Olivino

El mineral olivino () es un silicato de hierro y magnesio con la fórmula química (Mg,Fe) ₂SiO₄. Es un tipo de nesosilicato u ortosilicato. El componente principal del manto superior de la Tierra, es un mineral común en el subsuelo de la Tierra, pero se desgasta rápidamente en la superficie. Por esta razón, el olivino se ha propuesto como un buen candidato para la meteorización acelerada para secuestrar el 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 el peridoto de piedra preciosa (o crisólito), así como aplicaciones industriales como los procesos de metalurgia.

Olivina en luz cruzada

La proporción de magnesio a hierro varía entre los dos miembros finales de la serie de soluciones sólidas: forsterita (Mg-endmember: Mg
₂SiO
₄) y fayalita (Fe-endmember: Fe
₂SiO
₄). Las composiciones de olivino se expresan comúnmente como porcentajes molares de forsterita (Fo) y fayalita (Fa) (p. ej., Fo₇₀Fa₃₀). La temperatura de fusión de la forsterita es inusualmente alta a la 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.

Olivino da su nombre al grupo de minerales con una estructura relacionada (el grupo olivino), que incluye tefroita (Mn₂SiO₄), monticelita (CaMgSiO₄), larnita (Ca₂SiO₄) y kirschsteinita (CaFeSiO₄) (comúnmente también deletreado kirschteinita).

La estructura cristalina del olivino incorpora aspectos de la red ortorrómbica de Bravais P, que surgen de cada unidad de sílice (SiO₄) unida por cationes metálicos divalentes con cada oxígeno en SiO ₄ unido a tres iones metálicos. Tiene una estructura similar a la espinela similar a la magnetita, pero utiliza un catión tetravalente y dos bivalentes M₂²⁺ M⁴⁺O ₄ en lugar de dos cationes trivalentes y uno divalente.

Identificación y paragénesis

Olivine recibe su nombre por su color típicamente verde oliva, se cree que es el resultado de rastros de níquel, aunque puede cambiar a un color rojizo debido a la oxidación del hierro.

El olivino translúcido a veces se usa como una 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 usa en el idioma inglés. Parte del olivino de calidad gema más fina se ha obtenido de un cuerpo de rocas del manto en la isla de Zabargad en el Mar Rojo.

El olivino se encuentra tanto en rocas ígneas máficas como ultramáficas y como mineral primario en ciertas rocas metamórficas. El olivino rico en Mg cristaliza a partir del magma que es rico en magnesio y bajo en sílice. Ese magma se cristaliza en rocas máficas como el gabro y el basalto. 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 es probable que sea un acumulado formado por la cristalización y sedimentación del olivino del magma o de un mineral de vena que recubre los conductos del magma. 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. El metamorfismo de 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 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 presenta de manera 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 mi) 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 lo tanto, sobre el flujo sólido que impulsa la tectónica de placas. Los experimentos han documentado que el olivino a altas presiones (p. ej., 12 GPa, la presión a profundidades de unos 360 km (220 mi)) puede contener al menos unas 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, es posible que se disuelva más agua en el olivino del manto que la que contienen los océanos de la Tierra.

El bosque de pinos olivinos (una comunidad de plantas) es exclusivo de Noruega. Es raro y se encuentra en las crestas de olivino seco en los distritos de fiordos de Sunnmøre y Nordfjord.

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  Olivine granos que erosionaron de lava en la playa de Papakolea, Hawaii

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  Cristales olivinos verdes claros en xenólitos peridotitos en basalto de Arizona

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  Baseto de Olivina de la Luna, recogido en 1971 por la tripulación del Apolo 15

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  Olivina verde brillante de Pakistán, mostrando la terminación de la chimenea y la lubricación sedosa

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  Olivine en lava de las Azores

Ocurrencias extraterrestres

Cristales de olivino incrustados en hierro, en una rodaja de Esquel, un meteorito pallasita

También se ha descubierto olivino rico en magnesio en meteoritos, en la Luna y Marte, cayendo en estrellas jóvenes, así como en el asteroide 25143 Itokawa. Tales meteoritos incluyen condritas, colecciones de escombros del Sistema Solar primitivo; y palasitas, mezclas de hierro-níquel y olivino. Se sospecha que los raros asteroides de tipo A tienen una superficie dominada por olivino.

La firma espectral del olivino se ha visto en los discos de polvo alrededor de las estrellas jóvenes. Las colas de los cometas (que se formaron a partir del disco de polvo alrededor del Sol joven) a menudo tienen la firma espectral de olivino, y la presencia de olivino se verificó en muestras de un cometa de la nave espacial Stardust en 2006.) también se ha detectado olivino en el cinturón planetesimal alrededor de la estrella Beta Pictoris.

Estructura cristalina

Gráfico 1 La estructura atómica de escala de olivina mirando a lo largo de la a Axis. El oxígeno se muestra en rojo, silicio en rosa, y magnesio / hierro en azul. Una proyección de la célula unidad se muestra por el rectángulo negro.

Los minerales del grupo olivino cristalizan en el sistema ortorrómbico (grupo espacial Pbnm) con tetraedros de silicato aislados, lo que significa que el olivino es un nesosilicato. La estructura se puede describir 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.

Polimorfos de alta presión

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 mi), la olivina sufre 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 perovskita de silicato ((Mg,Fe)SiO₃ ) 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.

La presión a la que se producen estas transiciones de fase depende de la temperatura y el contenido de hierro. A 800 °C (1070 K; 1470 °F), el miembro final de magnesio puro, la 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 (99 000–113 000 atm). Fayalite se transforma en Fe
₂SiO
₄ espinela a presiones inferiores a 5 GPa (49 000 Cajero automático). El aumento de la temperatura aumenta la presión de estas transiciones de fase.

Meteorización

Olivine se alteró a iddingsite dentro de un manto xenolith.

El olivino es uno de los minerales comunes menos estables en la superficie según la serie de disolución de Goldich. Se altera fácilmente en iddingsita (una combinación de minerales arcillosos, óxidos de hierro y ferrihidrita) en presencia de agua. Aumentar artificialmente la tasa de meteorización del olivino, p. mediante la dispersión de olivino de grano fino en las playas, se ha propuesto como una forma económica de secuestrar CO₂. La presencia de iddingsite en Marte sugeriría que alguna vez existió agua líquida allí, y podría permitir a los científicos determinar cuándo hubo la última vez que hubo agua líquida en el planeta.

Debido a su rápida meteorización, el olivino rara vez se encuentra en rocas sedimentarias.

Minería

Noruega

Minería abierta en Sunnylvsfjorden, barco hurtigruten pasando.

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 se extrajo olivino desde alrededor de 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 rocas rojas) o Raudnakken (cresta roja).

Hans Strøm en 1766 describió 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 rompieron grandes cantidades de olivino del lecho rocoso y se usaron como piedras de afilar.

Kallskaret cerca de Tafjord es una reserva natural con olivino.

Usos

Se está realizando una búsqueda mundial de procesos económicos para secuestrar CO2 mediante reacciones minerales, lo que se conoce como meteorización mejorada. La eliminación por reacciones con olivino es una opción atractiva porque está ampliamente disponible y reacciona fácilmente con el CO₂ (ácido) de la atmósfera. Cuando se tritura el olivino, se desgasta por completo en unos pocos años, dependiendo del tamaño del grano. Todo el CO₂ 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, se debe aislar térmicamente bien 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. Una organización sin fines de lucro, Project Vesta, está investigando este enfoque en playas que aumentan la agitación y el área de superficie de olivino triturado a través de la acción de las olas.

El olivino se utiliza como sustituto de la dolomita en las acerías.

La industria de fundición de aluminio utiliza arena de olivino para moldear objetos de aluminio. La arena de olivino requiere menos agua que las arenas de sílice mientras mantiene unido el molde durante la manipulación y el vertido del metal. Menos agua significa menos gas (vapor) para ventilar el molde a medida que se vierte el metal en el molde.

En Finlandia, el olivino se comercializa como una roca ideal para estufas de sauna debido a su densidad comparativamente alta y resistencia a la intemperie bajo calentamiento y enfriamiento repetidos.

El olivino con calidad de gema se usa como una piedra preciosa llamada peridoto.