Рингвудит

Рингвудит — високопритисочна фаза на Mg<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub> (магнезиум силикат) формирана на високи температури и притисоци на Земјината обвивка помеѓу 525 и 660 километри длабочина. Може да содржи и железо и водород. Полиморфен е со форстерит во оливинската фаза (магнезиум железен силикат).
Рингвудит е познат по тоа што може да содржи хидроксидни јони во својата структура. Во овој случај, два хидроксидни јони обично го заменуваат магнезиумскиот јон и два оксидни јони.
Во комбинација со докази за неговото појавување длабоко во Земјината обвивка, ова покажува дека во преодната зона на обвивката, од 410 до 660 км длабочина, има од еден до три пати повеќе вода од еквивалентот на светскиот океан.
Овој минерал за прв пат бил распознаен во метеоритот Тенхам во 1969 година, и се претпоставува дека е присутен во големи количини во Земјината обвивка.
Оливинот, вадслеитот и рингвудитот се полиморфи кои се наоѓаат во горниот плашт на земјата. На длабочини поголеми од околу 660 километри, други минерали, вклучувајќи некои со перовскитна структура, се стабилни. Својствата на овие минерали одредуваат многу од својствата на плаштот.
Рингвудитот е именуван по австралискиот научник за Земјата Тед Рингвуд (1930–1993), кој ги проучувал полиморфните фазни премини кај вообичаените минерали оливин и пироксен при притисоци еквивалентни на длабочини до околу 600 км.
1 Карактеристики
Рингвудит е полиморфен со форстерит, Mg<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub> и има шпинелна структура. Минералите од шпинелната група кристализираат во изометрискиот систем со октаедарска структура. Оливинот е најзастапен во горниот плашт, над околу 410 километри; се смета дека оливинските полиморфи вадслеит и рингвудит доминираат во преодната зона на плаштот, зона присутна од околу 410 до 660 километри длабочина.
Се смета дека рингвудит е најзастапената минерална фаза во долниот дел од преодната зона на Земјата. Физичките и хемиските својства на овој минерал делумно ги одредуваат својствата на плаштот на тие длабочини. Опсегот на притисок за стабилност на рингвудит е во приближниот опсег од 18 до 23 паскали.
Природен рингвудит бил пронајден во многу хондритични метеорити, во кои рингвудитот се јавува во ситнозрнест поликристален агрегат.
Природниот рингвудит генерално содржи многу повеќе магнезиум отколку железо и може да формира серија од цврсти раствори без празнини од крајниот елемент од чист магнезиум до крајниот елемент од чисто железо. Вториот, крајниот член богат со железо од серијата цврсти раствори на γ-оливин, γ-Fe<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub><sub>,</sub> бил именуван како арензит во чест на американскиот минерален физичар Томас Џ. Аренс (1936–2010).
2 Геолошки појави
Кај метеоритите, рингвудит се јавува во вените на гаснењето на шок-топењето, сечејќи ја матрицата и заменувајќи го оливинот, веројатно произведен за време на шок метаморфизмот.
Во внатрешноста на Земјата, оливинот се јавува во горниот плашт на длабочини помали од околу 410 километри, а се претпоставува дека рингвудитот е присутен во преодната зона од околу 520 до 660 км длабочина. Дисконтинуитети на сеизмичката активност на околу 410 км, 520 км, а на 660 км длабочина се припишува на фазни премини што вклучуваат оливин и неговите полиморфи.
Дисконтинуитетот на длабочина од 520 км генерално се смета дека е предизвикан од преминот на оливинскиот полиморф вадслеит (бета-фаза) во рингвудит (гама-фаза), додека дисконтинуитетот на длабочина од 660 км е предизвикан од фазната преобразба на рингвудит (гама-фаза) во силикатен перовскит плус магнезиовюстит.
Се претпоставува дека рингвудитот во долната половина од преодната зона игра клучна улога во динамиката на плаштот, а пластичните својства на рингвудитот се сметаат за критични во одредувањето на протокот на материјалот во овој дел од плаштот. Способноста на рингвудитот да соедини хидроксид е важна поради неговиот ефект врз реологијата.
Рингвудит е синтетизиран под услови соодветни на преодната зона, содржи до 2,6 тежински проценти вода.
Бидејќи преодната зона помеѓу горниот и долниот плашт на Земјата помага во регулирањето на обемот на пренос на маса и топлина низ целата Земја, присуството на вода во овој регион, без разлика дали е глобално или локализирано, може да има значаен ефект врз реологијата на плаштот, а со тоа и врз циркулацијата на плаштот. Во зоните на субдукција, полето на стабилност на рингвудит е домаќин на високи нивоа на сеизмичност.
„Ултрадлабок“ дијамант (оној кој пораснал од голема длабочина) пронајден во Хуина во западен Бразил содржел опфат на рингвудит - во тоа време единствениот познат примерок од природно копнено потекло - со што се обезбедиле докази за значителни количини на вода како хидроксид во Земјината обвивка. Скапоцениот камен, долг околу 5 милиметри бил извлечен од ерупција на дијатремија. Инклузијата на рингвудит е премногу мала за да се види со голо око. Подоцна бил пронајден втор таков дијамант.
Плаштот може да содржи околу три пати повеќе вода, во форма на хидроксид содржан во кристалната структура на вадслеит и рингвудит, отколку океаните на Земјата заедно.
3 Синтетика
За експерименти, воден рингвудит е синтетизиран со мешање на прашоци од форстерит, бруцит, и силициум диоксид за да се добие посакуваниот конечен елементарен состав. Ставајќи го ова под 20 гигапаскали притисок на во текот на три или четири часа го претвора ова во рингвудит, кој потоа може да се олади и да се депресира.
4 Кристална структура
Рингвудитот има шпинелна структура, во кристален систем со просторна група ''Fd3m'' (или ''F43m''). На атомска скала, магнезиумот и силициумот се во и тетраедарска координација со кислород, соодветно. Врските Si-O и ''Mg'' -O имаат мешан јонски и ковалентен карактер. Параметарот на коцкестата единична ќелија е 8,063. Å за чист Mg<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub> и 8,234 Å за чист Fe <sub>2</sub> SiO<sub>4</sub>.
5 Хемиски состав
Составите на рингвудит се движат од чист Mg<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub> до Fe<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub> во експериментите за синтеза. Рингвудитот може да вклучи до 2,6 проценти од тежината H<sub>2</sub>O.
6 Физички својства
Физичките својства на рингвудитот се под влијание на притисокот и температурата. Во услови на притисок и температура во Преодната зона на плаштот, пресметаната вредност на густината на рингвудитот е 3,90 g/ cm<sup>3</sup> за чист Mg<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub>; 4,13 g/cm<sup>3</sup> за (Mg<sub>0.91</sub>,Fe<sub>0.09</sub>)<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub> од пиролитски мантил; и 4,85 g/ cm<sup>3</sup> за Fe<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub><sub>.</sub> Тоа е изотропен минерал со показател на прекршување n = 1,768.
Бојата на рингвудит варира кај метеоритите, кај различните агрегати кои содржат рингвудит, па дури и кај еден единствен агрегат. Агрегатите на рингвудит можат да ги покажат сите нијанси на сина, виолетова, сива и зелена боја или воопшто да немаат боја.
Подетален поглед на обоените агрегати покажува дека бојата не е хомогена, туку се чини дека потекнува од нешто со големина слична на кристалитите на рингвудит. Во синтетичките примероци, чистиот Mg рингвудит е безбоен, додека примероците што содржат повеќе од еден мол процент Fe<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub> се темно сини по боја. Се смета дека бојата се должи на пренос на полнеж од Fe2<sup>+</sup>–Fe3<sup>+</sup>.