Olivina - (Fe,Mg)₂SiO₄

L'olivina, il cui nome deriva dal colore verde oliva del minerale, è un termine che indica una serie isomorfa di minerali, che va dal termine puro forsterite (Mg₂SiO₄), al termine puro fayalite (Fe₂SiO₄). Poiché il nome olivina indica il termine intermedio tra forsterite e fayalite, non è considerato una specie mineralogica valida, ma è considerato come nome della serie. La forsterite è comune in rocce mafiche e ultramafiche povere in silice ed è ritenuta essere la fase mineralogica predominante nel mantello terrestre.

Il termine forsterite si riferisce a quei minerali del gruppo dell’olivina che non superano il 10% di contenuto in ferro; il termine fayalite (dalle isole Fayal, Azzorre) è invece attribuito a quei minerali che non superano il 10% in Mg. Dato che la maggior parte delle olivina ha una composizione intermedia tra questi due termini estremi, la loro composizione è individuata utilizzando la scrittura Fo_xFa_y, che esprime la percentuale molare dei due termini estremi. Ad esempio, Fo₇₀Fa₃₀ indica un’olivina costituita dal 70% di forsterite. Generalmente la scrittura viene abbreviata indicando solo la componente forsteritica, Fo₇₀.

Oltre ai termini di Fe e Mg, i minerali del gruppo dell’olivina possono contenere Mn (tephroite), Ca e Mn (glaucochroite), Ca e Mg (monticellite) e Ca e Fe (kirschsteinite). La composizione della maggior parte dei minerali del gruppo dell’olivina può essere rappresentata nel sistema Ca₂SiO₄-Mg₂SiO₄-Fe₂SiO₄ (Fig. 1). La maggior parte delle olivine appartenente alla serie forsterite-fayalite e generalmente, ha una composizione intermedia tra questi due end member, espressa dalla formula (Mg, Fe)₂SiO₄. I minerali della serie monticellite- kirschsteinite sono estremamente rari e limitati a particolari rocce alcaline.

Fig.1: Diagramma ternario (Ca2SiO4-Mg2SiO4-Fe2SiO4) dei minerali del gruppo dell’olivina.

Struttura

Tutte le olivine cristallizzano nel sistema ortorombico e sono classificate come nesosilicati, in cui singoli gruppi tetraedrici (SiO₄)^4- sono legati tra loro da cationi bivalenti. La struttura dell’olivina (Fig.2) è caratterizzata da tetraedri isolati (SiO₄)^4-, disposti alternativamente con il vertice verso l’alto e verso il basso, disposti circa parallelamente all’asse c. Tra i tetraedri, in siti a coordinazione ottaedrica (siti M1 e M2), si hanno cationi di Mg²⁺ e Fe²⁺. Il sito M1 ha una morfologia distorta mentre quello M2 ha una morfologia più regolare. Nella serie forsterite-fayalite, Mg²⁺ e Fe²⁺ , occupano i due siti, M1 e M2, in maniera casuale; nella serie monticellite-kirschsteinite invece il Ca²⁺ Tende a preferire il sito M2 mentre il Mg²⁺ il sito M1.

Fig.2: Struttura schematica dell’olivina, vista perpendicolarmente all’asse a, in cui si notano i tetraedri, con disposizione alternata (su e giù) e i siti ottaedrici M1 e M2.

Le olivine sono minerali molto comuni nelle rocce mafiche e ultramafiche come peridotiti, gabbri e basalti. Le olivine forsteritiche (Fo_88-92) sono i costituenti fondamentali delle duniti e delle peridotiti. I gabbri e i basalti contengono generalmente olivine con composizione intermedia (Fo_50-80). Le olivine sono comunemente associate a Ca-plagioclasi, pirosseni, ossidi di titanio e ferro (magnetite e ilmenite). Le olivine forsteritiche sono instabili in rocce ricche in silice, e non si rinvengono mai associate al quarzo. Questo è dovuto al fatto che, in presenza di silice, l’olivina ricca in magnesio, si trasforma in enstatite (ortopirosseno), secondo la reazione:

Mg₂SiO₄ (forsterite) + SiO₂ (quarzo) → Mg₂Si₂O₆ (enstatite)

La fayalite invece è stabile in rocce ad alto contenuto in silice (graniti ricchi in Fe e rioliti).

L’olivina nel mantello terrestre

Alle alte temperature e pressioni, tipiche del mantello terrestre, la struttura dell’olivina diviene instabile (Fig.3). A circa 410 Km di profondità l’olivina subisce un passaggio di fase e si trasforma in wadsleyite, a 520 Km la wadsleyite si trasforma a sua volta e diviene ringwoodite (che ha una struttura compatta tipo spinello). A 670 Km la ringwoodite diviene instabile e si trasforma in perovskite e periclasio. Queste trasformazioni condizionano le caratteristiche del mantello, si hanno infatti delle discontinuità, caratterizzate da un progressivo aumento di densità, osservabile anche dallo studio della velocità delle onde sismiche.

Fig.3: Sezione schematica del mantello terrestre in cui sono evidenziati i passaggi di stato dell’olivina, e le tre discontinuità a 410, 520 e 660 Km).

Prodotti di alterazione dell’olivina

A condizioni superficiali l'olivina è comunemente soggetta ad una veloce alterazione; i principali prodotti di alterazione dell'olivina sono:

Iddingsite: Miscela di smectite (un fillosilicato), clorite, goethite-ematite. In sezione sottile appare di colore rosso cupo, generalmente presente al bordo dei cristalli o lungo fratture.

Bowlingite: Miscela di smectite-clorite e quantità variabili di serpentino, talco, e quarzo.

La formazione di iddingsite o bowlingite dipende essenzialmente dalla fugacità di ossigeno e dallo stato di ossidazione del Fe. In condizioni ossidanti si ha formazione di iddingsite e in condizioni riducenti di bowlingite.

Clorofaeite: Miscela di clorite, smectite, goethite e calcite. Risulta molto simile all'iddingsite solo che ha indici di rifrazione minori e colore più variabile.

Serpentino: L’alterazione in serpentino è comune in rocce plutoniche o debolmente metamorfiche e è dovuta alla circolazione di fluidi idrotermali. Causa la formazione di strutture di tipo "mesh" (porzioni di olivina inalterata circondata da vene ricche in serpentino). Il serpentino si forma secondo numerose reazioni chimiche tra cui:

2Mg₂SiO₄ (olivina) + 3H₂O = Mg₃Si₂O₅(OH)₂ (serpentino) + Mg(OH)₂ (brucite).

Se nel sistema è presente anche la CO₂, l’alterazione dell’Olivina può dare luogo al talco secondo la reazione:

2Mg₃Si₂O₅(OH)₄ (serpentino) + 3CO₂ = Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂ (talco) + 3MgCO₃ (magnesite) + 3H₂O.

Caratteristiche ottiche:

• Abito: Tozzo su sezioni (100). Rettangolare su sezioni (010). Rotondeggiante su sezioni (001).
• Colore: Incolore (Fo), verde-giallo (Fa).
• Sfaldature: (010) e (100) imperfette. Spesso non osservabili.
• Frattura: Concoidi.
• Rilievo: Alto.
• Colori di Interferenza:Molto alti.

Bibliografia

Le informazioni contenute in questa pagina sono tratte da:
• Howie, R. A., Zussman, J., & Deer, W. (1992). An introduction to the rock-forming minerals (p. 696). Longman.
• Le Maitre, R. W., Streckeisen, A., Zanettin, B., Le Bas, M. J., Bonin, B., Bateman, P., & Lameyre, J. (2002). Igneous rocks. A classification and glossary of terms, 2. Cambridge University Press.
• Middlemost, E. A. (1986). Magmas and magmatic rocks: an introduction to igneous petrology.
• Shelley, D. (1993). Igneous and metamorphic rocks under the microscope: classification, textures, microstructures and mineral preferred-orientations.
• Vernon, R. H. & Clarke, G. L. (2008): Principles of Metamorphic Petrology. Cambridge University Press.

Foto
Fenocristallo di olivina parzialmente alterato. Notare le fratture radiali dovute ad espansione che si propagano nei cristalli di plagioclasio. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Fenocristallo di olivina parzialmente alterato. Notare le fratture radiali dovute ad espansione che si propagano nei cristalli di plagioclasio. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Fenocristallo di olivina parzialmente alterato. Notare le fratture radiali dovute ad espansione che si propagano nei cristalli di plagioclasio. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)
Fenocristalli di olivina e plagioclasio in una Troctolite. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Fenocristalli di olivina e plagioclasio in una Troctolite. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)	Fenocristalli di olivina e plagioclasio in una Troctolite. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di olivina in una dunite. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di olivina in una dunite. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di olivina e cromite in una dunite. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di olivina in una dunite. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di olivina in una dunite. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di olivina in una dunite. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)
Giunti tripli tra cristalli di olivina in una dunite. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)	Giunti tripli tra cristalli di olivina in una dunite. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)	Giunti tripli tra cristalli di olivina in una dunite. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
Cristalli di olivina, con kink bands, in una dunite. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di olivina, con kink bands, in una dunite. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di olivina in una dunite. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di olivina, plagioclasio e pirosseno interstiziale. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristalli diplagioclasio con inclusioni di olivina e spinello cromifero. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristalli di olivina e pirosseno interstiziale. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
Cristalli di olivina e plagioclasio nella porzione troctolitica. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di olivina e plagioclasio nella porzione troctolitica. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di olivina nella porzione peridotitica. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di pirosseno (beige), plagioclasio (incolore) ed olivina (circondata da un sottile bordo di ortopirosseno e da un bordo kelifitico vermicolare). Gabbro olivinico proveniente da Huntly, Aberdeenshire, Inghilterra. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di pirosseno (alti colori di interferenza), plagioclasio (grigio I ordine) ed olivina (circondata da un sottile bordo di ortopirosseno grigio chiaro e da un bordo kelifitico vermicolare). Gabbro olivinico proveniente da Huntly, Aberdeenshire, Inghilterra. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di pirosseno (beige), plagioclasio (incolore) ed olivina (circondata da un sottile bordo di ortopirosseno e da un bordo kelifitico vermicolare). Gabbro olivinico proveniente da Huntly, Aberdeenshire, Inghilterra. Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)
Cristalli di pirosseno (alti colori di interferenza), plagioclasio (alti colori di interferenza) ed olivina (circondata da un sottile bordo di ortopirosseno grigio chiaro e da un bordo kelifitico vermicolare). Gabbro olivinico proveniente da Huntly, Aberdeenshire, Inghilterra. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristalli di pirosseno (beige), plagioclasio (incolore) ed olivina (circondata da un sottile bordo di ortopirosseno e da un bordo kelifitico vermicolare). Gabbro olivinico proveniente da Huntly, Aberdeenshire, Inghilterra. Immagine a N//, 20x (lato lungo = 1mm)	Cristalli di pirosseno (alti colori di interferenza), plagioclasio (alti colori di interferenza) ed olivina (circondata da un sottile bordo di ortopirosseno grigio chiaro e da un bordo kelifitico vermicolare). Gabbro olivinico proveniente da Huntly, Aberdeenshire, Inghilterra. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
Cristalli di orneblenda con inclusioni di olivina (cristalli incolori e tondeggianti) in una orneblendite del Monte Mattoni, Val Fredda, Adamello. Immagine a N//, 10x (lato lungo =2mm)	Cristalli di orneblenda con inclusioni di olivina (cristalli tondeggianti con alti colori di interferenza) in una orneblendite del Monte Mattoni, Val Fredda, Adamello. Immagine a NX, 10x (lato lungo =2mm)	Cristalli di orneblenda con inclusioni di olivina (cristalli incolori e tondeggianti) in una orneblendite del Monte Mattoni, Val Fredda, Adamello. Immagine a N//, 10x (lato lungo =2mm)
Cristalli di orneblenda con inclusioni di olivina (cristalli incolori e tondeggianti) in una orneblendite del Monte Mattoni, Val Fredda, Adamello. Immagine a N//, 10x (lato lungo =2mm)	Cristalli di orneblenda con inclusioni di olivina (cristalli tondeggianti con alti colori di interferenza) in una orneblendite del Monte Mattoni, Val Fredda, Adamello. Immagine a NX, 10x (lato lungo =2mm)	Cristalli di orneblenda con inclusioni di olivina (cristalli tondeggianti con alti colori di interferenza) in una orneblendite del Monte Mattoni, Val Fredda, Adamello. Immagine a NX, 10x (lato lungo =2mm)
Cristalli di olivina parzialmente alterati da serpentino e magnetite (nero). Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di olivina parzialmente alterati da serpentino (associato a magnetite). Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di olivina parzialmente alterati da serpentino e magnetite (nero). Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di olivina parzialmente alterati da serpentino (associato a magnetite). Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristalli di olivina parzialmente alterati da serpentino (associato a magnetite). Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristalli di olivina parzialmente alterati da serpentino (associato a magnetite). Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)