La forsterita ( Mg2SiO4 ; comúnmente abreviada como Fo ; también conocida como olivino blanco ) es el miembro terminal rico en magnesio de la serie de solución sólida de olivino . Es isomorfa con el miembro terminal rico en hierro, fayalita . La forsterita cristaliza en el sistema ortorrómbico ( grupo espacial Pbnm ) con parámetros de celda a 4,75 Å (0,475 nm ), b 10,20 Å (1,020 nm) y c 5,98 Å (0,598 nm). [2]
La forsterita está asociada a rocas ígneas y metamórficas y también se ha encontrado en meteoritos . En 2005, también se la encontró en polvo cometario devuelto por la sonda Stardust . [6] En 2011, se la observó en forma de diminutos cristales en las nubes de gas polvorientas que rodean una estrella en formación. [7]
Se conocen dos polimorfos de forsterita: wadsleyita (también ortorrómbica ) y ringwoodita ( sistema cristalino cúbico isométrico ). Ambos se conocen principalmente a partir de meteoritos.
El peridoto es una variedad de piedra preciosa llamada olivina forsterita.
La forsterita pura está compuesta de magnesio, oxígeno y silicio. La fórmula química es Mg2SiO4 . La forsterita, la fayalita (Fe2SiO4) y la tefroita (Mn2SiO4 ) son los miembros finales de la serie de solución sólida de olivino ; otros elementos como el Ni y el Ca sustituyen al Fe y al Mg en el olivino, pero solo en proporciones menores en las ocurrencias naturales. Otros minerales como la monticellita (CaMgSiO4 ) , un mineral poco común rico en calcio, comparten la estructura del olivino, pero la solución sólida entre el olivino y estos otros minerales es limitada. La monticellita se encuentra en dolomías metamorfoseadas por contacto . [2]
El olivino rico en forsterita es el mineral más abundante en el manto por encima de una profundidad de unos 400 km (250 mi); los piroxenos también son minerales importantes en esta parte superior del manto. [8] Aunque la forsterita pura no se presenta en rocas ígneas , la dunita a menudo contiene olivino con contenidos de forsterita al menos tan ricos en Mg como Fo 92 (92% forsterita – 8% fayalita); la peridotita común contiene olivino típicamente al menos tan rico en Mg como Fo 88. [9] Debido a su alto punto de fusión, los cristales de olivino son los primeros minerales que precipitan de una masa fundida magmática en un proceso acumulativo , a menudo con ortopiroxenos. El olivino rico en forsterita es un producto de cristalización común del magma derivado del manto . El olivino en rocas máficas y ultramáficas típicamente es rico en el miembro final de forsterita.
La forsterita también se encuentra en el mármol dolomítico , que resulta del metamorfismo de calizas y dolomitas con alto contenido de magnesio . [10] La forsterita casi pura se encuentra en algunas serpentinitas metamorfoseadas . El olivino rico en fayalita es mucho menos común. La fayalita casi pura es un componente menor en algunas rocas similares al granito , y es un componente principal de algunas formaciones metamórficas de hierro bandeado .
La forsterita se compone principalmente del anión SiO 4 4− y el catión Mg 2+ en una relación molar de 1:2. [11] El silicio es el átomo central en el anión SiO 4 4− . Cada átomo de oxígeno está unido al silicio por un enlace covalente simple. Los cuatro átomos de oxígeno tienen una carga negativa parcial debido al enlace covalente con el silicio. Por lo tanto, los átomos de oxígeno deben mantenerse alejados entre sí para reducir la fuerza repulsiva entre ellos. La mejor geometría para reducir la repulsión es una forma tetraédrica. Los cationes ocupan dos sitios octaédricos diferentes que son M1 y M2 y forman enlaces iónicos con los aniones de silicato. M1 y M2 son ligeramente diferentes. El sitio M2 es más grande y más regular que M1 como se muestra en la Fig. 1. El empaquetamiento en la estructura de la forsterita es denso. El grupo espacial de esta estructura es Pbnm y el grupo puntual es 2/m 2/m 2/m, que es una estructura cristalina ortorrómbica.
Esta estructura de forsterita puede formar una solución sólida completa al reemplazar el magnesio por hierro. [12] El hierro puede formar dos cationes diferentes que son Fe 2+ y Fe 3+ . El ion hierro (II) tiene la misma carga que el ion magnesio y tiene un radio iónico muy similar al magnesio. En consecuencia, Fe 2+ puede reemplazar al ion magnesio en la estructura de olivino.
Uno de los factores importantes que pueden aumentar la porción de forsterita en la solución sólida de olivino es la relación de iones de hierro (II) a iones de hierro (III) en el magma. [13] A medida que los iones de hierro (II) se oxidan y se convierten en iones de hierro (III), los iones de hierro (III) no pueden formar olivino debido a su carga 3+. La aparición de forsterita debido a la oxidación del hierro se observó en el volcán Stromboli en Italia. A medida que el volcán se fracturó, los gases y los volátiles escaparon de la cámara de magma. La temperatura de cristalización del magma aumentó a medida que los gases escaparon. Debido a que los iones de hierro (II) se oxidaron en el magma de Stromboli, poco hierro (II) estaba disponible para formar olivino rico en Fe (fayalita). Por lo tanto, el olivino que cristalizaba era rico en Mg y se formaron rocas ígneas ricas en forsterita.
A alta presión, la forsterita sufre una transición de fase a wadsleyita; bajo las condiciones que prevalecen en el manto superior de la Tierra , esta transformación ocurriría a presiones de aproximadamente 14-15 GPa. [14] En experimentos de alta presión, la transformación puede retrasarse de modo que la forsterita pueda permanecer metaestable a presiones de hasta casi 50 GPa (ver fig.).
El metamorfismo progresivo entre la dolomita y el cuarzo reacciona para formar forsterita, calcita y dióxido de carbono : [15]
La forsterita reacciona con el cuarzo para formar el mineral ortopiroxeno enstatita en la siguiente reacción:
La forsterita fue descrita por primera vez en 1824 en un yacimiento del monte Somma , Vesubio , Italia . Armand Lévy le dio ese mismo año el nombre en honor al naturalista y coleccionista de minerales inglés Adolarius Jacob Forster . [16] [17]
Actualmente se está estudiando la forsterita como un posible biomaterial para implantes debido a sus propiedades mecánicas superiores. [18]
