La ringwoodita es una fase de alta presión de Mg2SiO4 ( silicato de magnesio) formada a altas temperaturas y presiones en el manto terrestre entre 525 y 660 km (326 y 410 mi) de profundidad. También puede contener hierro e hidrógeno . Es polimorfa con la fase olivina forsterita (un silicato de magnesio y hierro ).
La ringwoodita se caracteriza por contener iones hidróxido ( átomos de oxígeno e hidrógeno unidos entre sí) dentro de su estructura. En este caso, dos iones hidróxido suelen ocupar el lugar de un ión magnesio y dos iones óxido. [5]
Combinado con evidencia de su ocurrencia en las profundidades del manto de la Tierra, esto sugiere que hay de una a tres veces el equivalente de agua del océano mundial en la zona de transición del manto de 410 a 660 km de profundidad. [6] [7]
Este mineral fue identificado por primera vez en el meteorito Tenham en 1969, [8] y se deduce que está presente en grandes cantidades en el manto de la Tierra.
La olivina , la wadsleyita y la ringwoodita son polimorfos que se encuentran en el manto superior de la Tierra. A profundidades superiores a unos 660 kilómetros (410 millas), otros minerales, incluidos algunos con la estructura de perovskita , son estables. Las propiedades de estos minerales determinan muchas de las propiedades del manto.
La ringwoodita debe su nombre al científico australiano Ted Ringwood (1930-1993), quien estudió las transiciones de fase polimórficas en los minerales comunes del manto, olivino y piroxeno, a presiones equivalentes a profundidades de hasta unos 600 km.
La ringwoodita es polimorfa con la forsterita, Mg2SiO4 , y tiene una estructura de espinela . Los minerales del grupo de la espinela cristalizan en el sistema isométrico con un hábito octaédrico. La olivina es más abundante en el manto superior, por encima de unos 410 km (250 mi); se cree que los polimorfos de olivina wadsleyita y ringwoodita dominan la zona de transición del manto, una zona presente desde unos 410 a 660 km de profundidad.
Se cree que la ringwoodita es la fase mineral más abundante en la parte inferior de la zona de transición de la Tierra. Las propiedades físicas y químicas de este mineral determinan en parte las propiedades del manto a esas profundidades. El rango de presión para la estabilidad de la ringwoodita se encuentra en un rango aproximado de 18 a 23 GPa .
Se ha encontrado ringwoodita natural en muchos meteoritos condríticos impactados, en los que la ringwoodita se presenta como agregados policristalinos de grano fino . [9]
La ringwoodita natural generalmente contiene mucho más magnesio que hierro y puede formar una serie de soluciones sólidas sin espacios desde el extremo de magnesio puro hasta el extremo de hierro puro [ cita requerida ] . Este último, el extremo rico en hierro de la serie de soluciones sólidas de γ-olivino, γ-Fe 2 SiO 4 , se denominó ahrensita en honor al físico mineral estadounidense Thomas J. Ahrens (1936–2010). [10]
En los meteoritos, la ringwoodita se presenta en las vetillas del metal fundido por choque extinguido que corta la matriz y reemplaza al olivino probablemente producido durante el metamorfismo de choque . [9]
En el interior de la Tierra, el olivino se encuentra en el manto superior a profundidades inferiores a unos 410 km, y se infiere que la ringwoodita está presente en la zona de transición entre unos 520 y 660 km de profundidad. Las discontinuidades de la actividad sísmica a unos 410 km, 520 km y 660 km de profundidad se han atribuido a cambios de fase que involucran al olivino y sus polimorfos .
En general, se cree que la discontinuidad de profundidad de 520 km se debe a la transición del polimorfo olivino wadsleyita (fase beta) a ringwoodita (fase gamma), mientras que la discontinuidad de profundidad de 660 km se debe a la transformación de fase de ringwoodita (fase gamma) a una perovskita de silicato más magnesiowüstita . [11] [12]
Se cree que la ringwoodita en la mitad inferior de la zona de transición desempeña un papel fundamental en la dinámica del manto, y se cree que las propiedades plásticas de la ringwoodita son fundamentales para determinar el flujo de material en esta parte del manto. La capacidad de la ringwoodita para incorporar hidróxido es importante debido a su efecto sobre la reología .
La ringwoodita se ha sintetizado en condiciones apropiadas para la zona de transición, conteniendo hasta un 2,6 por ciento en peso de agua. [13] [14]
Debido a que la zona de transición entre el manto superior e inferior de la Tierra ayuda a regular la escala del transporte de masa y calor en toda la Tierra, la presencia de agua dentro de esta región, ya sea global o localizada, puede tener un efecto significativo en la reología del manto y, por lo tanto, en la circulación del manto. [15] En las zonas de subducción, el campo de estabilidad de ringwoodita alberga altos niveles de sismicidad. [16]
Un diamante "ultraprofundo" (que ha surgido de una gran profundidad) encontrado en Juína , en el oeste de Brasil, contenía una inclusión de ringwoodita (en ese momento la única muestra conocida de origen terrestre natural), lo que proporciona evidencia de cantidades significativas de agua como hidróxido en el manto de la Tierra. [6] [17] [18] [19] La piedra preciosa, de unos 5 mm de largo, [19] fue extraída por una erupción de diatrema . [20] La inclusión de ringwoodita es demasiado pequeña para verla a simple vista. [19] Más tarde se encontró un segundo diamante de este tipo. [21]
El depósito del manto podría contener aproximadamente tres veces más agua, en forma de hidróxido contenido dentro de la estructura cristalina de wadsleyita y ringwoodita, que todos los océanos de la Tierra juntos. [7]
Para los experimentos, se ha sintetizado ringwoodita hidratada mezclando polvos de forsterita ( Mg
2SiO
4), brucita ( Mg(OH)
2) y sílice ( SiO
2) para obtener la composición elemental final deseada. Al someterlo a una presión de 20 gigapascales a 1523 K (1250 °C; 2282 °F) durante tres o cuatro horas, se convierte en ringwoodita, que luego se puede enfriar y despresurizar. [5]
La ringwoodita tiene la estructura de espinela , en el sistema cristalino isométrico con grupo espacial Fd 3 m (o F 4 3 m [22] ). A escala atómica, el magnesio y el silicio están en coordinación octaédrica y tetraédrica con el oxígeno, respectivamente. Los enlaces Si-O y Mg-O tienen carácter iónico y covalente mixto. [23] El parámetro de celda unitaria cúbica es 8,063 Å para Mg 2 SiO 4 puro y 8,234 Å para Fe 2 SiO 4 puro . [24]
Las composiciones de ringwoodita varían desde Mg2SiO4 puro hasta Fe2SiO4 en experimentos de síntesis . La ringwoodita puede incorporar hasta un 2,6 por ciento en peso de H2O . [ 5 ]
Las propiedades físicas de la ringwoodita se ven afectadas por la presión y la temperatura. En las condiciones de presión y temperatura de la Zona de Transición del Manto, el valor de densidad calculado de la ringwoodita es 3,90 g/cm 3 para Mg 2 SiO 4 puro ; [25] 4,13 g/cm 3 para (Mg 0,91 ,Fe 0,09 ) 2 SiO 4 [26] de manto pirolítico; y 4,85 g/cm 3 para Fe 2 SiO 4 . [27] Es un mineral isótropo con un índice de refracción n = 1,768.
El color de la ringwoodita varía entre los meteoritos, entre los diferentes agregados que contienen ringwoodita e incluso en un único agregado. Los agregados de ringwoodita pueden mostrar todos los tonos de azul, violeta, gris y verde, o no tener color alguno.
Una mirada más de cerca a los agregados coloreados muestra que el color no es homogéneo, sino que parece originarse de algo con un tamaño similar a los cristales de ringwoodita. [28] En muestras sintéticas, la ringwoodita de Mg pura es incolora, mientras que las muestras que contienen más de un mol por ciento de Fe2SiO4 son de color azul oscuro. Se cree que el color se debe a la transferencia de carga Fe2 + –Fe3 + . [29]
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