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.

forsterite2020(1).png

Cristallo di forsterite. San Carlos Apach Riservation, Arizona, U.S.A. Immagine tratta da D. Nishio-Hamane.

Xenoliti dunitici (ricchi in forsterite). San Carlos Apach Riservation, Arizona, U.S.A. Immagine tratta da James St. John.

Xenolite dunitico (ricco in forsterite). Basalto di Hualalai, Hawaii, eruzione del 1800. Immagine tratta da Alan Cressler.

Cristallo rosso di fayalite. Ochtendung, Eifel, Germania. Immagine tratta da Wikipedia.

Cristalli marrone di monticellite in una carbonatite. Magnet Cove, USA. Immagine tratta da RRUFF.

Cristalli rosso cupo di tefroite. Franklin, New Jersey, USA. Immagine tratta da RRUFF.

Bibliografia

Le informazioni contenute in questa pagina sono tratte da:
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• 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
Olivina in sezione (100), Antartide. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)	Olivina in sezione (100), Antartide. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)	Olivina in sezione (100), Antartide. Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
Olivina in sezione (100), Alicudi (isole Eolie). Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Olivina in sezione (100), Alicudi (isole Eolie). Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Olivina in sezione (010), Alicudi (isole Eolie). Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristallo di olivina in un basalto dell'Etna (Sicilia). Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristallo di olivina in un basalto dell'Etna (Sicilia). Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristallo di olivina in un basalto dell'Etna (Sicilia). Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
Cristallo di olivina in un basalto dell'Etna (Sicilia). Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristallo di olivina in un basalto dell'Etna (Sicilia). Immagine a NX//, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristallo di olivina in un basalto dell'Etna (Sicilia). Immagine a NX, 10x (lato lungo = 2mm)
Olivina in sezione (100). Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)	Olivina in sezione (100). Immagine a N//, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristalli di olivina. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di olivina. Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di olivina. Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristallo euedrale di Olivina in sezione (100). N//, 10x (lato lungo = 2mm)
Cristalli di Olivina. NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristallo euedrale di Olivina in sezione (100). NX, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristalli di Olivina. N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Sezione (100) di olivina con fratture riempite da bowlingite. N//, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristallo di Olivina in sezione (001). N//, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristallo di Olivina in sezione (001). N//, 10x (lato lungo = 2mm)
Sezione (100) di olivina con fratture riempite da bowlingite. NX, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristallo di olivina. NX, 10x (lato lungo = 2mm)	Cristalli di olivina in un basalto dell'Etna (Sicilia). Immagine a N//, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di olivina in un basalto dell' Auerbach (Germania). Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di olivina in un basalto dell' Auerbach (Germania). Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di olivina in un basalto dell' Auerbach (Germania). Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)
Cristalli di olivina in un basalto dell' Auerbach (Germania). Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Cristalli di olivina in un basalto dell' Auerbach (Germania). Immagine a NX, 2x (lato lungo = 7mm)	Fenocristalli arrotondati di olivina e cristalli di cromite immersi in una matrice composta da calcite. Kimberlite di Bloemfontein (Sud Africa). Immagine a NX, 2x (Lato lungo= 7mm)
Fenocristalli arrotondati di olivina e cristalli di cromite immersi in una matrice composta da calcite. Kimberlite di Bloemfontein (Sud Africa). Immagine a NX, 2x (Lato lungo= 7mm)	Fenocristalli arrotondati di olivina e cristalli di cromite immersi in una matrice composta da calcite. Kimberlite di Bloemfontein (Sud Africa). Immagine a NX, 2x (Lato lungo= 7mm)	Fenocristalli arrotondati di olivina e cristalli di cromite immersi in una matrice composta da calcite. Kimberlite di Bloemfontein (Sud Africa). Immagine a NX, 2x (Lato lungo= 7mm)