Bugün öğrendim ki: Dünya kabuğunun okyanuslarda bulunan suyun üç katı kadar su içerdiği ve bunun 'ringwoodite' adı verilen bir mineralde depolandığı düşünülüyor
Magnezyum silikatın yüksek basınçlı fazı
RingwooditeGenelKategoriNesosilikatlar
Spinel grubuFormül
(tekrarlayan birim)Magnezyum silikat (Mg2SiO4)IMA sembolüRgd[1]Strunz sınıflandırması9.AC.15Kristal sistemiKübikKristal sınıfıAltıgenoktahedral (m3m)
H-M sembolü: (4/m 3 2/m)Uzay grubuFd3mBirim hücrea = 8.113 Å; Z = 8TanımlamaRenkDerin mavi, ayrıca kırmızı, menekşe veya renksiz (saf Mg2SiO4)Kristal alışkanlığıMikrokristalin agregalarSaydamlıkYarı saydamÖzgül ağırlık3.90 (Mg2SiO4); 4.13 ((Mg0.91,Fe0.09)2SiO4); 4.85 (Fe2SiO4)Optik özelliklerİzotropKırılma indisi n = 1.8Çift kırınımYokIki renklilikYokKaynakça[2][3][4]
Ringwoodite, Dünya'nın mantosunda 525 ile 660 km (326 ile 410 mil) derinlik arasında yüksek sıcaklık ve basınçta oluşan bir Mg2SiO4 (magnezyum silikat) yüksek basınçlı fazıdır. Ayrıca demir ve hidrojen içerebilir. Olivin fazı forsterit (bir magnezyum demir silikat) ile polimorfiktir.
Ringwoodite, yapısının içinde hidroksit iyonlarını (birbirine bağlı oksijen ve hidrojen atomları) içerebilmesiyle dikkat çekicidir. Bu durumda iki hidroksit iyonu genellikle bir magnezyum iyonunun ve iki oksit iyonunun yerini alır.[5]
Dünya mantosu derinliklerindeki bulunma kanıtlarıyla birlikte, 410 ila 660 km derinliğindeki manto geçiş bölgesinde dünyadaki okyanusların eşdeğerinin bir ila üç katı su bulunabileceğini göstermektedir.[6][7]
Bu mineral ilk olarak 1969'da Tenham meteoritinde tespit edilmiş ve Dünya mantosunda büyük miktarlarda mevcut olduğu tahmin edilmektedir.
Olivin, vadseyit ve ringwoodite, Dünya'nın üst mantosu'nda bulunan polimorflardır. Yaklaşık 660 kilometreden (410 mil) daha büyük derinliklerde perovskit yapısına sahip bazı mineraller dahil olmak üzere diğer mineraller kararlıdır. Bu minerallerin özellikleri, manto özelliklerinin çoğunu belirler.
Ringwoodite, Avustralyalı yer bilimci Ted Ringwood (1930-1993)'un adını taşımaktadır. O, yaklaşık 600 km'ye eşdeğer basınçlar altında yaygın manto minerallerinde olivin ve piroksenlerde polimorfik faz geçişlerini incelemiştir.
Özellikler
[düzenle]
Ringwoodite, Mg2SiO4 forsteriti ile polimorfiktir ve spinel yapısına sahiptir. Spinel grubu mineralleri, oktahedral alışkanlığa sahip izometrik sistemde kristalleşir. Olivin, yaklaşık 410 km (250 mil) üstündeki üst mantoda en bol bulunan mineraldir; olivin polimorfları vadseyit ve ringwoodite, yaklaşık 410 ila 660 km derinlikte bulunan manto geçiş bölgesini domine ettiği düşünülmektedir.
Ringwoodite, Dünya'nın geçiş bölgesinin alt kısmındaki en bol bulunan mineral fazı olarak düşünülmektedir. Bu mineralin fiziksel ve kimyasal özellikleri, o derinliklerde manto özelliklerini kısmen belirler. Ringwoodite'nin kararlılık aralığı yaklaşık 18 ila 23 GPa aralığında yer almaktadır.
Doğal ringwoodite, şoklanmış kondrit meteoritlerde çok sayıda bulunmuştur. Ringwoodite, muhtemelen şok metaforfizması sırasında meydana gelen matrisin ve olivinin yerini alan soğutulmuş şok erimesinin damarlarında ince taneli polikristal agregalar olarak bulunur.[9]
Doğal ringwoodite genellikle demirden çok daha fazla magnezyum içerir ve saf magnezyum üye elemanından saf demir üye elemanına kadar boşluk içermeyen bir katı çözelti serisi oluşturabilir[kaynak gerekli]. İkincisi, γ-olivin katı çözelti serisinin demir bakımından zengin üyesi olan γ-Fe2SiO4, ABD mineral fizikçisi Thomas J. Ahrens (1936-2010)'un onuruna ahrensite olarak adlandırılmıştır.[10]
Jeolojik oluşumlar
[düzenle]
Meteorlerde, ringwoodite, matrisin kesen ve muhtemelen şok metaforfizması sırasında oluşan olivinin yerini alan soğutulmuş şok erimesinin damarlarında bulunur.[9]
Dünya'nın iç kısımlarında, olivin yaklaşık 410 km'den daha az derinlikteki üst mantoda bulunur ve ringwoodite, yaklaşık 520 ila 660 km derinliğindeki geçiş bölgesi içinde mevcut olduğu tahmin edilmektedir. Yaklaşık 410 km, 520 km ve 660 km derinliklerindeki sismik aktivite süreksizlikleri, olivin ve polimorflarını içeren faz değişimlerine bağlanmıştır.
520 km derinlik süreksizliğinin genellikle olivin polimorfu vadseyit'in (beta fazı) ringwoodite (gama fazı) geçişine, 660 km derinlik süreksizliğinin ise ringwoodite'in (gama fazı) silikat perovskit artı magnezyowüstit'e faz dönüşümüne yol açtığı düşünülmektedir.[11][12]
Geçiş bölgesinin alt yarısında bulunan ringwoodite, manto dinamiklerinde kilit bir rol oynuyor ve ringwoodite'nin plastik özellikleri, mantodaki bu kısımda maddenin akışını belirlemede kritik önem taşıyor. Ringwoodite'nin hidroksitleri entegre etme kabiliyeti, reoloji üzerindeki etkisi nedeniyle önemlidir.
Ringwoodite, geçiş bölgesine uygun koşullarda, %2,6'ya kadar su içerecek şekilde sentezlenmiştir.[13][14]
Dünya'nın üst ve alt mantosundaki geçiş bölgesi, Dünya genelindeki kütle ve ısı taşınımı ölçeğini yönetmeye yardımcı olduğundan, bu bölgedeki su varlığı, küresel veya yerel olsun, manto reolojisi ve dolayısıyla manto sirkülasyonu üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir.[15] Çarpışma bölgelerinde, ringwoodite kararlılık alanı yüksek seviyede sismik aktiviteye sahiptir.[16]
Batı Brezilya'daki Juína'da bulunan "ultra derin" bir elmas (büyük bir derinlikten yükselmiş olan), o zaman Dünya'nın doğal kökenli tek bilinen örneği olan bir ringwoodite kapanımı içermekteydi ve Dünya mantosu'nda önemli miktarda suyun hidroksit formu olarak varlığını gösteriyordu.[6][17][18][19] Yaklaşık 5 mm uzunluğundaki taş, bir diatrem patlaması ile yüzeye çıkarıldı.[20] Ringwoodite kapanımı çıplak gözle görülmeyecek kadar küçüktür.[19] Daha sonra ikinci bir elmas daha bulundu.[21]
Manto rezervuarı, vadseyit ve ringwoodite kristal yapısının içinde bulunan hidroksit formunda, Dünya okyanuslarının toplamından yaklaşık üç kat daha fazla suya sahip olabilir.[7]
Sentetik
[düzenle]
Deneyler için, istenen nihai element bileşimini vermesi için forsterit (Mg2SiO4), brukit (Mg(OH)2) ve silika (SiO2) tozları karıştırılarak su içeren ringwoodite sentezlenmiştir. Bu, 20 gigapascal basınç ve 1.523 K (1.250 °C; 2.282 °F) altında üç veya dört saat tutularak ringwoodite dönüştürülür, ardından soğutulur ve basınç düşürülür.[5]
Kristal yapısı
[düzenle]
Ringwoodite, izometrik kristal sisteminde, Fd3m (veya F43m[22]) uzay grubuna sahip spinel yapısına sahiptir. Atom ölçeğinde, magnezyum ve silikon sırasıyla oktahedral ve tetrahedral koordinasyonda oksijen ile bulunur. Si-O ve Mg-O bağları karışık iyonik ve kovalent karaktere sahiptir.[23] Saf Mg2SiO4 için kübik birim hücre parametresi 8.063 Å'dir ve saf Fe2SiO4 için 8.234 Å'dir.[24]
Kimyasal bileşim
[düzenle]
Ringwoodite bileşimleri, sentez deneylerinde saf Mg2SiO4'dan Fe2SiO4'e kadar değişmektedir. Ringwoodite, %2,6'ya kadar H2O ağırlıkça entegre edebilir.[5]
Fiziksel özellikler
[düzenle]
Ringwoodite'nin fiziksel özellikleri basınç ve sıcaklıktan etkilenir. Manto Geçiş Bölgesinin basınç ve sıcaklık koşullarında, saf Mg2SiO4 için hesaplanan yoğunluk değeri 3,90 g/cm3;[25] pirolitik manto için (Mg0.91,Fe0.09)2SiO4 için 4.13 g/cm3;[26] ve Fe2SiO4 için 4.85 g/cm3.[27] 1,768 kırılma indisine sahip izotropik bir mineraldir.
Ringwoodite'nin rengi meteoritler arasında, farklı ringwoodite içeren agregatlar arasında ve hatta tek bir agregatta bile değişebilir. Ringwoodite agregatları her türlü mavi, mor, gri ve yeşil tonunu gösterebilir veya hiç renk olmayabilir.
Renkli agregatlara daha yakından bakıldığında, rengin homojen olmadığı, ancak ringwoodite kristallerinin büyüklüğüne benzer bir şeyden kaynaklandığı görülmektedir.[28] Sentetik örneklerde saf Mg ringwoodite renksizdir, ancak %1'den fazla Fe2SiO4 içeren örnekler koyu mavi renktedir. Rengin Fe2+–Fe3+ yük transferinden kaynaklandığı düşünülmektedir.[29]