El mineral olivino ( / 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. Por esta razón, el olivino se ha propuesto como un buen candidato a la erosión acelerada para secuestrar dióxido de carbono de los océanos y la atmósfera de la Tierra, como parte de la mitigación del cambio climático . El olivino también tiene muchos otros usos históricos, como la piedra preciosa peridoto (o crisólito), así como aplicaciones industriales como procesos de trabajo de metales .
La proporción de magnesio a hierro varía entre los dos miembros finales de la serie de solución sólida : forsterita (miembro final de Mg: Mg
2si o
4) y fayalita (Fe-miembro final: Fe
2si o
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 1.900 °C (3.450 °F), mientras que la de la fayalita es mucho más baja, alrededor de 1.200 °C (2.190 °F). La temperatura de fusión varía suavemente entre los dos miembros finales, al igual que otras propiedades. El olivino incorpora sólo cantidades menores de elementos distintos del oxígeno (O), el silicio (Si), el magnesio (Mg) y el hierro (Fe). El manganeso (Mn) y el níquel (Ni) suelen ser los elementos adicionales presentes en concentraciones más altas.
El olivino da nombre al grupo de minerales con una estructura relacionada (el grupo olivino ), que incluye tefroita ( Mn 2 SiO 4 ), monticelita ( Ca MgSiO 4 ), larnita (Ca 2 SiO 4 ) y kirschsteinita (CaFeSiO 4 ). comúnmente también escrito kirschteinita [10] ).
La estructura cristalina de olivino incorpora aspectos de la red ortorrómbica de P Bravais , que surge de cada unidad de sílice (SiO 4 ) unida por cationes metálicos divalentes con cada oxígeno en SiO 4 unido a tres iones metálicos. Tiene una estructura similar a una espinela similar a la magnetita, pero utiliza un catión tetravalente y dos divalentes M 2 2+ M 4+ O 4 en lugar de dos cationes trivalentes y uno divalente. [11]
La olivina recibe su nombre por su color típicamente verde oliva, que se cree que es el resultado de trazas de níquel , [ cita necesaria ] aunque puede cambiar a un color rojizo debido a la oxidación del hierro.
El olivino translúcido se utiliza a veces como una piedra preciosa llamada peridoto ( péridot , la palabra francesa para olivino). También se le llama crisólito (o crisólito , de las palabras griegas que significan oro y piedra), aunque este nombre ahora rara vez se usa en el idioma inglés. Algunos de los mejores olivinos con calidad de gema se han obtenido de un cuerpo de rocas del manto en la isla de Zabargad en el Mar Rojo . [12] [13]
El olivino se encuentra tanto en rocas ígneas máficas como ultramáficas y como mineral primario en ciertas rocas metamórficas . El olivino rico en magnesio 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 una cantidad sustancial de olivino, y aquellas con un contenido de olivino superior al 40% se describen como peridotitas . La dunita tiene un contenido de olivino de más del 90% y probablemente sea un acumulado formado por la cristalización y sedimentación de olivino en 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 o forsterita rica en magnesio .
La fayalita de olivino rica en Fe es relativamente mucho menos común, pero se encuentra en rocas ígneas en pequeñas cantidades en granitos y riolitas raros , y la olivina extremadamente rica en Fe puede existir de manera estable con cuarzo y tridimita . Por el contrario, el olivino rico en Mg no se produce de forma estable con los minerales de sílice , ya que reaccionaría con ellos para formar ortopiroxeno ( (Mg,Fe) 2Si2O6 ).
El olivino rico en magnesio es estable a presiones equivalentes a una profundidad de unos 410 km (250 millas) dentro de la Tierra. Debido a que se cree que es el mineral más abundante en el manto de la Tierra a menor profundidad, las propiedades del olivino tienen una influencia dominante sobre la reología de esa parte de la Tierra y, por tanto, sobre el flujo de sólidos 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 millas)) puede contener al menos hasta aproximadamente 8900 partes por millón (peso) de agua, y que dicho contenido de agua reduce drásticamente la resistencia del olivino al flujo sólido. Además, debido a que el olivino es tan abundante, se puede disolver más agua en el olivino del manto que la contenida en 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 olivino en los distritos de fiordos de Sunnmøre y Nordfjord. [18]
También se ha descubierto olivino rico en magnesio 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] Tales meteoritos incluyen condritas , colecciones de escombros del Sistema Solar temprano ; y palasitas , 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 observado 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 de olivino, y la presencia de olivino se verificó en muestras de un cometa tomadas por la nave espacial Stardust en 2006. [ 26 ] También se ha detectado olivino 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 se puede describir como una matriz hexagonal y 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 unos 410 km (250 millas), el olivino sufre una transición de fase exotérmica al sorosilicato , wadsleyita y, a unos 520 km (320 millas) de profundidad, la wadsleyita se transforma exotérmicamente en ringwoodita , que tiene la estructura de espinela . A una profundidad de aproximadamente 660 km (410 millas), 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 de la densidad del manto terrestre que puede observarse mediante métodos sísmicos . También se cree que influyen en la dinámica de la convección del manto en el sentido de 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 terminal 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 . Con una fracción molar de fayalita de aproximadamente 0,8, la olivina se transforma directamente en ringwoodita en el rango de presión de 10,0 a 11,5 GPa (99.000 a 113.000 atm). Fayalita se transforma en Fe
2SiO
4espinela a presiones inferiores a 5 GPa (49.000 atm). El aumento de la temperatura aumenta la presión de estas transiciones de fase.
El olivino es uno de los minerales comunes menos estables en la superficie según la serie de disoluciones de Goldich . Se transforma fácilmente en iddingsita (una combinación de minerales arcillosos, óxidos de hierro y ferrihidrita ) 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 CO 2 . [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 por última vez agua líquida 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 una zona 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 mundial para uso industrial se produce en Noruega. En Svarthammaren, en Norddal, se extrajo olivino aproximadamente entre 1920 y 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, funciona una mina a cielo abierto desde 1984. El característico color rojo se refleja en varios nombres locales con "rojo", como Raudbergvik (bahía de roca roja) o Raudnakken (cresta roja). [35] [36] [37] [38]
Hans Strøm describió en 1766 el color rojo típico del olivino en la superficie y el color azul en el interior. Strøm escribió que en el distrito de Norddal se extrajeron grandes cantidades de olivino del lecho de roca y se utilizaron como piedras de afilar . [39]
Kallskaret, cerca de Tafjord, es una reserva natural con olivino. [40]
Se está buscando en todo el mundo procesos baratos para secuestrar CO 2 mediante reacciones minerales, lo que se denomina meteorización mejorada . La eliminación mediante reacciones con olivino es una opción atractiva porque está ampliamente disponible y reacciona fácilmente con el CO 2 (ácido) de la atmósfera. Cuando se tritura el olivino , se degrada completamente en unos pocos años, dependiendo del tamaño del grano. Todo el CO 2 que se produce al quemar un litro de aceite puede ser secuestrado por menos de un litro de olivino. La reacción es exotérmica pero lenta. Para recuperar el calor producido por la reacción para producir electricidad, es necesario aislar térmicamente un gran volumen de olivino. Los productos finales de la reacción son dióxido de silicio , carbonato de magnesio y pequeñas cantidades de óxido de hierro. [41] [42] Una organización sin fines de lucro, Proyecto Vesta , está investigando este enfoque en playas que aumentan la agitación y la superficie del olivino triturado a través de la acción de las olas. [43]
La olivina se utiliza como sustituto de la dolomita en las acerías. [44]
La industria de la fundición de aluminio utiliza arena de olivino para fundir 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) para salir del molde a medida que se vierte el metal en el molde. [45]
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. [46]
El olivino de calidad gema se utiliza como piedra preciosa llamada peridoto .
Gravedad específica 3,5–4,5
La gravedad específica es de aproximadamente 3,2 cuando la pureza aumenta al aumentar el contenido de hierro.
G = 3,22 a 4,39. La gravedad específica aumenta y la dureza disminuye al aumentar el Fe.
Gravedad específica: 3,2 (variedad rica en Mg) a 4,3 (variedad rica en hierro) (peso promedio)
