リングウッド石

リングウッダイトは、地球のマントル深度525～660km （326～410マイル）の高温高圧下で形成される、Mg₂SiO₄（ケイ酸マグネシウム）_の高圧相です_。鉄や水素を含む場合もあります。カンラン石相のフォルステライト（ケイ酸マグネシウム鉄）と多形性を示します。  

リングウッド石は、その構造内に水酸化物イオンを含むことができることで知られています。この場合、通常、2つの水酸化物イオンがマグネシウムイオンと2つの酸化物イオンの代わりになります。^{[ 5 ]}

地球のマントル深部での存在の証拠と合わせると、これは、深さ410～660kmのマントル遷移帯に、世界の海洋の1～3倍の水が存在することを示唆している。^{[ 6 ] [ 7 ]} 

この鉱物は1969年にテンハム隕石で初めて確認され^{[ 8 ]}、地球のマントルに大量に存在すると推測されている。

カンラン石、ワズレイ石、リングウッダイトは、地球の上部マントルに存在する多形鉱物です。約660キロメートル（410マイル）より深い場所では、ペロブスカイト構造を持つ鉱物を含む他の鉱物が安定して存在します。これらの鉱物の性質が、マントルの多くの性質を決定づけています。 

リングウッダイトは、オーストラリアの地球科学者テッド・リングウッド（1930～1993）にちなんで名付けられた。彼は、マントルに共通する鉱物であるカンラン石と輝石の多形相転移を、深さ約600kmに相当する圧力下で研究した 。

リングウッダイトはフォルステライト（Mg ₂ SiO _4）と多形であり、スピネル構造を持つ。スピネルグループの鉱物は、正八面体形状で等軸晶系に結晶化する。カンラン石は、約410 km（250 mi）より上の上部マントルに最も多く存在し、カンラン石の多形であるワズレイアイトとリングウッダイトは、約410～660 kmの深さに存在するマントルの遷移帯を支配していると考えられている。   

リングウッダイトは、地球の遷移帯下部において最も豊富な鉱物相であると考えられている。この鉱物の物理的および化学的性質は、その深度におけるマントルの性質を部分的に決定づける。リングウッダイトが安定する圧力範囲は、およそ18～23 GPaである。 

天然のリングウッダイトは、多くの衝撃を受けたコンドライト隕石で発見されており、リングウッダイトは微細な多結晶集合体として存在している。^{[ 9 ]}

天然のリングウッダイトは一般的に鉄よりもマグネシウムを多く含み、純粋なマグネシウム端成分から純粋な鉄端成分までギャップのない固溶体系列を形成できる。後者、γ-オリビン固溶体系列の鉄に富む端成分であるγ-Fe ₂ SiO _{4は、米国の鉱物物理学者}トーマス・J・アーレンス（1936～2010）にちなんでアーレンサイトと名付けられた。^{[ 10 ]}

隕石では、リングウッダイトは、マトリックスを切断し、衝撃変成作用中に生成されたと思われるカンラン石を置換する急冷された衝撃溶融物の細脈中に存在します。^{[ 9 ]}

地球内部では、カンラン石は上部マントルの深さ約410km未満に存在し、リングウッダイトは深さ約520～660kmの遷移帯 に存在すると考えられている。深さ約410km 、520km 、660km付近で見られる地震活動の不連続性は、カンラン石とその多形体を含む相変化に起因するとされている。    

520 km の深さの不連続面は、一般的にカンラン石多形ワズレイアイト(ベータ相) からリングウッダイト (ガンマ相) への遷移によって引き起こされると考えられており、660 km の深さの不連続面は、リングウッダイト (ガンマ相) からケイ酸塩ペロブスカイトとマグネシオウスタイトへの相転移によって引き起こされると考えられている。^{[ 11 ] [ 12 ]}

遷移帯下半分に存在するリングウッダイトは、マントルダイナミクスにおいて極めて重要な役割を果たしていると考えられており、リングウッダイトの塑性特性は、マントルのこの部分における物質の流れを決定する上で重要であると考えられている。リングウッダイトが水酸化物を取り込む能力は、レオロジーに影響を与えるため重要である。

リングウッダイトは遷移帯に適した条件下で合成され、最大2.6重量パーセントの水分を含んでいます。^{[ 13 ] [ 14 ]}

地球の上部マントルと下部マントルの間の遷移帯は、地球全体における物質と熱の輸送規模を制御するのに役立つため、この領域に水が存在すると、それが地球規模であろうと局所的であろうと、マントルのレオロジー、ひいてはマントルの循環に大きな影響を与える可能性がある。^{[ 15 ]} 沈み込み帯では、リングウッダイト安定領域は高いレベルの地震活動を伴う。^{[ 16 ]}

ブラジル西部のジュイナで発見された「超深層」ダイヤモンド（深部から上昇してきたダイヤモンド）には、リングウッダイトの包有物が含まれていた。当時、これは地球の天然起源の唯一のサンプルとして知られており、地球のマントルに水酸化物として大量の水が存在する証拠となった。 ^{[ 6 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}この宝石は長さ約5mmで、^{[ 19 ]}ダイアトリーム噴火によって上昇してきた。^{[ 20 ]}リングウッダイトの包有物は小さすぎて肉眼では見えない。^{[ 19 ]}その後、2つ目の同様のダイヤモンドが発見された。^{[ 21 ]}

マントル貯水池には、ワズレイ石とリングウッダイトの結晶構造に含まれる水酸化物の形で、地球の海洋を合わせた量の約3倍の水が含まれている可能性がある。^{[ 7 ]}

実験では、フォルステライト（Mg）の粉末を混合して含水リングウッダイトを合成した。₂ SiO₄ )ブルサイト(Mg(OH)₂）、およびシリカ（SiO₂）₂ ) 所望の最終元素組成を得るために。これを1,523K (1,250°C; 2,282°F)ギガパスカルの圧力3 ～ 4 時間置くと、リングウッダイトに変化し、その後冷却および減圧することができる。 ^{[ 5 ]}   

リングウッダイトは、空間群Fd 3 m (またはF 4 3 m ^{[ 22 ]} )の等軸結晶系でスピネル構造を持つ。原子スケールでは、マグネシウムとケイ素はそれぞれ酸素と八面体配位と四面体配位をしている。Si-O 結合と Mg-O 結合は、イオン結合と共有結合の性質を併せ持つ。^{[ 23 ]}立方単位格子のパラメータは、純粋な Mg ₂ SiO _{4では 8.063 Å、純粋な Fe 2} SiO ₄では8.234 Åである。^{[ 24 ]}  

リングウッダイトの組成は、合成実験では純粋な Mg ₂ SiO ₄からFe ₂ SiO ₄まで多岐にわたる。リングウッダイトは重量比で最大 2.6 パーセントの H ₂ Oを取り込むことができる^{。[ 5 ]}

リングウッダイトの物理的性質は圧力と温度によって影響を受ける。マントル遷移帯の圧力と温度の条件下では、リングウッダイトの計算密度値は、純粋な Mg ₂ SiO _{4で 3.90 g/cm} ^{3 [ 25 ]}、パイロライトマントルの(Mg _0.91 ,Fe _0.09 ) ₂ SiO ₄ ^{[ 26 ]}で4.13 g/cm ³ 、 Fe ₂ SiO ₄で4.85 g/cm ^{3 [ 27 ]}である。これは屈折率n = 1.768の等方性鉱物である。

リングウッダイトの色は、隕石の種類、リングウッダイトを含む集合体の種類、さらには一つの集合体の中でも様々である。リングウッダイトの集合体は、青、紫、灰色、緑などあらゆる色合いを示す場合もあれば、全く色を示さない場合もある。

着色した凝集体を詳しく調べると、色は均一ではなく、リングウッダイトの結晶子と同程度の大きさの何かに由来しているように見える。^{[ 28 ]}_{合成サンプルでは、​​純粋なMgリングウッダイト} は無色だが、1モルパーセント以上のFe2SiO4を含むサンプルは_濃い青色をしている。この色はFe2 ⁺ –Fe3 ⁺電荷移動によるものと考えられている。 ^{[ 29 ]}

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