Forsterit

Thành phần

Forsterit tinh khiết được tạo thành bởi magie, oxy và silic. Công thức hóa học là Mg₂SiO₄. Forsterit, fayalit (Fe₂SiO₄) và tephoroit (Mn₂SiO₄) là các khoáng vật cuối dãy của olivin; các nguyên tố khác như là Mn, Ni và Ca có thể thay thế cho Fe và Mg trong olivin, nhưng chỉ một lượng nhỏ trong các khoáng vật tự nhiên. Các khoáng vật như monticellit (CaMgSiO₄), một khoáng vật giàu canxi không phổ biến, có cùng cấu trúc olivin, nhưng dạng pha lẫn giữa olivin và các khoáng vật khác là có giới hạn. Monticellit được tìm thấy ở đá dolomit biến chất tiếp xúc.

Phân bố địa chất

Olivin giàu Forsterit là khoáng vật phổ biến nhất ở tầng Manti ở độ sâu khoảng 400 km; pyroxene cũng là một khoáng vật quan trong ở phần trên của Manti. Mặc dù forsterit tinh khiết không ở trong đá magma, dunit thường chứa olivin với lượng forsterit tối thiểu như khoáng vật giàu magie Fo₉₂ (92 % forsterite – 8% fayalite); peridotit thông thường chứa olivin với lượng giàu magie là Fo₈₈. Olivin giàu Forsterit thường là sản phẩm kết tinh của magma bắt nguồn từ lớp manti. Olivin ở đá mafic và siêu mafic thường giàu khoáng vật cuối dãy forsterit.
Forsterit thường xuất hiện ở đá hoa dolomit mà chúng là kết quả của quá trình biến chất của đá vôi giàu magie và đá dolomit.
Forsterit gần tinh khiết xuất hiện ở một vài đá biến chất serpentinit. Olivin giàu Fayalit kém phổ biến hơn. Fayalit gần tinh khiến chiếm một lượng nhỏ ở một vài đá granit, và chiếm lượng lớn ở một vài thành hệ sắt tướng biến chất.

Cấu trúc và thành hệ

Forsterit chủ yếu được tạo thành từ anion SiO₄⁴⁻ và cation Mg²⁺ với tỉ lệ phân tử là 1:2. Silic là nguyên tử trung tâm của anion SiO₄⁴⁻. Mỗi nguyên tử oxy được liên kết với silic bởi một liên kết cộng hóa trị đơn. Bốn nguyên tử oxy có cùng điện tích âm bởi vì liên kết cộng hóa trị với silic. Vì thế, nguyên tử oxy cần phải cách xa lẫn nhau để có thể giảm lực đẩy giữa chúng. Dạng hình học tốt nhất để giảm lực đẩy là dạng tứ diện. Các cation ở hai bát diện khác nhau là M1 và M2 tạo thành liên kết ion với các anion silicat. M1 và M2 khác biệt chút ít: M2 lớn hơn và có quy luật hơn M1 như trong hình 1. Sự sắp xếp trong cấu trúc forsterit đặc. Nhóm không gian của cấu trúc này là Pbnm và nhóm điểm là 2/m 2/m 2/m tạo nên cấu trúc tinh thể hình thoi.
Cấu trúc này của forsterit có thể hình thành một hỗn hợp rắn bằng cách thay thế magie với sắt. Sắt có thể hình thành hai cation khác nhau, đó là Fe²⁺ và Fe³⁺. Ion sắt (II) có cùng điện tích với ion magie và bán kính rất giống với magie. Vì lẽ đó, Fe²⁺ có thể thay thế ion magie trong cấu trúc olivin.
Một trong những yếu tố quan trọng làm tăng lượng forsterit trong hỗn hợp rắn olivin là tỉ lệ ion sắt (II) với ion sắt (III) trong magma. Khi ion sắt (II) bị oxi hóa và trở thành ion sắt (III), ion sắt (III) không thể hình thành olivin bởi vì điện tích 3+. Sự xuất hiện của forsterit bởi vì sự oxi hóa sắt đã được quan sát ở nứi lửa Stromboli ở Ý. Khi núi lửa nứt vỡ, hơi và khí thoát ra khởi lò magma. Nhiệt độ kết tinh của magma tăng khi khí thoát ra. Bởi vì ion sắt (II) bị oxy hóa bên trong magma, rất ít sắt (II) có sẵn để hình thành olivin giàu sắt. Vì thế, olivin kết tinh giàu Mg, và đá magma giàu forsterit được hình thành.

Khám phá và tên gọi

Forsterit được mô tả lần đầu vào năm 1824 ở núi Somma, Vesuvius, Ý. Nó được đặt tên bởi Armand Lévy vào năm 1824 theo tên nhà tự nhiên học và sưu tập khoáng vật người Anh Jacob Forster.