.  82, n Knochen  9-10,1997, s.  913-922 ( online lesen )
  5. (in) Sylvie und Olivier Demouchy Alard, "  Wasserstoff-, Spuren- und Ultraspurenelementverteilung in natürlichem Olivin  " , Beiträge zur Mineralogie und Petrologie , vol.  176,19. März 2021Punkt n o  26 ( DOI  10.1007 / s00410-021-01778-5 ).
  6. Demouchy et al., 2013 PEPI .
  7. Geowissenschaften Numerische Modellierung der Deformation der kontinentalen Lithosphäre: Analyse der Wirkung neuer experimenteller Gesetze zur Deformation von Mantelgesteinen unter lithosphärischen Bedingungen .
  8. K. Gouriet, P. Carrez & P. ​​Cordier (2014) Modellierung [100] und [010] Schraubenversetzungen in MgSiO3-Perowskit basierend auf dem Peierls-Nabarro-Galerkin-Modell  ; Modellierung und Simulation in der Materialwissenschaft und -technik 07.02.2014; 025020 (17pp) doi: 10.1088 / 0965-0393 / 22.02.025020 ( Zusammenfassung ).
  9. Shear the structure of Perowskit MgSiO3 , 2013-06-27, aufgerufen am 2014-03-02.
  10. Cordier P, Demouchy S, Beausir B, Taupin V, Barou F & Fressengeas C (2014) Disklinationen liefern den fehlenden Mechanismus für die Verformung von olivinreichen Gesteinen im Mantel - Online veröffentlicht in Nature am 27. Februar 2014, DOI: 10.1038 / Natur13043 ( Zusammenfassung ).
  11. Ouest-Frankreich, Auf Hawaii spuckt der Vulkan Edelsteine ​​in den Himmel [1]
  12. (in) "  Primary and Final Slag Slag  " , steeluniversity.org
  13. Jacques Corbion ( pref.  Yvon Lamy), Le savoir… Eisen - Glossar des Hochofens: Die Sprache… (manchmal lecker) der Männer des Eisens und der Gusseisenzone, vom Bergmann bis zum… Koks Baum von gestern und heute ,2003, 5 th  ed. [ Ausgabedetails ] ( online lesen ) , p.  3250

Siehe auch

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