Väte i nominellt vattenfria mineral

Sammanfattning

Den vanligaste förekomsten av grundämnet väte i mineral är i form av hydroxidjoner (OH-) bundna i strukturella positioner i de hydrerade mineralen, exempelvis glimrar och amfiboler. Men väte förkommer även i de nominellt ohydrerade mineralen, dvs de mineral som inte har OH- eller H2O som en komponent i sin grundformel. Halterna av väte är normalt mycket lägre i dessa mineral, men betydligt mer variabla, och kan där för avspegla mineralens bildningsförhållanden.

I jordens övre mantel, som sträcker sig från jordskorpans undersida ned till ett djup av cirka 460 km, är de hydrerade mineralen i allmänhet ej stabila p.g.a. de förhållanden som där råder. Man har därför tidigare ansett att manteln normalt inte innehåller några större mängder väte. Men vid närmare undersökningar av vanliga mantelmineral har det visats att de flesta av dessa mineral (pyroxen, olivin, granat) innehåller förhållandevis höga halter av väte, uppgående till ungefär en tiondels procent. På grund av den övre mantelns stora volym förefaller dessa halter totalt sett motsvara en vattenmängd som kan vara av samma storleksordning som världshavens vatten.

Inom projektet utför vi experiment och undersökningar för att besvara frågor angående vätehalterna i mantelmineralen. En avgörande fråga gäller huruvida de uppmätta halterna är representativa för de reella halterna i manteln, eller om det är möjligt att vätehalterna har förändrats under de geologiska processer som fört material från manteln till jordytan. Genom experiment vid höga temperaturer studerar vi vätets mobilitet och koppling till redox-reaktioner där även järn deltar.

I ett delprojekt undersöks även vätehalter i kristaller från vulkaniska bergarter. Ett vulkanutbrotts intensitet beror till stor del på hur mycket vatten och andra volatiler som finns i den erupterande magman. Eftersom magman till stor del avgasas när den kommer upp till ytan och bildar lava, är det svårt att i efterhand uppskatta vattenandelen i magman. I projektet, som bedrivs i samarbete med vulkanologer, använder vi oss av de bevarade vätehalterna i pyroxenkristaller från lavorna för att uppskatta hur mycket vatten som fanns i magman vid eruptionstillfället.

I ett ytterligare delprojekt undersökt förekomsten av väte-substitutioner i detritisk kvarts i sedimentära bergarter i Alperna i norra Italien, eftersom dessa substitutioner är beroende av kvartsens bildningsmiljö (tryck, temperatur, kemiska förhållanden) och därmed indirekt kan användas för att klarlägga kvartsens, och resten av sedimentens, ursprung.

Projektdeltagare vid muséet

• Henrik Skogby (projektledare)
  
• Bogdana Radu
• Francesco Bernardi

Externa projektdeltagare

• Sabrina Nazzareni, University of Perugia, Italien

Utvalda publikationer

• Nazzareni, S., Barbarossa, V., Skogby, H., Zanon, V. & Pettrelli, M. (2020): Magma water content of Pico Volcano (Azores Islands, Portugal): a clinopyroxene perspective. Contributions to Mineralogy and Petrology (2020) 175:87.
• Weis, F.A., Ros, L., Reichart, P., Skogby, H. Kristiansson, P. and Dollinger, G. (2018): Hydrogen concentration analysis in clinopyroxene using proton–proton scattering analysis. Physics and Chemistry of Minerals 45, 669-678.
• Weis, F.A., Bellucci, J.J., Skogby, H., Stalder, R., Nemchin, A.A. and Whitehouse, M.J. (2017): Water content in the Martian mantle: a Nakhla perspective. Geochimica Cosmochimica Acta 212, 84-98.