橄榄石是什么?关于橄榄石的详细介绍

创闻科学2020-11-16 15:53:01

橄榄石是地球上地幔的主要矿物。它是一种镁和铁的硅酸盐,化学式是(Mg,Fe) SiO

橄榄石是矿物的名字,由橄榄石作为主要组分的岩石有橄榄岩(peridotite)和纯橄榄岩(dunite)。

橄榄石是由镁橄榄石(Mg SiO )和铁橄榄石(Fe SiO )两种端元组分形成的固溶体。橄榄石的成分经常由镁橄榄石(Forsterite,Fo)和铁橄榄石(Fayalite,Fa)的摩尔百分比来表示,例如Fo Fa 表示镁橄榄石端元组分占90%的橄榄石。在常压下,镁橄榄石的熔点为1890°C,铁橄榄石的熔点为1205°C。橄榄石的熔点在这两个端元组分之间随成分而平滑变化。与熔点类似,其他物理量也是如此变化。

除了氧、硅、镁、铁之外,橄榄石含有少量的其他元素,常见如镍和锰。与橄榄石结构相似的矿物组成了橄榄石类矿物。此类矿物包括锰橄榄石(Mn SiO )、钙镁橄榄石(CaMgSiO )以及钙铁橄榄石(CaFeSiO )。

识别和分布

天然橄榄石因其橄榄绿色而得名,这被认为是其中微量的镍元素所导致的。氧化的橄榄石会变得偏红。镁橄榄石为白色,铁橄榄石随形成环境的氧化程度不同,可呈现黄绿色、黄棕色或棕色。橄榄石通常以岩石的组分存在,但是当形成了明显可见的晶体时,会呈现半透明的颗粒状。橄榄石单晶有时被用来作为宝石称为贵橄榄石(péridot,法语单词橄榄石)。

地球上地幔中天然橄榄石成分从Fo 到Fo 不等,平均为Fo 。在辉长岩侵入体中,橄榄石的铁含量明显提高,可达Fo 。橄榄石主要存在于基性和超基性火成岩中,也存在于一些变质岩中。在研究中,目前科研人员广泛使用来自美国亚利桑那州San Carlos地区的天然橄榄石,我国河北省大马坪出产的橄榄石也经常被用于科研工作。

橄榄石在陨石、月球和火星中均有发现。橄榄石很可能是月幔中的主要矿物。2019年基于嫦娥四号在月球背面冯·卡门坑内的数据,科学家推测月幔富含橄榄石。橄榄石也被认为是火星幔中的主要矿物之一,目前科学家估计火星橄榄石的成为在Fo 到Fo

晶体结构

橄榄石类矿物的晶体均属斜方晶系(空间点群Pbnm)。其晶体结构内部有独立的硅氧四面体岛状结构,因此橄榄石属于孤立岛状硅酸盐。橄榄石的晶体结构可以被描述为六方最密堆积的氧离子体系中,一半的正八面体空隙被镁离子或者铁离子占据,另有1/8的正四面体空隙被硅离子占据。

在橄榄石的晶体结构中,氧离子占据三种不同的位置(在图中被标记为O1、O2和O3),金属离子占据两种不同的位置(M1和M2),但是硅离子只占据一种位置(Si)。O1、O2、M2和Si均处于镜像对称的对称面上,M1处在对称中心上,而O3的位置不具有特殊的对称性。

橄榄石存在着很强的各向异性。地震波沿其a轴,即[100]轴,传播最快,沿其b轴,即[010]轴传播最慢。当岩石中的橄榄石晶体沿一定方向定向排列(塑性变形是造成定向排列的原因之一),不同偏振方向的地震波会以不同的波速传播,这就导致了地震波的各向异性。

科学重要性

橄榄石主要存在于与扩张性板块边界和洋中脊热点相关的火成岩中,也存在于火山岩上涌过程中携带的捕虏体,以及陨石中。橄榄石的显微结构和化学特征可以揭示这些岩石在其形成和演化过程中的关键历史。

作为地球上地幔的主要矿物,橄榄石在不同温度、压力和化学环境下的流变学性质很大程度上影响了,甚至决定了岩石圈的强度,从而极大地影响着板块构造和地幔动力学。橄榄石的各向异性导致地震波传播过程中出现了速度差异,使得利用地震波探知上地幔物质运移方向成为了可能,是地震学研究的一个重要方向。

经济作用

作为宝石,橄榄石常用作八月的诞生石,也可作为饰品。

橄榄石的经济价值有限。在工业中,可以被用作钢铁工业中需要的研磨砂和耐火砂。橄榄石也被用于铝铸造工业的模具。

当前,国际上也在进行关于利用橄榄石进行固定二氧化碳的研究。橄榄石的风化过程会吸收二氧化碳,生成二氧化硅,碳酸镁和部分氧化铁。粉粹的橄榄石通常会在几年内完全风化。这样燃烧1升原油产生的二氧化碳,可以用不到一升的橄榄石来固定。此反应较为缓慢,并且放热。如果可以加速这一过程,在固碳的过程中,也可以用排出的热量来发电。