Вадслеит

Вадслејит — орторомпски минерал со формула β-(Mg,Fe)<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub>. Првпат бил пронајден во природата во Пис Ривер метеорит во Алберта. Се формира со фазна преобразба од оливин (α-(Mg,Fe)<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub>) при зголемување на притисокот и понатаму се преобразува во шпинелски-структурираниот рингвудит (γ-(Mg,Fe)<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub>) со понатамошно зголемување на притисокот. Структурата може да прифати ограничена количина други двовалентни катјони наместо магнезиум, но спротивно на α и γ структурите, β структура со збирна формула Fe<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub> не е термодинамички стабилна. Неговите параметри на ќелијата се приближно a = 5.7 Å, b = 11.71 Å и c = 8.24 Å.
Вадслеитот е стабилен во горниот дел од преминската зона на земјината обвивка помеѓу 410-520 километри длабочина. Поради присуството на кислородни атоми што не се врзани за силициум во Si<sub>2</sub>O<sub>7</sub> групите на вадслеитот, некои кислородни атоми остануваат недоволно врзани. Така, овие кислороди лесно се хидратираат, овозможувајќи високи концентрации на водородни атоми во минералот. Хидрираниот вадслејит се смета за потенцијално место за складирање вода во Земјината обвивка поради нискиот електростатски потенцијал на недоволно врзаните кислородни атоми. Иако вадслеитот не содржи H во својата хемиска формула, може да содржи повеќе од 3 проценти по маса H<sub>2</sub>O и може да коегзистира со хидрирана топенка при притисочно-температурни услови на транзициската зона. Растворливоста на водата и густината на вадслејит зависат од температурата и притисокот во Земјата. Иако нивниот максимален капацитет за складирање вода може да се намали на околу 0.5–1 wt% долж нормалниот геотерм, Преминската зона која содржи до 60 vol% вадслеит сè уште може да биде голем резервоар на вода во внатрешноста на Земјата. Понатаму, се смета дека преобразбата што резултира со вадслеит се случува и при ударен настан кога метеорит удира во Земјата или друга планета со многу голема брзина.
Вадслеитот првпат бил распознаен од Рингвуд и Маџор во 1966 година, а како стабилна фаза бил потврден од Акимото и Сато во 1968 година. Фазата првично била позната како β-Mg<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub> или „бета-фаза“. Вадслеитот е именуван по минералогот Артур Дејвид Вадслеј (1918–1969).
1 Состав
Во вредности на масен процент на оксиди, чистата магнезиска варијанта на вадслеит би содржела 42.7% SiO<sub>2</sub> и 57.3% MgO по маса. Анализа на елементите во траги во вадслеит покажува голем број елементи: рубидиум (Rb), стронциум (Sr), бариум (Ba), титан (Ti), циркониум (Zr), ниобиум (Nb), хафниум (Hf), тантал (Ta), ториум (Th) и ураниум (U). Ова укажува дека концентрациите на овие елементи може да бидат поголеми од претпоставеното во транзициската зона на горната обвивка на Земјата. Покрај тоа, овие резултати помагаат во разбирањето на хемиската диференцијација и магматизмот во внатрешноста на Земјата.
Иако номинално е безводен, вадслеитот може да инкорпорира повеќе од 3 проценти по маса H<sub>2</sub>O, што значи дека може да присвои повеќе вода отколку океаните на Земјата и може да биде значаен резервоар за H (или вода) во внатрешноста на Земјата.
2 Геолошка појава
Вадслеитот бил пронајден во метеоритот Пис Ривер, L6 хиперстенов-оливински хондрит од Пис Ривер, Алберта, Канада. Се смета дека вадслеитот во овој метеорит се формирал при висок притисок за време на ударниот настан поврзан со падот на метеоритот на Земјата, од оливин во сулфидно-богати вени на метеоритот. Се јавува како микрокристални фрагменти од карпа, често со дијаметар помал од .
3 Структура
Вадслеитот е шпинелоид, а структурата се основа на изобличено коцкесто најгусто пакување на кислородни атоми како кај шпинелите. a-оската и b-оската се половина од дијагоналата на шпинелската единична ќелија. Магнезиумот и силициумот се целосно уредени во структурата. Постојат три различни октаедарски местоположби, M1, M2 и M3, и една тетраедарска местоположба. Вадслеитот е соросиликат во кој се присутни Si<sub>2</sub>O<sub>7</sub> групи. Во структурата постојат четири различни кислородни атоми. O2 е премостувачки кислород споделен меѓу две тетраедри, а O1 е несиликатен кислород (не е врзан со Si). Потенцијално хидрираниот O1 атом се наоѓа во средината на четири рабно-споделени Mg<sup>2+</sup> октаедари. Ако овој кислород е хидриран (протониран), може да се појави Mg празнина на позицијата M3. Ако инкорпорацијата на вода надмине околу 1.5%, празнините на M3 може да се уредат со нарушување на просторната група ''Imma'', намалувајќи ја симетријата до моноклинска ''I''2/''m'' со бета агол до 90.4º.
Вадслеит II е посебна шпинелоидна фаза со и единечни (SiO<sub>4</sub>) и двојни (Si<sub>2</sub>O<sub>7</sub>) тетраедарски единици. Тој е магнезиум-железен силикат со променлив состав што може да се појави помеѓу стабилните региони на вадслеит и рингвудит γ-Mg<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub>, но пресметковни модели сугерираат дека барем чистата магнезиска форма не е стабилна. Една петтина од атомите на силициум се во изолирани тетраедри, а четири петтини се во Si<sub>2</sub>O<sub>7</sub> групи, така што структурата може да се смета како мешавина од една петтина спинел и четири петтини вадслеит.
4 Кристалографија и физички својства
Вадслеитот кристализира во орторомпски кристален систем и има волумен на единична ќелија од 550.00 Å<sup>3</sup>. Неговата просторна група е ''Imma'', а параметрите на ќелијата се a = 5.6921 Å, b = 11.46 Å и c = 8.253 Å; независно истражување ги утврдила параметрите како a = 5.698 Å, b = 11.438 Å и c = 8.257 Å. Чистиот магнезиски вадслеит е безбоен, но разновидностите што содржат железо се темнозелени. Минералите на вадслеитот генерално имаат микрокристална текстура и се искршени. Поради малата големина на кристалите, детални оптички податоци не можеле да се добијат; сепак, вадслеитот е анизотропен со ниски прво-редни бипреломни бои. Тој е биаксијален со среден показател на прекршување n = 1.76 и има пресметана специфична тежина од 3.84. Во X-зрачна прашкаста дифракција, неговите најсилни линии во образецот се: 2.886(50)(040), 2.691(40)(013), 2.452(100,141), 2.038(80)(240), 1.442(80)(244).
5 Брзини на звук
Савамото и неговите соработници (1984) првпат ги измериле P-брановите (Vp) и S-брановните (Vs) брзини на Mg-крајниот член на вадслеит при амбиентални услови со Брилуенова спектроскопија. Нивните податоци укажале дека фазниот премин оливин–вадслеит би предизвикал зголемување на Vp од ~13% и на Vs од ~14%. Затоа, фазниот премин оливин–вадслеит се смета за главна причина за сеизмичкиот дисконтинуитет на 410 km на границата помеѓу Горната обвивка и преминската зона на обвивката на Земјата.
6 Именување
Артур Дејвид Вадслеј (1918–1969) ја добил привилегијата минералот да биде именуван по него поради неговите придонеси во геологијата, како што се кристалографијата на минерали и други неоргански соединенија. Предлогот вадслеит да биде именуван по Вадслеј бил одобрен од Комисијата за нови минерали и имиња на минерали при Меѓународниот минералошки сојуз. Типскиот примерок денес се чува во колекцијата на Одделот за геологија при Универзитетот на Алберта.