フォルステライト
フォルステライト
フォルステライト（大きな板状で無色）がサニディン（小さな無色の結晶）の上にヘマタイト（赤みがかった）とともに堆積している
一般的な
カテゴリネソケイ酸塩
式ケイ酸マグネシウム( Mg 2 Si O 4 )
IMAシンボルフォ[ 1 ]
ストランツ分類9.AC.05
結晶系斜方晶系
クリスタルクラス双錐体（mmm）HM記号：（2/m 2/m 2/m）
空間群PBNM
単位セルa = 4.7540 Å、b = 10.1971 Å 、c = 5.9806 Å; Z = 4
識別
式量140.691  g·mol −1
色無色、緑、黄色、黄緑、白
クリスタル習慣双錐柱は板状であることが多いが、一般的には粒状または密集した塊状である。
姉妹都市{100}、{011}、{012}について
胸の谷間{010}では完璧、{100}では不完全
骨折貝殻状
モース硬度7
光沢硝子体
連勝白
透けて見える透明から半透明
比重3.21 – 3.33
光学特性二軸（+）
屈折率n α = 1.636 – 1.730 n β = 1.650 – 1.739 n γ = 1.669 – 1.772
複屈折δ = 0.033 – 0.042
2V角度82°
融点1890℃ [ 2 ]
参考文献[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

フォルステライト（Mg 2 SiO 4、一般的にFoと略される、白色オリビンとも呼ばれる）は、オリビン固溶体系列のマグネシウムに富む端成分である。鉄に富む端成分であるファイアライトと同形である。フォルステライトは斜方晶系（空間群Pbnm）に結晶化し、格子定数はa 4.75 Å（0.475 nm）、b 10.20 Å（1.020 nm）、c 5.98 Å（0.598 nm）である。[ 2 ]

フォルステライトは火成岩や変成岩に存在し、隕石からも発見されています。2005年には、スターダスト探査機によって持ち帰られた彗星の塵からも発見されました。[ 6 ] 2011年には、形成中の恒星の周囲を覆っている塵の雲の中に微小な結晶として観測されました。[ 7 ]

フォルステライトには、ウォズリアイト（斜方晶系）とリングウッダイト（等方晶系、立方晶系）という2つの多形が知られています。どちらも主に隕石から発見されています。

ペリドットは、フォルステライトオリビンの 宝石変種です。

構成

テフロアイトを含むオレンジ色のフォルステライト

純粋なフォルステライトは、マグネシウム、酸素、ケイ素から構成されています。化学式はMg 2 SiO 4です。フォルステライト、ファイアライト（Fe 2 SiO 4）、テフロアイト（Mn 2 SiO 4）は、オリビン固溶体系列の端成分です。オリビン中のFeとMgは、NiやCaなどの他の元素に置換されていますが、自然界ではごく微量です。カルシウムを豊富に含む珍しい鉱物であるモンティセライト（CaMgSiO 4）などの他の鉱物もオリビン構造を共有していますが、オリビンとこれらの他の鉱物との固溶体は限られています。モンティセライトは、接触変成ドロマイト中に産出されます。[ 2 ]

地質学的発生

フォルステライトに富むオリビンは、深さ約 400 km (250 マイル) より上のマントルで最も豊富な鉱物です。輝石も、このマントル上部の重要な鉱物です。[ 8 ]純粋なフォルステライトは火成岩 には存在しませんが、ダナイトには、少なくともFo 92と同じくらい Mg に富むフォルステライト含有量のオリビンが含まれることがよくあります(92% フォルステライト – 8% ファイアライト)。一般的なペリドタイトには、通常、少なくともFo 88と同じくらい Mg に富むオリビンが含まれます。[ 9 ] オリビンの結晶は融点が高いため、マグマ溶融物から集積過程で沈殿する最初の鉱物であり、多くの場合、斜方輝石と一緒になります。フォルステライトに富むオリビンは、マントル由来のマグマの一般的な結晶化生成物です。苦鉄質岩と超苦鉄質岩のオリビンは、通常、フォルステライト端成分に富んでいます。

フォルステライトは、高マグネシウム含有量の石灰岩およびドロマイトの変成作用によって生成されるドロマイト質大理石にも含まれています。[ 10 ] ほぼ純粋なフォルステライトは、一部の変成蛇紋岩中に存在します。一方、ファイアライトを多く含むオリビンははるかに稀です。ほぼ純粋なファイアライトは、一部の花崗岩様岩石の微量成分であり、一部の変成縞状鉄鉱層の主成分です。

構造、形成、物理的特性

フォルステライトは主に、SiO 4 4−アニオンと Mg 2+のカチオンがモル比 1:2 で含まれています。[ 11 ] SiO 4 4−アニオンの中心原子はシリコンです。各酸素原子は、単一の共有結合によってシリコンに結合しています。4 つの酸素原子は、シリコンとの共有結合により部分的に負に帯電しています。したがって、酸素原子は、それらの間の反発力を減らすために、互いに離れていなければなりません。反発を減らすための最適な形状は、四面体です。陽イオンは、M1 と M2 の 2 つの異なる八面体サイトを占め、ケイ酸塩アニオンとイオン結合を形成します。M1 と M2 は少し異なります。図 1 に示すように、M2 サイトは M1 よりも大きく、より規則的です。フォルステライト構造のパッキングは密です。この構造の空間群は Pbnm であり、点群は 2/m 2/m 2/m であり、斜方晶系の結晶構造である。

図1：フォルステライトのa軸に沿った原子スケールの構造。酸素は赤、ケイ素はピンク、マグネシウムは青で示されている。単位胞の投影図は黒い四角で示されている。

このフォルステライトの構造は、マグネシウムを鉄に置換することで完全な固溶体を形成することができます。 [ 12 ]鉄はFe 2+とFe 3+という2つの異なる陽イオンを形成できます。鉄(II)イオンはマグネシウムイオンと同じ電荷を持ち、イオン半径もマグネシウムと非常に似ています。そのため、オリビン構造において Fe 2+ はマグネシウムイオンを置換することができます。

オリビン固溶体中のフォルステライトの割合を増加させる重要な要因の1つは、マグマ中の鉄(II)イオンと鉄(III)イオンの比率である。[ 13 ]鉄(II)イオンが酸化されて鉄(III)イオンになると、鉄(III)イオンは3+電荷であるためオリビンを形成できない。鉄の酸化によるフォルステライトの発生は、イタリアのストロンボリ火山で観測された。火山が破壊されると、マグマだまりからガスと揮発性物質が漏れた。ガスが漏れるにつれて、マグマの結晶化温度が上昇した。ストロンボリマグマでは鉄(II)イオンが酸化されたため、Feに富むオリビン（ファイアライト）を形成するのに利用できる鉄(II)がほとんどなかった。そのため、結晶化したオリビンはMgに富み、フォルステライトに富む火成岩が形成された。

室温でのモル容積と圧力の関係

高圧下では、フォルステライトはウォズリアイトに相転移を起こします。地球の上部マントルの条件下では、この転移は約14～15GPaの圧力で起こります。[ 14 ]高圧実験では、この転移が遅れて、フォルステライトがほぼ50GPaの圧力まで準安定状態を維持できる場合があります（図を参照）。

ドロマイトと石英の間の累進変成作用により、フォルステライト、方解石、二酸化炭素が形成される。[ 15 ]

2カルシウムマグネシウム（二酸化炭素3）2+SiO2⟶マグネシウム2SiO4+2CaCO3+2CO2{\displaystyle {\ce {2CaMg(CO3)2 + SiO2 -> Mg2SiO4 + 2CaCO3 + 2CO2}}}

フォルステライトは石英と反応して、次の反応で 斜方輝石鉱物のエンスタタイトを形成します。

Mg2SiO4+SiO2⟶2MgSiO3{\displaystyle {\ce {Mg2SiO4 + SiO2 -> 2MgSiO3}}}

発見と名前

気孔玄武岩上に少量の輝石（茶色）を含むフォルステライト変種ペリドット。アリゾナ州ペリドット近郊で採集。

フォルステライトは、 1824年にイタリアのベスビオ火山ソンマ山で産出され、初めて記載されました。1824年、アルマン・レヴィによって、イギリスの博物学者で鉱物収集家のアドラリウス・ヤコブ・フォルスターにちなんで命名されました。[ 16 ] [ 17 ]

アプリケーション

フォルステライトは現在、その優れた機械的特性からインプラント用の生体材料としての可能性を研究されている。 [ 18 ]

参考文献

  1. ^ Warr, LN (2021). 「IMA–CNMNC承認鉱物記号」 . Mineralogical Magazine . 85 (3): 291– 320. Bibcode : 2021MinM...85..291W . doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID  235729616 .
  2. ^ a b cクライン、コーネリス; ハールバット、コーネリアス・ジュニア (1985). 『鉱物学マニュアル』（第20版）. Wiley. pp.  373–375 . ISBN 978-0-471-80580-9。
  3. ^ http://rruff.geo.arizona.edu/doclib/hom/forsterite.pdf鉱物学ハンドブック
  4. ^ http://www.mindat.org/min-1584.html Mindat.org: フォルステライト鉱物の情報とデータ
  5. ^ http://webmineral.com/data/Forsterite.shtml Webmineral: フォーステライト鉱物データ
  6. ^ Lauretta, Ds.; Keller, LP; Messenger, S. (2005). 「彗星塵由来の超新星オリビン」 . Science . 309 (5735): 737– 741. Bibcode : 2005Sci...309..737M . doi : 10.1126/science.11 ​​09602. PMID 15994379. S2CID 23245986 .  
  7. ^スピッツァー、幼少星の外層雲に結晶の「雨」を観測、ホイットニー・クラビン、トレント・ペロット、Physorg.com、2011年5月27日。2011年5月にアクセス
  8. ^釧路, I. 「高圧下における水の有無によるフォルステライト-透輝石-シリカ系」（PDF） . American Journal of Science . 267 : 269– 294.
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  10. ^ Tormmsdof、V. (1966)。 「デン・ツェントララルペン・ツヴィッシェン・ベルニナ・ウント・シンプロンにおける漸進的変態キーゼルリガー・カルボナートゲシュタイン」。Schweizerische Mineralogische und Petrographische Mittailungen。46 : 431–460 .
  11. ^飯石 憲治 (1978). 「フォルステライトの格子ダイナミクス」(PDF) . American Mineralogist . 63 ( 11– 12): 1198– 1208.
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  17. ^ http://minrec.org/labels.asp?colid=726 Archived 2016-03-03 at the Wayback Machine Mineralogical Record, Biographical Archive.
  18. ^ Ramesh, S.; Yaghoubi, A.; Lee, KYS; Chin, KMC; Purbolaksono, J.; Hamdi, M.; Hassan, MA (2013). 「バイオメディカル用途向けナノ結晶フォルステライト：合成、微細構造、および機械的特性」. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials . 25 : 63– 69. doi : 10.1016/j.jmbbm.2013.05.008 . PMID 23726923 . 
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