El mineral olivino ( / ˈ ɒ l . ɪ ˌ v iː n / ) es un silicato de hierro y magnesio con la fórmula química ( Mg , Fe ) 2 Si O 4 . Es un tipo de nesosilicato u ortosilicato . El componente principal del manto superior de la Tierra , [9] es un mineral común en el subsuelo de la Tierra, pero se erosiona rápidamente en la superficie. El olivino tiene muchos usos, como la piedra preciosa peridoto (o crisólito), así como aplicaciones industriales como los procesos de metalurgia .
La relación de magnesio a hierro varía entre los dos extremos de la serie de solución sólida : forsterita (Mg-extremo: Mg
2SiO
4) y fayalita (miembro terminal de Fe: Fe
2SiO
4). Las composiciones de olivino se expresan comúnmente como porcentajes molares de forsterita (Fo) y/o fayalita (Fa) ( por ejemplo , Fo 70 Fa 30 , o simplemente Fo 70 con Fa 30 implícito). La temperatura de fusión de la forsterita es inusualmente alta a presión atmosférica, casi 1900 °C (3450 °F), mientras que la de la fayalita es mucho más baja, alrededor de 1200 °C (2190 °F). La temperatura de fusión varía suavemente entre los dos extremos, al igual que otras propiedades. El olivino incorpora solo cantidades menores de elementos distintos del oxígeno (O), silicio (Si), magnesio (Mg) y hierro (Fe). El manganeso (Mn) y el níquel (Ni) son comúnmente los elementos adicionales presentes en concentraciones más altas.
El olivino da su nombre al grupo de minerales con una estructura relacionada (el grupo del olivino ) , que incluye tefroíta ( Mn2SiO4 ), monticellita ( CaMgSiO4 ), larnita ( Ca2SiO4 ) y kirschsteinita (CaFeSiO4 ) ( comúnmente también escrita kirschteinita [ 10 ] ) .
La estructura cristalina del olivino incorpora aspectos de la red ortorrómbica P Bravais , que surge de cada unidad de sílice (SiO 4 ) unida por cationes divalentes metálicos con cada oxígeno en SiO 4 unido a tres iones metálicos. Tiene una estructura similar a la de la espinela , similar a la magnetita, pero utiliza un cationes tetravalentes y dos divalentes M 2 2+ M 4+ O 4 en lugar de dos cationes trivalentes y uno divalente. [11]
El olivino recibe su nombre debido a su color típicamente verde oliva, que se cree que es el resultado de trazas de níquel , [ cita requerida ] aunque puede alterarse a un color rojizo debido a la oxidación del hierro.
El olivino translúcido se utiliza a veces como piedra preciosa llamada peridoto ( péridot , la palabra francesa para olivino). También se le llama crisólito (o chrysolithe , de las palabras griegas para oro y piedra), aunque este nombre ahora rara vez se utiliza en el idioma inglés. Algunos de los olivinos de mejor calidad se han obtenido de un cuerpo de rocas del manto en la isla Zabargad en el Mar Rojo . [12] [13]
El olivino se presenta tanto en rocas ígneas máficas como ultramáficas y como mineral primario en ciertas rocas metamórficas . El olivino rico en Mg cristaliza a partir de magma rico en magnesio y bajo en sílice . Ese magma cristaliza en rocas máficas como el gabro y el basalto . [14] Las rocas ultramáficas suelen contener olivino sustancial, y aquellas con un contenido de olivino de más del 40% se describen como peridotitas . La dunita tiene un contenido de olivino de más del 90% y es probable que sea un acumulado formado por olivino que cristaliza y se sedimenta a partir del magma o un mineral de veta que recubre los conductos de magma. [15] El olivino y las variantes estructurales de alta presión constituyen más del 50% del manto superior de la Tierra, y el olivino es uno de los minerales más comunes de la Tierra por volumen. [16] El metamorfismo de la dolomita impura u otras rocas sedimentarias con alto contenido de magnesio y bajo contenido de sílice también produce olivino rico en Mg, o forsterita .
La fayalita olivina rica en Fe es relativamente mucho menos común, pero se presenta en rocas ígneas en pequeñas cantidades en granitos y riolitas raras , y la olivina extremadamente rica en Fe puede existir de manera estable con cuarzo y tridimita . Por el contrario, la olivina rica en Mg no se presenta de manera estable con minerales de sílice , ya que reaccionaría con ellos para formar ortopiroxeno ( (Mg,Fe) 2 Si 2 O 6 ).
El olivino rico en Mg es estable a presiones equivalentes a una profundidad de aproximadamente 410 km (250 mi) dentro de la Tierra. Debido a que se piensa que es el mineral más abundante en el manto de la Tierra a profundidades menores, las propiedades del olivino tienen una influencia dominante sobre la reología de esa parte de la Tierra y, por lo tanto, sobre el flujo sólido que impulsa la tectónica de placas . Los experimentos han documentado que el olivino a altas presiones (12 GPa , la presión a profundidades de aproximadamente 360 km (220 mi)) puede contener al menos hasta aproximadamente 8900 partes por millón (peso) de agua, y que tal contenido de agua reduce drásticamente la resistencia del olivino al flujo sólido. Además, debido a que el olivino es tan abundante, puede disolverse más agua en el olivino del manto que la que contienen los océanos de la Tierra. [17]
El bosque de pinos olivinos (una comunidad vegetal ) es exclusivo de Noruega. Es raro y se encuentra en las crestas secas de olivinos en los distritos de fiordos de Sunnmøre y Nordfjord. [18]
También se ha descubierto olivino rico en Mg en meteoritos , [19] en la Luna [20] y Marte , [21] [22] que caen en estrellas infantiles, [23] así como en el asteroide 25143 Itokawa . [24] Dichos meteoritos incluyen condritas , colecciones de escombros del Sistema Solar primitivo ; y pallasitas , mezclas de hierro-níquel y olivino. Se sospecha que los raros asteroides de tipo A tienen una superficie dominada por olivino. [25]
La firma espectral del olivino se ha visto en los discos de polvo alrededor de estrellas jóvenes. Las colas de los cometas (que se formaron a partir del disco de polvo alrededor del joven Sol ) a menudo tienen la firma espectral del olivino, y la presencia de olivino se verificó en muestras de un cometa de la sonda espacial Stardust [ ancla rota ] en 2006. [26] También se ha detectado olivino similar a un cometa (rico en magnesio) en el cinturón planetesimal alrededor de la estrella Beta Pictoris . [27]
Los minerales del grupo del olivino cristalizan en el sistema ortorrómbico ( grupo espacial P bnm ) con tetraedros de silicato aislados, lo que significa que el olivino es un nesosilicato . La estructura puede describirse como una matriz hexagonal compacta de iones de oxígeno con la mitad de los sitios octaédricos ocupados por iones de magnesio o hierro y una octava parte de los sitios tetraédricos ocupados por iones de silicio.
Hay tres sitios de oxígeno distintos (marcados como O1, O2 y O3 en la figura 1), dos sitios de metal distintos (M1 y M2) y solo un sitio de silicio distinto. O1, O2, M2 y Si se encuentran todos en planos especulares , mientras que M1 existe en un centro de inversión. O3 se encuentra en una posición general.
A las altas temperaturas y presiones que se encuentran en las profundidades de la Tierra, la estructura del olivino ya no es estable. Por debajo de profundidades de aproximadamente 410 km (250 mi) el olivino experimenta una transición de fase exotérmica al sorosilicato , wadsleyita y, a unos 520 km (320 mi) de profundidad, la wadsleyita se transforma exotérmicamente en ringwoodita , que tiene la estructura de espinela . A una profundidad de aproximadamente 660 km (410 mi), la ringwoodita se descompone en silicato perovskita ( (Mg,Fe)SiO 3 ) y ferropericlasa ( (Mg,Fe)O ) en una reacción endotérmica. Estas transiciones de fase conducen a un aumento discontinuo en la densidad del manto de la Tierra que se puede observar mediante métodos sísmicos . También se cree que influyen en la dinámica de la convección del manto en que las transiciones exotérmicas refuerzan el flujo a través del límite de fase, mientras que la reacción endotérmica lo obstaculiza. [28]
La presión a la que se producen estas transiciones de fase depende de la temperatura y del contenido de hierro. [29] A 800 °C (1070 K; 1470 °F), el miembro final de magnesio puro, forsterita, se transforma en wadsleyita a 11,8 gigapascales (116 000 atm ) y en ringwoodita a presiones superiores a 14 GPa (138 000 atm). El aumento del contenido de hierro disminuye la presión de la transición de fase y estrecha el campo de estabilidad de la wadsleyita . A aproximadamente 0,8 fracciones molares de fayalita, el olivino se transforma directamente en ringwoodita en el rango de presión de 10,0 a 11,5 GPa (99 000–113 000 atm). La fayalita se transforma en Fe
2SiO
4espinela a presiones inferiores a 5 GPa (49.000 atm). Al aumentar la temperatura aumenta la presión de estas transiciones de fase.
Según la serie de disolución de Goldich , el olivino es uno de los minerales comunes menos estables en la superficie . Se transforma en iddingsita (una combinación de minerales arcillosos, óxidos de hierro y ferrihidrita ) fácilmente en presencia de agua. [30] Se ha propuesto aumentar artificialmente la tasa de erosión del olivino, por ejemplo, dispersando olivino de grano fino en las playas, como una forma barata de secuestrar CO2 . [ 31] [32] La presencia de iddingsita en Marte sugeriría que alguna vez existió agua líquida allí, y podría permitir a los científicos determinar cuándo hubo agua líquida por última vez en el planeta. [33]
Debido a su rápida erosión, el olivino rara vez se encuentra en rocas sedimentarias . [34]
Noruega es la principal fuente de olivino en Europa, particularmente en un área que se extiende desde Åheim hasta Tafjord , y desde Hornindal hasta Flemsøy en el distrito de Sunnmøre . También hay olivino en el municipio de Eid . Alrededor del 50% del olivino del mundo para uso industrial se produce en Noruega. En Svarthammaren en Norddal, el olivino se extrajo desde aproximadamente 1920 hasta 1979, con una producción diaria de hasta 600 toneladas métricas. El olivino también se obtuvo del sitio de construcción de las centrales hidroeléctricas en Tafjord. En Robbervika en el municipio de Norddal, una mina a cielo abierto ha estado en funcionamiento desde 1984. El color rojo característico se refleja en varios nombres locales con "rojo", como Raudbergvik (bahía de roca roja) o Raudnakken (cresta roja). [35] [36] [37] [38]
En 1766, Hans Strøm describió el color rojo característico de la olivina en la superficie y el color azul en el interior. Strøm escribió que en el distrito de Norddal se extraían grandes cantidades de olivina de la roca madre y se utilizaban como piedras de afilar . [39]
Kallskaret, cerca de Tafjord, es una reserva natural con olivino. [40]
El olivino se utiliza como sustituto de la dolomita en las acerías. [41]
La industria de la fundición de aluminio utiliza arena de olivino para moldear objetos de aluminio. La arena de olivino requiere menos agua que las arenas de sílice y, al mismo tiempo, mantiene unido el molde durante la manipulación y el vertido del metal. Menos agua significa menos gas (vapor) que se libera del molde a medida que se vierte el metal en él. [42]
En Finlandia, el olivino se comercializa como una roca ideal para estufas de sauna debido a su densidad comparativamente alta y su resistencia a la intemperie bajo calentamiento y enfriamiento repetidos. [43]
El olivino de calidad gema se utiliza como una piedra preciosa llamada peridoto .
Se ha considerado relevante para el secuestro de carbono la eliminación de CO2 mediante reacciones con olivino. Los productos finales de la reacción muy lenta son dióxido de silicio , carbonato de magnesio y óxido de hierro. [44] [45] Una organización sin fines de lucro, Project Vesta , está investigando este enfoque en playas que aumentan la agitación y el área de superficie del olivino triturado a través de la acción de las olas. [46]
específica 3,5–4,5
La gravedad específica es de aproximadamente 3,2 cuando está puro y aumenta con el aumento del contenido de hierro.
= 3,22 a 4,39. La gravedad específica aumenta y la dureza disminuye con el aumento de Fe.
específica: 3,2 (variedad rica en Mg) a 4,3 (variedad rica en hierro) (peso promedio)
