Оливин – (Mg,Fe)2SiO4 химиялық формуласы бар магний-темір силикаты. Жер қабығының құрамында көп, климатты өзгертуге қарсы қолданылады, әрі зергерлік тас ретінде пайдаланылады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Магний темір кремнийі қатты ерітінділер сериясы минералы
Magnesium iron silicate solid solution series mineral
Оливин минералы ( /ˈɒl//ɪ//v//iː//n/) – химиялық формуласы (Mg,Fe)2SiO4 болатын магний темір кремнийі. Ол незосиликат немесе ортосиликаттың бір түрі. Жердің жоғарғы мантиясының негізгі құрауышы, ол Жердің жер қойнауында кең таралған минерал, бірақ жер бетінде тез ыдырайды. Осы себепті оливин климаттың өзгеруін азайту мақсатында Жердің мұхиттары мен атмосферасынан көмірқышқыл газын сіңіру үшін үдетілген ыдырауға жақсы кандидат ретінде ұсынылған. Оливиннің тарихи қолданыстары көп, мысалы, бағалы тас перидот (немесе хризолит), сондай-ақ металл өңдеу процестері сияқты өнеркәсіптік қолданыстар. Қатты ерітінділер сериясының екі шеткі мүшесі арасындағы магний мен темірдің арақатынасы өзгереді: форстерит (Mg шеткі мүшесі) және фаялит (Fe шеткі мүшесі). Оливиннің құрамы әдетте форстерит (Fo) және/немесе фаялит (Fa) молярлық пайыздық көрсеткіштерімен беріледі (мысалы, Fo70Fa30 немесе жай ғана Fo70, Fa30 түсіндіріледі). Форстериттің атмосфералық қысымдағы балқу температурасы ерекше жоғары, шамамен , ал фаялиттің температурасы әлдеқайда төмен – шамамен . Балқу температурасы екі шеткі мүше арасында үздіксіз өзгереді, сондай-ақ басқа да қасиеттері де. Оливин құрамында оттегі (O), кремний (Si), магний (Mg) және темір (Fe) элементтерінен басқа аз мөлшерде ғана басқа элементтер кездеседі. Марганец (Mn) және никель (Ni) ең жоғары концентрациядағы қосымша элементтер болып табылады. Оливин ұқсас құрылымға ие минералдар тобына (оливин тобы) өзінің атын береді, оған тефроит (Mn2SiO4), монтицеллит (CaMgSiO4), ларнит (Ca2SiO4) және киршштейн (CaFeSiO4) (кейде кирштейнит деп те жазылады) кіреді. Оливиннің кристалдық құрылымы орторомбтық P Bravais торының ерекшеліктерін қамтиды, ол әр кремний (SiO4) бірлігі металл дивалентті катиондармен байланысуынан туындайды, SiO4 әр оттегі үш металл ионымен байланысқан. Ол магнетит сияқты спинель тәрізді құрылымға ие, бірақ екі үштік және бір екілік катионның орнына M22+ M4+O4 төрттік және екілік катиондарды пайдаланады.
The mineral olivine ('/ɒ//l//.//ᵻ/,/v//iː//n/) is a magnesium iron silicate with the chemical formula |auto=1|(Mg,Fe)2SiO4. It is a type of nesosilicate or orthosilicate. The primary component of the Earth's upper mantle, it is a common mineral in Earth's subsurface, but weathers quickly on the surface. For this reason, olivine has been proposed as a good candidate for accelerated weathering to sequester carbon dioxide from the Earth's oceans and atmosphere, as part of climate change mitigation. Olivine also has many other historical uses, such as the gemstone peridot (or chrysolite), as well as industrial applications like metalworking processes. The ratio of magnesium to iron varies between the two endmembers of the solid solution series: forsterite (Mg endmember: ) and fayalite (Fe endmember: ). Compositions of olivine are commonly expressed as molar percentages of forsterite (Fo) and/or fayalite (Fa) (e. g., Fo70Fa30, or just Fo70 with Fa30 implied). Forsterite's melting temperature is unusually high at atmospheric pressure, almost , while fayalite's is much lower – about Melting temperature varies smoothly between the two endmembers, as do other properties. Olivine incorporates only minor amounts of elements other than oxygen (O), silicon (Si), magnesium (Mg) and iron (Fe). Manganese (Mn) and nickel (Ni) commonly are the additional elements present in highest concentrations. Olivine gives its name to the group of minerals with a related structure (the olivine group) – which includes tephroite (Mn2SiO4), monticellite (CaMgSiO4), larnite (Ca2SiO4) and kirschsteinite (CaFeSiO4) (commonly also spelled kirschteinite). Olivine's crystal structure incorporates aspects of the orthorhombic P Bravais lattice, which arise from each silica (SiO4) unit being joined by metal divalent cations with each oxygen in SiO4 bound to three metal ions. It has a spinel like structure similar to magnetite but uses one quadrivalent and two divalent cations M22+ M4+O4 instead of two trivalent and one divalent cations.
Анықтама және парагенез
Оливин әдетте зәйтүн жасыл түсімен аталады, бірақ темірдің тотығуынан қызғылт түске өзгеруі мүмкін. Мөлдір оливин кейде перидот деп аталатын әшекей тасы ретінде қолданылады (перидот – француз тілінде оливин сөзі). Ол сондай-ақ хризолит (немесе хризолит, грек тілінде «алтын» және «тас» деген сөздерден алынған) деп те аталады, бірақ бұл атау қазіргі ағылшын тілінде сирек қолданылады. Қызыл теңіздегі Забаргад аралындағы мантиалық тау жыныстарынан ең жақсы сапалы оливин алынған. Оливин мафикалық және ультрамафикалық магмалық жыныстарда, сондай-ақ кейбір метаморфтық жыныстардағы негізгі минерал ретінде кездеседі. Магнийге бай оливин магнийге бай және кремнийге азырақ магмадан кристалданады. Осы магма габбро және базальт сияқты мафикалық жыныстарға айналады. Ультрамафикалық жыныстар көбінесе көп мөлшерде оливин қамтиды, ал оливин құрамы 40%-дан жоғары жыныстар перидотиттер деп аталады. Дуниттің оливин құрамы 90%-дан астам, және ол оливиннің кристалданып, магмадан немесе магма арналарын қаптаған минералдық жинақтардан шөгіп қалуынан пайда болған кумулят болуы мүмкін. Оливин және жоғары қысымдағы құрылымдық түрлері Жердің жоғарғы мантиасының 50%-дан астамын құрайды, ал оливин көлем бойынша Жердегі ең көп таралған минералдардың бірі. Магнийге бай және кремнийге азырақ доломит немесе басқа шөгінді жыныстардың метаморфизмі магнийге бай оливин немесе форстериттің пайда болуына әкеледі. Fe-ге бай оливин – фаялит салыстырмалы түрде сирек кездеседі, бірақ ол магмалық жыныстарда, сирек кездесетін граниттер мен риолиттерде шамалы мөлшерде кездеседі, ал Fe-ге өте бай оливин кварц пен тридимитпен бірге тұрақты болуы мүмкін. Керісінше, Mg-ге бай оливин кремний минералдарымен тұрақты түрде кездеспейді, себебі ол олармен реакцияға түсіп ортопироксенді (Mg,Fe)2Si2O6 құрайды. Mg-ге бай оливин Жердің шамамен тереңдігіне тең қысымда тұрақты. Жердің мантиасындағы ең көп таралған минерал ретінде саналатындықтан, оливиннің қасиеттері Жердің осы бөлігінің реологиясына және, демек, плиталардың қозғалысын қамтамасыз ететін қатты ағымға үлкен әсер етеді. Тәжірибелер көрсеткендей, жоғары қысымдағы (12 ГПа, шамамен тереңдіктегі қысым) оливин кем дегенде 8900 бөлік/млн (салмақ) суды қамти алады, ал мұндай судың болуы оливиннің қатты ағымға қарсы тұру қабілетін күрт төмендетеді. Сонымен қатар, оливиннің көп мөлшерде болуына байланысты, мантиадағы оливинге Жер мұхиттарындағыдан гөрі көп су сіңірілуі мүмкін. Оливин қарағайлы орман (өсімдіктер қауымдастығы) Норвегияға тән. Ол сирек кездеседі және Суннмор және Нордфьорд фьорд аймақтарындағы құрғақ оливин қырқаларында табады.
Olivine is named for its typically olive green color, though it may alter to a reddish color from the oxidation of iron. Translucent olivine is sometimes used as a gemstone called peridot (péridot, the French word for olivine). It is also called chrysolite (or chrysolithe, from the Greek words for gold and stone), though this name is now rarely used in the English language. Some of the finest gem quality olivine has been obtained from a body of mantle rocks on Zabargad Island in the Red Sea. Olivine occurs in both mafic and ultramafic igneous rocks and as a primary mineral in certain metamorphic rocks. Mg rich olivine crystallizes from magma that is rich in magnesium and low in silica. That magma crystallizes to mafic rocks such as gabbro and basalt. Ultramafic rocks usually contain substantial olivine, and those with an olivine content of over 40% are described as peridotites. Dunite has an olivine content of over 90% and is likely a cumulate formed by olivine crystallizing and settling out of magma or a vein mineral lining magma conduits. Olivine and high pressure structural variants constitute over 50% of the Earth's upper mantle, and olivine is one of the Earth's most common minerals by volume. The metamorphism of impure dolomite or other sedimentary rocks with high magnesium and low silica content also produces Mg rich olivine, or forsterite. Fe rich olivine fayalite is relatively much less common, but it occurs in igneous rocks in small amounts in rare granites and rhyolites, and extremely Fe rich olivine can exist stably with quartz and tridymite. In contrast, Mg rich olivine does not occur stably with silica minerals, as it would react with them to form orthopyroxene (|(Mg,Fe)2Si2O6). Mg rich olivine is stable to pressures equivalent to a depth of about within Earth. Because it is thought to be the most abundant mineral in Earth's mantle at shallower depths, the properties of olivine have a dominant influence upon the rheology of that part of Earth and hence upon the solid flow that drives plate tectonics. Experiments have documented that olivine at high pressures (12 GPa, the pressure at depths of about ) can contain at least as much as about 8900 parts per million (weight) of water, and that such water content drastically reduces the resistance of olivine to solid flow. Moreover, because olivine is so abundant, more water may be dissolved in olivine of the mantle than is contained in Earth's oceans. Olivine pine forest (a plant community) is unique to Norway. It is rare and found on dry olivine ridges in the fjord districts of Sunnmøre and Nordfjord.
Жерден тыс құбылыстар
Магнийге бай оливин метеориттерде, Ай мен Марста, жас жұлдыздарға түсіп, 25143 Итокава астероидінде де табылды. Мұндай метеориттерге Күн жүйесінің ерте кезеңдерінен қалған қалдықтар жиынтығы – хондриттер, және темір-никель мен оливин қоспасы – палласиттер жатады. А типіндегі сирек астероидтердің беті оливинмен қапталған болуы мүмкін деп есептеледі. Оливиннің спектральдық сипаттамасы жас жұлдыздардың шаң дискілерінде байқалды. Кометалардың құйрықтары (жас Күннің шаң дискісінен пайда болған) көбінесе оливиннің спектральдық сипаттамасын көрсетеді, және 2006 жылы Stardust ғарыш кемесінен алынған комета үлгілерінде оливиннің болуы расталды. Бета Пикторис жұлдызының планеталық белдеуінде (магнийге бай) кометаға ұқсас оливин де анықталды.
Mg rich olivine has also been discovered in meteorites, on the Moon and Mars, falling into infant stars, as well as on asteroid 25143 Itokawa. Such meteorites include chondrites, collections of debris from the early Solar System; and pallasites, mixes of iron nickel and olivine. The rare A type asteroids are suspected to have a surface dominated by olivine. The spectral signature of olivine has been seen in the dust disks around young stars. The tails of comets (which formed from the dust disk around the young Sun) often have the spectral signature of olivine, and the presence of olivine was verified in samples of a comet from the Stardust spacecraft in 2006. Comet like (magnesium rich) olivine has also been detected in the planetesimal belt around the star Beta Pictoris.
Кристалдық құрылым
Оливин тобындағы минералдар оқшауланған силикат тетраэдрлеріне ие орторомбалық жүйеде (ғарыш тобы Pbnm) кристалданады, бұл оливиннің несосиликат екенін көрсетеді. Құрылымын тығыз, гексагонды түрде орналасқан оттегі иондарының массиві ретінде сипаттауға болады, онда октаэдрлік орындардың жартысы магний немесе темір иондарымен, ал тетраэдрлік орындардың сегізден бірі кремний иондарымен толтырылған. Үш ерекше оттегі орны (1-суретте O1, O2 және O3 деп белгіленген), екі ерекше металл орны (M1 және M2) және тек бір кремний орны бар. O1, O2, M2 және Si айна жазықтығында орналасқан, ал M1 инверсия орталығында. O3 жалпы позицияда орналасқан.
Minerals in the olivine group crystallize in the orthorhombic system (space group Pbnm) with isolated silicate tetrahedra, meaning that olivine is a nesosilicate. The structure can be described as a hexagonal, close packed array of oxygen ions with half of the octahedral sites occupied with magnesium or iron ions and one eighth of the tetrahedral sites occupied by silicon ions. There are three distinct oxygen sites (marked O1, O2 and O3 in figure 1), two distinct metal sites (M1 and M2) and only one distinct silicon site. O1, O2, M2 and Si all lie on mirror planes, while M1 exists on an inversion center. O3 lies in a general position.
Жоғары қысымды полиморфтар
Жердің тереңдігінде кездесетін жоғары температура мен қысым кезінде оливин құрылымы тұрақты болмайды. Оливин шамамен тереңдікте экзотермиялық фазалық ауысуға ұшырап, соросиликатқа – вадслейтке өтеді, ал шамамен тереңдікте вадслейт экзотермиялық түрлену арқылы рингвудтитке айналады, ол шпинель құрылымына ие. Шамамен 660 км тереңдікте рингвудит эндотермиялық реакция нәтижесінде силикатты перовскитке (Mg,Fe)SiO3) және ферропериклазға (Mg,Fe)O) ыдырайды. Бұл фазалық ауысулар Жер мантиясының тығыздығында үзіліссіз өсімге алып келеді, оны сейсмикалық әдістермен байқауға болады. Олар мантия конвекциясының динамикасына да әсер етеді деп саналады, себебі экзотермиялық ауысулар фазалық шекарадағы ағынды күшейтеді, ал эндотермиялық реакция оған кедергі келтіреді. Бұл фазалық ауысулар болатын қысым температура мен темір мазмұнына байланысты. Мысалы, таза магнийдің соңғы мүшесі – форстерит, вадслейтке 410 км, ал рингвудитке жоғары қысымда өзгереді. Темір мазмұнын арттыру фазалық ауысудың қысымын төмендетеді және вадслеиттің тұрақтылық аймағын тарылтады. Шамамен 0.8 моль фракциядағы фаялит оливин қысым диапазонында тікелей рингвудитке айналады. Фаялит төмен қысымда шпинельге айналады. Температураны арттыру осы фазалық ауысулардың қысымын жоғарылатады.
At the high temperatures and pressures found at depth within the Earth the olivine structure is no longer stable. Below depths of about olivine undergoes an exothermic phase transition to the sorosilicate, wadsleyite and, at about depth, wadsleyite transforms exothermically into ringwoodite, which has the spinel structure. At a depth of about , ringwoodite decomposes into silicate perovskite (|(Mg,Fe)SiO3) and ferropericlase (|(Mg,Fe)O) in an endothermic reaction. These phase transitions lead to a discontinuous increase in the density of the Earth's mantle that can be observed by seismic methods. They are also thought to influence the dynamics of mantle convection in that the exothermic transitions reinforce flow across the phase boundary, whereas the endothermic reaction hampers it. The pressure at which these phase transitions occur depends on temperature and iron content. At , the pure magnesium end member, forsterite, transforms to wadsleyite at and to ringwoodite at pressures above Increasing the iron content decreases the pressure of the phase transition and narrows the wadsleyite stability field. At about 0.8 mole fraction fayalite, olivine transforms directly to ringwoodite over the pressure range Fayalite transforms to spinel at pressures below Increasing the temperature increases the pressure of these phase transitions.
Ауа райының әсері
Оливин – Голдихтың еріту қатары бойынша жер бетіндегі салыстырмалы түрде тұрақсыз кең таралған минералдардың бірі. Ол судың қатысуымен тез иддингситке (балшық минералдары, темір оксидтері және ферригидриттің қоспасы) айналады. Оливиннің ауа райына ұшырау жылдамдығын жасанды түрде арттыру, мысалы, жағажайларда ұсақ ұнтақталған оливин шашу арқылы, CO2-ні тұтқындаудың арзан жолы ретінде ұсынылған. Марста иддингситтің болуы, бұрын онда сұйық су болғанын көрсетеді және ғалымдарға планетада соңғы рет сұйық судың қашан болғанын анықтауға көмектеседі. Оливиннің жылдам ауа райына ұшырауына байланысты, ол шөгінді тау жыныстарында сирек кездеседі.
Olivine is one of the less stable common minerals on the surface according to the Goldich dissolution series. It alters into iddingsite (a combination of clay minerals, iron oxides and ferrihydrite) readily in the presence of water. Artificially increasing the weathering rate of olivine, e. g. by dispersing fine grained olivine on beaches, has been proposed as a cheap way to sequester CO2. The presence of iddingsite on Mars would suggest that liquid water once existed there, and might enable scientists to determine when there was last liquid water on the planet. Because of its rapid weathering, olivine is rarely found in sedimentary rock.
Норвегия
Норвегия Еуропада оливиннің негізгі көзі, әсіресе Ахаймнан Тафьордқа дейінгі және Суннмёр ауданының Хорниндалдан Флемсёйге дейінгі аймағында. Ейд муниципалитетінде де оливин кездеседі. Әлемдегі өнеркәсіптік қолданысқа арналған оливиннің шамамен 50%-ы Норвегияда өндіріледі. Svarthammaren-де, Норддалда 1920 жылдан 1979 жылға дейін оливин өндірілді, тәулігіне 600 тоннаға дейін шығарылды. Тафьордтағы су электр стансаларының құрылыс алаңынан да оливин алынды. Норддал муниципалитетіндегі Роббервикада 1984 жылдан бері ашық карьер жұмыс істеп келеді. Ерекше қызыл түс "қызыл" деген сөзді қамтитын бірнеше жергілікті атауларда көрінеді, мысалы Раудбергвик (Қызыл тас шығанағы) немесе Рауднаккен (Қызыл қырат). Ханс Стрём 1766 жылы оливиннің беткі қабатындағы қызыл және ішкі қабатындағы көк түсін сипаттаған. Стрём Норддал ауданында оливиннің көп мөлшерде тастан бөлініп, кескіш тастар ретінде қолданылғанын жазды. Тафьорд маңындағы Каллскарет – оливинге арналған табиғат қорығы.
Norway is the main source of olivine in Europe, particularly in an area stretching from Åheim to Tafjord, and from Hornindal to Flemsøy in the Sunnmøre district. There is also olivine in Eid municipality. About 50% of the world's olivine for industrial use is produced in Norway. At Svarthammaren in Norddal olivine was mined from around 1920 to 1979, with a daily output up to 600 metric tons. Olivine was also obtained from the construction site of the hydro power stations in Tafjord. At Robbervika in Norddal municipality an open pit mine has been in operation since 1984. The characteristic red color is reflected in several local names with "red" such as Raudbergvik (Red rock bay) or Raudnakken (Red ridge). Hans Strøm in 1766 described the olivine's typical red color on the surface and the blue color within. Strøm wrote that in Norddal district large quantities of olivine were broken from the bedrock and used as sharpening stones. Kallskaret near Tafjord is a nature reserve with olivine.
Қолданылуы
Әлемде минералдық реакциялар арқылы көмірқышқыл газын тұрақтандырудың арзан тәсілдерін іздеу жүріп жатыр, бұл жасанды тозу деп аталады. Оливинмен реакция арқылы CO2-ні кетіру тартымды нұсқа, себебі ол кеңінен қолжетімді және атмосферадағы (қышқыл) CO2-мен оңай реакцияға түседі. Оливин ұсатылғанда, оның бөлшектің мөлшеріне байланысты, бірнеше жылдың ішінде толығымен тозып кетеді. Бір литр мұнайды жағудан пайда болатын барлық CO2, бір литрден аспайтын оливинмен сіңіріледі. Реакция экзотермиялық, бірақ баяу. Реакциядан бөлінетін жылуды электр энергиясын өндіру үшін пайдалану үшін, үлкен көлемдегі оливинды жылу оқшаулау қажет. Реакцияның соңғы өнімдері – кремний диоксиді, магний карбонаты және аздаған темір оксиді. "Проект Веста" атты коммерциялық емес ұйым, бұл тәсілді жағажайларда зерттеуде, толқындардың әсерінен ұсатылған оливиннің қозғалысы мен беттік ауданы артады. Оливин, темір өңдеу заводтарында доломит орнына қолданылады. Алюминий құю өнеркәсібі алюминийден заттар құю үшін оливин құмын пайдаланады. Оливин құмы, металл құю және жұмыс істеу кезінде қалыпты бірге ұстап тұру үшін, кремний құмына қарағанда аз су қажет етеді. Судың азаюы, металл қалыпқа құйылғанда қалыптан шығатын газдың (будың) азаюын білдіреді. Финляндияда оливин, сауна пештері үшін өте ыңғайлы тас ретінде сатылады, себебі оның тығыздығы салыстырмалы түрде жоғары және қайта-қайта қыздыру мен салқындату кезінде тозуға төзімді. Табиғи сапасы жоғары оливин, перидот деп аталатын бағалы тас ретінде қолданылады.
A worldwide search is on for cheap processes to sequester CO2 by mineral reactions, called enhanced weathering. Removal by reactions with olivine is an attractive option, because it is widely available and reacts easily with the (acid) CO2 from the atmosphere. When olivine is crushed, it weathers completely within a few years, depending on the grain size. All the CO2 that is produced by burning one liter of oil can be sequestered by less than one liter of olivine. The reaction is exothermic but slow. To recover the heat produced by the reaction to produce electricity, a large volume of olivine must be thermally well isolated. The end products of the reaction are silicon dioxide, magnesium carbonate, and small amounts of iron oxide. A nonprofit, Project Vesta, is investigating this approach on beaches which increase the agitation and surface area of crushed olivine through wave action. Olivine is used as a substitute for dolomite in steel works. The aluminium foundry industry uses olivine sand to cast objects in aluminium. Olivine sand requires less water than silica sands while still holding the mold together during handling and pouring of the metal. Less water means less gas (steam) to vent from the mold as metal is poured into the mold. In Finland, olivine is marketed as an ideal rock for sauna stoves because of its comparatively high density and resistance to weathering under repeated heating and cooling. Gem quality olivine is used as a gemstone called peridot.