Formation of Iddingsite Rims on Olivine: A Transmission Electron Microscope Study

Abstract

Iddingsite rimming olivine in a basanite from the Limberg, Germany, is composed of saponite and goethite. Transmission electron microscopy of ion-thinned, oriented crystals suggests a two-stage alteration process. At first, the olivine breaks into a mosaic of 50-Å diameter {110} bounded needle-shaped domains which change to a metastable hexagonal phase having a = 3.1 Å and c = 4.6 Å, probably of close-packed, metal-oxygen octahedra. This reaction opens solution channels in the olivine which are detectable from about 20-Å diameter and are parallel to the olivine y-axis. Laths of smectite, one or two layers thick, 20 Å wide, and as much as 100 Å long parallel to their y-axis nucleate from the metastable phase and begin to fill in the solution channels. The laths orient with smectite (001) parallel to olivine (100). As the channels widen, prismatic {110} goethite crystals form directly from the metastable hexagonal phase. This first stage thus provides heterogeneous nuclei of smectite and goethite, formed epitactically and perhaps topotactically from a metastable intermediary.

In a second stage,these nuclei enlarge by deposition from solution as water migrates readily through the solution channels. A reduction in total volume allows smectite veins to form, misoriented with respect to the olivine. The reaction conserves iron, requires the addition of aluminum and water, and releases magnesium and silicon. Electron microprobe analyses of the iddingsite indicate that the smectite is saponite.

Резюме

Иддингсит окружающий оливин в басаните из Лимберг в Германии, состоит из сапонита и гетита. Трансмисионная электронная микроскопия направленных кристаллов указывает на двустепенный процесс изменения. Во-первых, оливин распадается на мозаику (110) иголчатой структуры диаметром 50 Å, которая изменяется в метастабильную гексагональную фазу c a = 3,1 Å и c = 4,6 Å, вероятно, октаэдр метал-кислород с плотной упаковкой. Эта реакция открывает каналы для растворителя в оливине, которые обнаруживаются от диаметра около 20 Å и которые являются параллельными к оси у. Пластинки смектита, толщиной один или два слоя, широкие на 20 Å и длиной достигающей 100 Å, параллельные к своей оси у, образуются из метастабильной фазы и начинают наполнять каналы. Пластинки ориентируются по смектиту (001), параллельно к оливину (100). Когда каналы растираются, кристаллы призматического {110} гетита образуются прямо из метастабильной гексагональной фазы. Тогда эта начальная стадия создает неоднородные ядра смектита и гетита, которые формируются путем эпитаксии или топотаксии нз метастабильного посредника.

Во второй стадии эти ядра увеличиваются путем осаждения из раствора, в то время как вода двигается легко через каналы. Уменьшение полного объема позволяет формировать вены смектита, неориентированные по отношению к оливину. Реакция сохраняет железо, нуждаятся в добавлении алюминия и воды, и выделяет магний и кремний. Микроэлектронный анализ иддингсита указывает на то, что смехтит является в виде сапонита. [E.G.]

Resümee

Iddingsitränder von Olivin in einem Basanit von Limberg, Deutschland, bestehen aus Saponit und Goethit. Transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen von “ion-thinned” orientierten Kristallen deuten auf einen Umwandlungsprozeß in zwei Abschnitten hin. Zuerst zerfällt der Olivin in ein Mosaik aus etwa 50 Å großen, {110} begrenzten, nadelförmigen Domänen, die sich in eine metastabile hexagonale Phase mit a = 3,1 Å und c = 4,6 Å umwandeln, die wahrscheinlich aus dicht gepackten Metall-Sauerstoff-Oktaedern besteht. Diese Reaktion öffnet Lösungskanäle im Olivin, die ab einem Durchmesser von 20 Å erkennbar sind und parallel zur y-Achse des Olivins verlaufen. Smektitleisten, die eine oder zwei Lagen dick sind, 20 Å breit und parallel zu ihrer y-Achse bis zu 100 Å lang sind, bilden sich aus der metastabilen Phase und beginnen die Lösungskanäle zu füllen. Die Leisten sind mit der (001) Ebene des Smektits parallel zu (100) Ebene des Olivins orientiert. Wenn die Kanäle weiter werden, bilden sich prismatische {110} Goethitkristalle direkt aus der metastabilen hexagonalen Phase. Dieses erste Stadium liefert daher heterogene Keime von Smektit und Goethit, die epitaktisch und vielleicht topo-taktisch aus einer metastabilen übergangsphase entstehen.

In einem zweiten Stadium vergrößern sich diese Keime durch Ablagerung aus Lösung, da Wasser sehr leicht durch die Lösungskanäle wandern kann. Eine Verminderung des Gesamtvolumens ermöglicht es, daß sich Smektitadern bilden, die im Hinblick auf den Olivin keine bestimmte Orientierung aufweisen. Die Reaktion hält das Eisen fest und fordert eine Zufuhr von Aluminium und Wasser, während sie Magnesium und Silizium freigibt. Mikrosondenanalysen des Iddingsit deuten darauf hin, daß der Smektit ein Saponit ist. [U.W.]

Résumé

De l'iddingsite entourant de l'olivine dans une basanite de Limberg, Allemagne, est composée de saponite et de goethite. La microscopie électronique à transmission de cristaux orientés réduits à l’épaisseur d'ions, suggère un procédé d'altération à deux étapes. Tout d'abord, l'olivine se brise en une mosaïque de domaines en forme d'aiguilles, de 50 Å de diamètre limités par {110}, qui se transforment en une phase hexagonale métastable ayant a = 3,1 Å, et c = 4,6 Å, probablement d'octaèdres d'oxygène-métal très proches les uns des autres. Cette réaction ouvre des canaux de solution dans l'olivine, que l'on peut détecter d’à peu prés à partir de 20 Å de diamètre, et sont parallèles à l'axe-y de l'olivine. Des lattes de smectite, d'une ou deux couches d’épaisseur, de 20 Å de large, et jusqu’à 100 Å de longueur parallèles à leur axe-y sont formées à partir de la phase métastable et commencent à remplir les canaux de solution. Les lattes s'orientent avec la smectite (001) parallèle à l'olivine (100). En même temps que les canaux s’élargissent, des cristaux de goethite prismatiques {110} se forment directement à partir de la phase hexagonale métastable. Cette première étape fournit ainsi des noyaux héterogènes de smectite et de goethite, formés épitactiquement, et peut-être topotactiquement à partir d'un intermédiaire métastable.

Pendant une deuxième étape, ces noyaux s'aggrandissent par déposition de solution puisque l'eau émigre facilement à travers ces canaux de solution. Une réduction de volume total permet la formation de veines de smectite, mal orientées respectivement à l'olivine. La réaction conserve le fer, exige l'addition d'aluminium et d'eau, et relâche du magnésium et de la silice. Des analyses microprobes d’électrons de l'iddingsite indiquent que la smectite est de la saponite. [D.J.]