Iron-Rich Saponite (Ferrous and Ferric Forms)

Abstract

Clayey fragments colored deep bluish-green are widely found in glassy rhyolitic tuffs at Oya, Tochigi Prefecture. In room-air the color changes to black or gray within one hour and finally to brown in a few weeks. The fragments are composed of an intimate mixture of two kinds of smectite: a ferrous iron-rich smectite (IR) with b₀ = 9·300 Å; and an iron-poor smectite(IP) with b₀ = 9·030 Å. Microscopic examination shows a vesicular texture and that IR occurs at the core and IP at the marginal parts of each vesicle. Analysis by EPMA gave the following structural formulas: IR, (Na_0·60K_0·04Ca_0·44) (Mg_2·04Fe ²⁺_3·98 Al_0·02) (Si_6·36Al_1·64)O₂₀(OH)₄; IP, (Na_0·52K_0·08Ca_0·26) (Mg_0·90Fe ²⁺_0·95 Al_2·54) (Si_7·66Al_0·34)O₂₀(OH)₄. IR has a much larger amount of iron in trioctahedral sites than that found in any earlier data. Acid-dissolution data, infrared absorption spectra, Eh-values, and DTA and TG curves are also given. Ferrous iron in the structure is easily oxidized in room air with loss of protons from the clay hydroxyls and with contraction of the lattice. We call the IR before and after oxidation the ferrous and ferric forms, respectively, of iron-rich saponite. They strongly suggest the existence of the iron-analogue of saponite. On exposed weathered surfaces in the field, brown fragments tend to be differentiated into two parts: one light yellow montmorillonite-beidellite; the other a brown incrustation due to hisingerite.

Résumé

Des fragments argileux d’une couleur vert bleu profond se rencontrent en grand nombre dans des tufs rhyolitiques vitreux à Oya, Préfecture de Tochigi. Dans l’atmosphère ambiante, la couleur passe au noir ou au gris en une heure et finalement an brun en quelques semaines. Les fragments sont constitués par un mélange intime de deux sortes de smectite: une smectite riche en fer ferreux (IR) avec b_o = 9,300 Å, et une smectite pauvre en fer (IP) avec b_o = 9,030 Å. L’examen microscopique montre une texture vésiculaire et indique que IR se trouve au centre et IP sur les bords de chaque vésicule. L’analyse par EPMA a donné les formules structurales suivantes: IR, (Na_0,60K_0,04Ca_0,44)(Mg_2,04Fe ²⁺_3,98 Al_0,02)(Si_6,36Al_1,64)O₂₀(OM)₄; IP, (Na_0,52K_0,08Ca_0,26)(Mg_0,90Fe ²⁺_0,95 Al_2,54) (Si_7,66Al_0,34)O₂₀(OM)₄. IR possede une teneur en fer sur les sites trioctaédriques beaucoup plus importante que n’importe laquelle de celles que l’on trouve dans des données plus anciennes. Les résultats de la dissolution acide, des spectres d’absorption infrarouge, des valeurs de E_h et les courbes d’ATD et ATP sont également fournis. Le fer ferreux présent dans le réseau est facilement oxydé à l’air ambiant avec perte de protons à partir des groupes hydroxyle de l’argile et contraction du réseau. Nous appelons IR avant et après oxydation les formes ferreuse et ferrique de la saponite riche en fer. Ces formes suggèrent fortement l’existence de l’analogue ferrifère de la saponite. Sur les surfaces exposées à l’altération dans la nature, les fragments bruns tendent à se différencier en deux catégories: une montmorillonite-beidellite jaune clair et une incrustation brune due à la hisingerite.

Kurzreferat

Tief bläulichgrün gefärbte, tonartige Gemengteile werden weithin in glasigen rhyolitischen Tuffen in Oya, Präfektur Tochigi, gefunden. An der Zimmerluft geht die Färbung innerhalb einer Stunde in schwarz oder grau und anschließend in einigen Wochen in braun über. Die Tonanteile bestehen aus einer innigen. Mischung zweier Smectitarten: Einem Fe(2)-reichen Smektit (IR) mit b₀ = 9,300 Å und einem eisennarmen Smectit (IP) mit b₀ = 9,030 Å. Die mikroskopische Untersuchung zeigt, daß eine blasige Struktur vorliegt, und daß IR im Kern und IP in den randlichen Bereichen jedes Bläschens vorliegen. Die Analyse mit der Elektronenmikrosonde ergab folgende Strukturformeln: IR: (Na_0.60K_0.44)(Mg_2.04Fe ²⁺_3.98 Al_0.02)(Si_6.36Al_1.64)O₂₀(OH)₄. IP: (Na_0.52K_0.08Ca_0.26) (Mg_0.90Fe ²⁺_0.95 Al_2.54)(Si_7.66Al_0.34)O₂₀(OH)₄. IR weist einen viel größeren Betrag an Eisen in trioktaedrischer Anordnung auf, als dies bei irgendwelchen früheren Ergebnissen gefunden wurde. Werte zur Säurelöslichkeit, Infrarot-Absorptions-spektren, Eh-Werte, sowie DTA- und TG-Kurven werden ebenfalls mitgeteilt. Zweiwertiges Gittereisen wurde an der Luft leicht oxidiert, wobei Protonenabgabe der Ton-Hydroxylgruppen und Kontraktion des Gitters erfolgte. IR vor und nach der Oxidation wird von uns jeweils als Ferro- bzw. Ferriform eines eisenreichen Saponits bezeichnet. Diese Formen machen die Existenz eines FeAnalogons von Saponit sehr wahrscheinlich. An den der Verwitterung ausgesetzten Oberflächen im Gelände neigen die braunen Gemengteile zu einer Trennúng in zwei Anteile: Der eine ist ein hellgelber Montmorillonit-Beidellit, der andere eine braune Verkrustung, die auf Hisingerit zurückgeführt wird.

Резюме

Глинистые секреции ярко сине-зеленого цвета часто встречаются в стекловидных риолитовых туфитах Ойа, префектуры Точиги. В условиях комнатной температуры воздуха в течение одного часа цвет секреций меняется в черный или серый и наконец по истечении нескольких недель в бурый. Секреции состоят из плотной смеси двух смектитов: железистый смектит, богатый железом (IR) с b₀ = 9,300 Å; и смектит с малым содержанием железа (IP) с b₀ = 9,030 Å. Исследование под микроскопом показало, что структура секреций пузырьчатая и, что IR встречается в ядре пузырька, в то время как IР на гранях каждого пузырька. Ультра микрофотография дала следующие структурные формулы: IR: $(N{a_{0,60}}{K_{0,04}}C{a_{0,44}})(M{g_{2,04}}Fe_{3,98}^{2 + }A{l_{0,02}})(S{i_{6,36}}{\rm{A}}{{\rm{l}}_{1,64}}){{\rm{O}}_{20}}{(OH)_4}$ IP: $(N{a_{0,52}}{K_{0,08}}C{a_{0,26}})(M{g_{0,90}}Fe_{0,95}^{2 + }A{l_{2,54}})(S{i_{7,66}}{\rm{A}}{{\rm{l}}_{0,34}}){{\rm{O}}_{20}}{(OH)_4}$. IR в триоктаэдральных типах имеет значительно более высокое содержание железа, чем указывалось в более ранних работах. Также приводятся данные о кислотном растворении, о инфракрасных спектрах поглощения, о показателе — Eh, о дифференциально термическом анализе и о кривых TG. При комнатной температуре воздуха железистые вкрапления агрегата легко окисляются, что ведет к потере протонов из гидроксилов глины и к сжатию решетки. IR до окисления мы называем «ferrous» формой сапонита, богатого железом, а после окисления «ferric» формой того же сапонита. В полевых условиях имеется тенденция разделять бурые секреции на открытых выветрелых поверхностях на две группы: одна — светло-желтая, монтмориллонит-бейделлит; другая — бурая корка образовавшаяся благодаря гизингериту.