Ringwoodite

Ringwoodite Catégorie IX : silicates[1]
Un échantillon de ringwoodite bleu, sa plus grande dimension est d'environ 150 micromètres.
Général
Nom IUPAC	Silicate de magnésium
Classe de Strunz	9.AC.15 9 Unclassified Strunz SILICATES (Germanates)  9.A Nesosilicates   9.AC Nesosilicates without additional anions;    9.AC.15 Ringwoodite Mg2SiO4 Space Group F d3m Point Group 4/m 3 2/m
Classe de Dana	51.03.03.01 Orthosilicates 51. Groupes SiO4 insulaires
Formule chimique	Mg2SiO4
Identification
Couleur	Bleu foncé, également rouge, violet ou incolore (Mg2SiO4 pur)
Système cristallin	Cubique
Réseau de Bravais	a = 8,113 Å ; Z = 8
Classe cristalline et groupe d'espace	Hexakisoctaédrique (m3m) symboles H-M : (4/m 3 2/m) Fd3m
Habitus	Agrégats microcristallins
Propriétés optiques
Indice de réfraction	n = 1,8
Biréfringence	Aucun (isotrope)
Pléochroïsme	Aucun
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.
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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

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

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

(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,‎ 1936, 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, n^o 1,‎ janvier 1937, 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,‎ 1966, 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,‎ 1970, p. 166-177 (DOI 10.1016/0031-9201(70)90050-6).
6. (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,‎ 1970, 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,‎ 10 février 1971, 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,‎ 8 mars 1969, p. 943-944 (DOI 10.1038/221943a0).
9. Joël Ignasse « Le diamant qui révèle la mer sous la Terre »,Sciences et Avenir du 18 juin 2014, consulté le 23 juin 2014.
10. (en) Ian Sample, « Rare Diamond confirms that Earth's mantle holds an ocean's worth of water », Scientific American,‎ 12 mars 2014 (lire en ligne, consulté le 13 mars 2014).
11. (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,‎ 13 mars 2014, p. 221-224 (DOI 10.1038/nature13080).
12. (en) Andy Coghlan, « Massive 'ocean' discovered towards Earth's core », sur New Scientist, 21 juin 2014.
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,‎ 2012, p. 573-582 (lire en ligne [PDF]).
14. (en) « Rough diamond hints at vast quantities of water inside Earth », The Guardian,‎ 12 mars 2014 (lire en ligne, consulté le 13 mars 2014).

Voir aussi

Articles connexes

• Orthosilicate de magnésium

Liens externes

• (en) « Ringwoodite », sur Handbook of Mineralogy
• (en) « Ringwoodite », sur Mindat.org
• (en) « Ringwoodite », sur Webmineral