Ringwoodite

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Ringwoodite
Catégorie IX : silicates[1]
Image illustrative de l’article Ringwoodite
Un échantillon de ringwoodite bleu, sa plus grande dimension est d'environ 150 micromètres.
Général
Nom IUPAC Silicate de magnésium
Classe de Strunz
Classe de Dana
Formule chimique Mg2SiO4
Identification
Couleur Bleu foncé, également rouge, violet ou incolore (Mg2SiO4 pur)
Classe cristalline et groupe d'espace Hexakisoctaédrique (m3m)
symboles H-M : (4/m 3 2/m)
Fd3m
Système cristallin Cubique
Réseau de Bravais a = 8,113 Å ; Z = 8
Habitus Agrégats microcristallins
Propriétés optiques
Indice de réfraction n = 1,8
Pléochroïsme Aucun
Biréfringence Aucun (isotrope)
Transparence Semi-transparent
Propriétés chimiques
Densité 3,90 (Mg2SiO4);
4,13 ((Mg0.91,Fe0.09)2SiO4);
4,85 (Fe2SiO4)

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

La ringwoodite est un polymorphe de l'orthosilicate de magnésium et de fer (Mg,Fe)2SiO4, stable à hautes pression et température. D'abord obtenue au laboratoire par le pétrologue et géochimiste australien Ted Ringwood, elle a ensuite été observée dans des météorites, puis dans de rares échantillons terrestres.

Les données acquises en pétrologie expérimentale et en sismologie indiquent que la ringwoodite est un composant majeur du manteau supérieur terrestre.

Histoire[modifier | modifier le code]

Dans les conditions normales de température et de pression, la forme stable de (Mg,Fe)2SiO4, notée α-Mg2SiO4, est un minéral orthorhombique appelé olivine, abondant dans les roches magmatiques basiques et ultrabasiques et connu depuis 1790. En 1936-1937, sur la base des connaissances acquises pour le composé analogue Mg2GeO4, John Bernal et Harold Jeffreys émettent l'hypothèse qu'à haute pression l'olivine se transforme en une phase de structure spinelle, expliquant ainsi les discontinuités sismiques repérées par les sismologues[2],[3]. Ted Ringwood et Alan Major confirment cette hypothèse expérimentalement en 1966[4]. En 1970, les expériences à hautes température et pression montrent que l'olivine est d'abord remplacée par la phase β-Mg2SiO4, également orthorhombique[5] mais de structure spinelle modifiée, puis à plus haute pression par la phase γ-Mg2SiO4, cubique de structure spinelle[6]. Dès la découverte des phases β et γ on a compris que les transitions de phase α→β et β→γ doivent se produire dans le manteau terrestre, et qu'elles expliquent effectivement les discontinuités sismiques majeures du manteau terrestre[6],[7].

La phase γ-Mg2SiO4 a acquis son statut de minéral, et nommée ringwoodite, quand elle a été identifiée pour la première fois à l'état naturel dans la météorite de Tenham en 1969[8]. Les hautes pressions à l'origine de la formation de ringwoodite (ainsi que d'autres phases de très haute pression) sont dues à des chocs subis par le corps parent de la météorite.

En 2014, des inclusions de ringwoodite ont été trouvées dans un diamant provenant de Juína (Mato Grosso, Brésil) et issu d'une grande profondeur[9],[10]. Cette ringwoodite contient environ 1,5 % pds d'eau[11]. Un diamant similaire a été trouvé ultérieurement[12].

Dans le manteau terrestre[modifier | modifier le code]

Les conditions de stabilité de la ringwoodite sont présentes dans le manteau terrestre à une profondeur variant de 525 à 660 km.

La ringwoodite est essentiellement une solution solide de γ-Mg2SiO4 et γ-Fe2SiO4, mais elle peut contenir jusqu'à 2,5 % pds d'eau[11]. Elle fait partie des minéraux nominalement anhydres, c'est-à-dire qu'elle contient très peu d'eau (notamment, en comparaison des minéraux hydratés) mais qu'elle est en telle abondance dans la Terre qu'elle peut constituer un réservoir d'eau significatif[13]. Selon certains indices, le manteau terrestre comprendrait d'immenses quantités d'eau à une profondeur variant de 410 à 660 km[10]. La quantité d'eau contenue dans l'ensemble de ces minéraux serait supérieure à celle de tous les océans et mers à la surface de la Terre[14],[9].

À plus grande profondeur, c'est-à-dire dans le manteau inférieur, la ringwoodite se déstabilise pour donner un silicate ferro-magnésien à structure de pérovskite, souvent appelé par abus de langage « pérovskite mantellique ».

Notes et références[modifier | modifier le code]

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Ringwoodite » (voir la liste des auteurs).
  1. La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
  2. (en) J. D. Bernal, « Hypothesis on the 20◦ discontinuity », Observatory, vol. 59,‎ , p. 268.
  3. (en) Harold Jeffreys, « On the Materials and Density of the Earth's Crust », Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 4, no 1,‎ , p. 50 (DOI 10.1093/Gjiarc/4.1.50-a).
  4. (en) A. E. Ringwood et Alan Major, « Synthesis of Mg2SiO4-Fe2SiO 4 Spinel Solid Solutions », Earth and Planetary Science Letters, vol. 1,‎ , p. 241-245.
  5. (en) P. B. Moore et J. V. Smith, « Crystal structure of β-Mg2SiO4: crystal-chemical and geophysical implications », Physics of the Earth and Planetary Interiors, vol. 3,‎ , p. 166-177 (DOI 10.1016/0031-9201(70)90050-6).
  6. a et b (en) A. E. Ringwood et A. Major, « The system Mg2SiO4-Fe2SiO4 at high pressures and temperatures », Physics of the Earth and Planetary Interiors, vol. 3,‎ , p. 89-108 (DOI 10.1016/0031-9201(70)90046-4).
  7. (en) D. L. Turcotte et G. Schubert, « Phase changes and mantle convection », Journal of Geophysical Research, vol. 76,‎ , p. 7980-7987 (DOI 10.1029/JB076i005p01424).
  8. (en) R. A. Binns, R. J. Davis et S. J. B. Reed, « Ringwoodite, Natural (Mg,Fe)2SiO4 Spinel in the Tenham Meteorite », Nature, vol. 221,‎ , p. 943-944 (DOI 10.1038/221943a0).
  9. a et b Joël Ignasse « Le diamant qui révèle la mer sous la Terre »,Sciences et Avenir du 18 juin 2014, consulté le 23 juin 2014.
  10. a et b (en) Ian Sample, « Rare Diamond confirms that Earth's mantle holds an ocean's worth of water », Scientific American,‎ (lire en ligne, consulté le 13 mars 2014).
  11. a et b (en) D. G. Pearson, F. E. Brenker, F. Nestola, J. McNeill, L. Nasdala et al., « Hydrous mantle transition zone indicated by ringwoodite included within diamond », Nature, vol. 507,‎ , p. 221-224 (DOI 10.1038/nature13080).
  12. (en) Andy Coghlan, « Massive 'ocean' discovered towards Earth's core », sur New Scientist, .
  13. (en) Y. Ye, D. A. Brown, J. R. Smyth, W. R. Panero, S. D. Jacobsen et al., « Compressibility and thermal expansion study of hydrous Fo100 ringwoodite with 2.5(3) wt% H2O », American Mineralogist, vol. 97,‎ , p. 573-582 (lire en ligne [PDF]).
  14. (en) « Rough diamond hints at vast quantities of water inside Earth », The Guardian,‎ (lire en ligne, consulté le 13 mars 2014).

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]