М.М. Таран, ШТУЧНІ СПІВІСНУЮЧІ ВАДСЛЕІТ β-(Mg,Fe)2SiO4 І РИНГВУДИТ γ-(Mg,Fe)2SiO4: ОПТИКО-СПЕКТРОСКОПІЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ

https://doi.org/10.15407/mineraljournal.43.04.003

УДК 549.08

ШТУЧНІ СПІВІСНУЮЧІ ВАДСЛЕІТ β-(Mg,Fe)2SiO4 І РИНГВУДИТ γ-(Mg,Fe)2SiO4: ОПТИКО-СПЕКТРОСКОПІЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ

М.М. Таран, д-р геол.-мін. наук, старш. наук. співроб., зав. від.

Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України

03142, м. Київ, Україна, пр-т Акад. Палладіна, 34

E-mail: m_taran@hotmail.com; orcid: 0000-0001-7757-8829

Мова: англійська

Мінералогічний журнал 2021, 43 (4): 03-10

Анотація: Вивчено штучно вирощені високобаричні α- і β-модифікації олівіну складу (Mg1–xFex)2SiO4, вадслеіт і рингвудит, відповідно, за допомогою методу оптичної спектроскопії за звичайних умов і за високих гідростатичних тисків. Також вивчено вплив на кристали термічного прожарювання. У разі рингвудиту встановлено, що гідростатичне стиснення до ~13 ГПа і наступна декомпресія спричинюють зміни в оптичних спектрах і, внаслідок, у характері забарвлення, що є явною ознакою того, що частина іонів Fe2+ окиснюється до Fe3+. Спектри як рингвудиту, так і вадслеіту змінюються і внаслідок прожарювання обох мінералів на повітрі за температури до 300 °C. Інтенсивність дозволених за спіном смуг Fe2+ зменшується, а інтенсивність смуг переносу заряду O2– → Fe3+, представлена в спектрах у вигляді краю УФ-поглинання, зростає. Ці кристалохімічні зміни видно як ослаблення синього (рингвудит) і зеленого (вадслеіт) забарвлення і супутнього підсилення водночас жовтуватих відтінків. Ефекти окиснення Fe2+ до Fe3+ у ході декомпресії, а також під час прожарювання за відносно низьких температур можуть бути причиною руйнування указаних фаз в процесах їхнього виносу із перехідної зони в процесах глибинного кімберлітового вулканізму або внаслідок підйому (ексгумації) рингвудит- і вадслеітвмісних порід із зон субдукції. Унаслідок ці мінерали земного генезису надійно ще не встановлені.

Ключові слова: рингвудит, вадслеіт, оптичні спектри, вплив температури і тиску.

Література:

  1. Burns R.G. Mineralogical Applications of Crystal Field Theory. 2nd ed. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1993. 576 p.
  2. Cox P.A. Electron transfer between exchange-coupled ions in mixed-valence compounds. Chem. Phys. Lett. 1980. 69, № 2. P. 340—343. https://doi.org/10.1016/0009-2614(80)85076-7
  3. Deer W.A., Howie R.A., Zussman J. Rock forming minerals: orthosilicates. 2nd ed. London, Geological Society of London, 1997.
  4. Frank C.W., Drickamer H.G. High pressure chemistry and physics of iron compounds. Ed. Strens R.G.J. The Physics and Chemistry of Minerals and Rocks. New York: Wiley, 1976. P. 509—544.
  5. Girerd J.J. Electron transfer between magnetic ions in mixed valence binuclear systems. J. Chem. Phys. 1983. 79, № 4. P. 1766—1775. https://doi.org/10.1063/1.446021
  6. Glazovskaya L.I., Feldman V.I. Pertrology of ringwoodite-bearing pumice in the El Gasco area, Western Spain. Petrology. 2012. 20, № 5. P. 415—426. https://doi.org/10.1134/S0869591112050049
  7. Griffin W.L., Afonso J.C., Belousova E.A., Gain S.E., Gong X.-H., González-Jiménez J.M., Howell D., Huang J.-X., McGowan N., Pearson N.J., Satsukawa T., Shi R., Williams P., Xiong Q., Yang J.-S., Zhang M., O’Reilly S. Mantle Recycling: Transition Zone Metamorphism of Tibetan Ophiolitic Peridotites and its Tectonic Implications. J. Petrol. 2016. 57, № 4. P. 655—684. https://doi.org/10.1093/petrology/egw011
  8. Keppler H., Smyth R.J. Optical and near infrared spectra of ringwoodite to 21.5 GPa: Implications for radiative heat transport in the mantle. Amer. Mineral. 2005. 90, № 7. P. 1209—1212. https://doi.org/10.2138/am.2005.1908
  9. Khomenko V.M., Platonov A.N. The influence of the O-O edge distances on the Fe2+ → Fe3+ charge transfer bands energies in amphiboles. Phys. Chem. Minerals. 1996. 23, № 4. P. 243. https://doi.org/10.1007/BF00207761
  10. Mattson S.M., Rossman G.R. Identifying characteristics of charge transfer transitions in minerals. Phys. Chem. Minerals. 1987. 14, № 1. P. 94—99. https://doi.org/10.1007/BF00311152
  11. Mrosko M., Lenz S., McCammon C.A., Taran M., Wirth R., Koch-Müller M. Hydrogen incorporation and the oxidation state of iron in ringwoodite: a spectroscopic study. Amer. Mineral. 2013. 98, № 4. P. 629—636. https://doi.org/10.2138/am.2013.4245
  12. Núñez-Valdez M., da Silveira P., Wentzcovitch R.M. Influence of iron on the elastic properties of wadsleyite and ringwoodite. J. Geophys. Res. 2011. 116, № B12. P. 12207. https://doi.org/10.1029/2011JB008378
  13. Pearson D.G., Brenker F.E., Nestola F., McNeill J., Nasdala L., Hutchison M.T., Matveev S., Mather K., Silversmit G., Schmitz S., Vekemans, Vincze L. Hydrous mantle transition zone indicated by ringwoodite included within diamond. Nature. 2014. 507. P. 221—224. https://doi.org/10.1038/nature13080
  14. Sherman D.M. Molecular orbital (SCF-Xa-SW) theory of metal-metal charge transfer processes in minerals. I. Application to Fe2+ → Fe3+ charge transfer and "electron delocalization" in mixed-valence iron oxides and silicates. Phys. Chem. Minerals. 1987. 14, № 4. P. 355—363. https://doi.org/10.1007/BF00309810
  15. Smith G. Low-temperature optical studies of metal-metal charge-transfer transitions in various minerals. Canad. Mineral. 1977. 15, № 4. P. 500—507.
  16. Smith G., Strens R.G.J. Intervalence transfer absorption in some silicate, oxide and phosphate minerals. Ed. Strens R.G.J. The Physics and Chemistry of Minerals and Rocks. New York: Wiley, 1976. P. 583—612.
  17. Smyth J.R., Holl C.M., Langenhorst F., Laustsen H.M.S., Rossman G.R., Kleppe A., McCammon C.A., Kawamoto T., van Aken P.A. Crystal chemistry of wadsleyite II and water in the Earth’s interior. Phys. Chem. Minerals. 2005. 31, № 10. P. 691—705. https://doi.org/10.1007/s00269-004-0431-x
  18. Sobolev N.V., Logvinova A.M., Zedgenizov D.A., Pokhilenko N.P., Kuzmin D.V., Sobolev A. Olivine inclusions in Siberian diamonds: high-precision approach to minor elements. Eur. J. Miner. 2008. 20, № 3. P. 305—315. https://doi.org/10.1127/0935-1221/2008/0020-1829
  19. Taran M.M. Optical spectroscopy of ions of transition metals of minerals at different temperatures and pressures: spectroscopic, crystal chemical and thermodynamic aspects. Kyiv: Nauk. dumka, 2020. 400 p. [in Ukrainian].
  20. Taran M.N., Koch-Müller M. Optical spectroscopic investigation of synthetic coexisting wadsleyite and ringwoodite. 14th Int. Conf. Experimental Mineralogy, Petrology, Geochemistry EMPG, 03-06.03.2012, Kiel, Germany, Abstracts P. 136.
  21. Taran M.N., Koch-Müller M., Wirth R., Abs-Wurmbach I., Rhede D., Greshake A. Spectroscopic studies of synthetic and natural ringwoodite, g-(Mg,Fe)2SiO4. Phys. Chem. Minerals. 2009. 36, № 4. P. 217—232. https://doi.org/10.1007/s00269-008-0271-1
  22. Taran M.N., Langer K. Temperature and pressure dependence of intervalence charge transfer bands in spectra of some Fe- and Fe, Ti-bearing oxygen-based minerals. N. Jb. Miner. Abh. 1998. 172, № 2. P. 325—346. 10.1127/njma/172/1998/325
  23. Taran M.N., Langer K., Platonov A.N. Pressure- and temperature-effects on exchange-coupled-pair bands in electronic spectra of some oxygen-based iron-bearing minerals. Phys. Chem. Minerals. 1996. 23, № 4—5. P. 230—236. https://doi.org/10.1007/BF00207754
  24. Taran M.N., Ohashi H., Koch-Müller M. Optical spectroscopic study of synthetic NaScSi2O6—CaNiSi2O6 pyroxenes at normal and high pressures. Phys. Chem. Minerals. 2008. 35, № 3. P. 117—127. https://doi.org/10.1007/s00269-007-0202-6
  25. Thomas S.-M., Bina C.R., Jacobsen S.D., Goncharov A.F. Radiative heat transfer in a hydrous mantle transition zone. Earth and Planet. Sci. Lett. 2012. 357—358, № 1. P. 130—136. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2012.09.035
  26. Wong K.Y., Schatz P.N., Piepo S.B. Vibronic coupling model for mixed-valence compounds. Comparisons and predictions. J. Amer. Chem. Soc. 1979. 101, № 11. P. 2793—2803. https://doi.org/10.1021/ja00505a001

PDF

Українська