Hostname: page-component-77c89778f8-m42fx Total loading time: 0 Render date: 2024-07-19T00:44:54.088Z Has data issue: false hasContentIssue false
  • English
  • Français

A Mössbauer Investigation of Glauconite and its Geological Significance

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

D. M. McConchie ,
J. B. Ward ,
V. H. McCann  and
D. W. Lewis
D. M. McConchie*
Affiliation:
Department of Geology, University of Geology, Christchurch, New Zealand
J. B. Ward
Affiliation:
Department of Physics, University of Canterbury, Christchurch, New Zealand
V. H. McCann
Affiliation:
Department of Physics, University of Canterbury, Christchurch, New Zealand
D. W. Lewis
Affiliation:
Geology Department, University of Western Australia, 6009, Nedlands, Western Australia, Australia
*
Present address: Geology Department, University of Western Australia, Nedlands, Western Australia 6009, Australia.
Get access Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Mössbauer spectra of 9 glauconite samples from Upper Cretaceous and Lower Tertiary strata in the South Island of New Zealand contain a broad shoulder due to low intensity absorption continuous between 1.0 and 2.5 mm/sec when the absorber is at room temperature; the shoulder is absent, and sharp peaks are apparent in spectra taken with the absorber at 80°K. The data suggest that electron transfer occurs between adjacent Fe3+ and Fe2+ ions at room temperature. The low temperature spectra indicate that all Fe in the glauconites is in octahedral coordination. Fe3+ and Fe2+ ions occur in both eis and trans sites; Fe3+ shows a strong preference for eis sites whereas Fe2+ shows an even stronger preference for trans sites.

The partially variable oxidation state of Fe in glauconite is interpreted in terms of a geochemical model for glauconitization of a degraded or incomplete progenitor phyllosilicate. The model involves exchange of Fe2+ for other cations which temporarily stabilize the progenitor, followed by Fe2+-Fe3+ charge transfer reactions. Each reaction results from the system's tendency towards equilibrium. The model is supported by the observation that artificially leached glauconite increases both its Fe3+ and its Fe2+ content when placed in a solution containing Fe2+ as the only Fe ion present.

Резюме

Резюме

Мессбауэровские спектры 9 образцов глауконита из верхне-меловых и нижне-третичных слоев Южного Острова Новой Зеландии имеют широкий выступ из-за низкой интенсивности абсорбции, продолжающейся между 1,0 и 2,5 мм/сек, когда абсорбер находится при комнатной температуре; выступ отсутсвует и в спектрах появляются острые пики, если абсорбер находится при 80°К. Эти данные свидетельствуют, что при комнатной температуре происходит перемещение электронов между близко лежащими ионами Fе3+ и Fе2+. Низко-температурные спектры показы¬вают, что все Ре в глауконитах находится в октаэдрической форме. Fе3+ и Fе2+ ионы встречаются в цис- и транс-местах; Fе3+ сильно предпочитает цис-места, в то время как Fе2+ еще более сильно предпочитает транс-места.

Частично изменчивое состояние окисления Ре в глауконите рассматривается в качестве геохими¬ческой модели для глауконизации деградированного или неполного исходного филлосиликата. Модель включает обмен Fе2+ на другие катионы, которые временно стабилизируют исходный филлосиликат, после чего следуют реакции перемещения зарядов Fе2+-Fе3+. Каждая реакция является следствием стремления системы к равновесию. Эта модель подтверждается наблю¬дением, что в искуственно выщелоченном глауконите увеличивается содержание Fе3+ и Fе2+, если его поместить в раствор, содержащий только ион Fе2+.

Resümee

Resümee

Mössbauer-Spektren von 9 Glaukonitproben aus Schichten der Oberen Kreide und des Unteren Tertiär von der Südinsel Neuseelands zeigen eine breite Schulter hervorgerufen durch die Absorption bei niedriger Intensität zwischen 1,0 und 2,5 mm/sek, wenn der Absorber Raumtemperatur hat. Die Schulter fehlt, und scharfe Spitze treten im Spektrum auf, wenn der Absorber eine Temperatur von 80°K hat. Die Ergebnisse deuten darauf hin, daß ein Elektronenübergang zwischen benachbartem Fe3+ und Fe2+ bei Raumtemperatur stattfindet. Die Niedrigtemperaturspektren zeigen, daß sich im Glaukonit das gesamte Fe in oktaedrischer Koordination befindet. Fe3+- und Fe2+-Ionen kommen sowohl in eis- als auch in transStellungen vor: Fe3+ vor allem in cis-Stellungen, während Fe2+ in noch stärkerem Maße die trans-Stellungen bevorzugt.

Der teilweise unterschiedliche Oxidationszustand des Fe im Glaukonit wird nach einem geochemischen Modell als Glaukonitisierung degradierter oder unvollständiger Vorläufer-Schichtsilikate interpretiert. Dieses Modell sieht den Austausch von Fe2+ gegen andere Kationen vor, wodurch vorübergehend der Vorläufer stabilisiert wird, gefolgt von Fe2+-Fe3+ Ladungübertragenreaktionen. Jede Reaktion ist durch die Tendenz des Systems bestimmt, das Gleichgewicht zu erreichen. Dieses Modell wird durch die Beobachtung gestützt, daß bei künstlich ausgelaugten Glaukoniten sowohl der Fe3+- als auch der Fe2+-Gehalt steigt, wenn sie in eine Lösung kommen, die Fe nur in Form von Fe2+ enthält.

Résumé

Résumé

Les spectres Mössbauer de 9 échantillons de glauconite des couches du crétacé supérieur et du tertiaire inférieur du Ile Sud de Nouvelle-Zélande contiennent une large bande à cause d'absorption de basse intensité continue entre 1,0 et 2,5 mm/sec lorsque l'absorbant est à température ambiante, cette large bande est absente et des sommets prononcés sont apparents dans les spectres pris avec l'absorbant à 80°K. Les données suggèrent que le transfert d’électrons se passe entre les ions adjacents de Fe3+ et Fe2+ à température ambiante. Les spectres de basse température indiquent que tout le Fe dans les glauconites est en coordination octahédrique. Les ions Fe3+ et Fe2+ se trouvent à la fois dans les sites eis et trans; Fe3+ montre une préférence marquée pour les sites eis alors que Fe2+ montre une préférence plus marquée encore pour les sites trans.

L’état d'oxidation partiellement variable de Fe dans la glauconite est interprété à l'aide d'un modèle géochimique pour la glauconitisation d'un progéniteur phyllosilicate dégradé ou incomplet. Le modèle comprend l’échange de Fe2+ pour d'autres cations qui stabilizent temporairement le progéniteur, suivi par les réactions de transfert de charge Fe2+-Fe3+. Chaque réaction resuite de la tendance du système vers un état d’équilibre. Le modèle est appuyé par l'observation que la glauconite artificiellement drainée augment à la fois son contenu de Fe3+ et Fe2+ lorsque placé dans une solution contenant Fe2+ comme seul ion Fe présent.

Резюме

Резюме

Мессбауэровские спектры 9 образцов глауконита из верхне-меловых и нижне-третичных слоев Южного Острова Новой Зеландии имеют широкий выступ из-за низкой интенсивности абсорбции, продолжающейся между 1,0 и 2,5 мм/сек, когда абсорбер находится при комнатной температуре; выступ отсутсвует и в спектрах появляются острые пики, если абсорбер находится при 80°К. Эти данные свидетельствуют, что при комнатной температуре происходит перемещение электронов между близко лежащими ионами Fе3+ и Fе2+. Низко-температурные спектры показы¬вают, что все Ре в глауконитах находится в октаэдрической форме. Fе3+ и Fе2+ ионы встречаются в цис- и транс-местах; Fе3+ сильно предпочитает цис-места, в то время как Fе2+ еще более сильно предпочитает транс-места.

Частично изменчивое состояние окисления Ре в глауконите рассматривается в качестве геохими¬ческой модели для глауконизации деградированного или неполного исходного филлосиликата. Модель включает обмен Fе2+ на другие катионы, которые временно стабилизируют исходный филлосиликат, после чего следуют реакции перемещения зарядов Fе2+-Fе3+. Каждая реакция является следствием стремления системы к равновесию. Эта модель подтверждается наблю¬дением, что в искуственно выщелоченном глауконите увеличивается содержание Fе3+ и Fе2+, если его поместить в раствор, содержащий только ион Fе2+.

Keywords

GenesisGlauconiteIron oxidationMössbauer spectroscopy
Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 27 , Issue 5 , October 1979 , pp. 339 - 348
Copyright
Copyright © 1979, The Clay Minerals Society

Access options

Get access to the full version of this content by using one of the access options below. (Log in options will check for institutional or personal access. Content may require purchase if you do not have access.)

References

Annersten, H. (1975) A Mössbauer characteristic of ordered glauconite: Neues Jahrb. Mineral. Monatsh. 8, 378–384.Google Scholar
Bancroft, G. M. (1973) Mössbauer spectroscopy: An Introduction for Inorganic Chemists and Geochemists: McGraw-Hill, New York, 252 pp.Google Scholar
Bancroft, G. M., Maddock, A. G., and Burns, R. G. (1967) Applications of the Mössbauer effect to silicate mineralogy—I. Iron silicates of known crystal structure: Geochim. Cosmochim. Acta 31, 2219–2246.CrossRefGoogle Scholar
Bentor, Y. K. and Kastner, M. (1965) Notes on the mineralogy and origin of glauconite: J. Sediment. Petrology 35, 155–166.Google Scholar
Birch, G. F., Willis, J. P., and Rickard, R. S. (1976) An electron microprobe study of glauconites from the continental margin off the west coast of South Africa: Mar. Geol. 22, 271–284.CrossRefGoogle Scholar
Burns, R. G. (1970) Mineralogical Applications of Crystal Field Theory: Cambridge University Press, Cambridge, 224 pp.Google Scholar
Burst, J. F. (1958a) ‘Glauconite’ pellets: their mineral nature and applications to stratigraphic interpretations: Amer. Assoc. Petrol. Geol. Bull. 42, 310–327.Google Scholar
Burst, J. F. (1958b) Mineral heterogeneity in ‘glauconite’ pellets: Amer. Mineral. 43, 481–497.Google Scholar
Caillère, S. and Lamboy, M. (1970). Etude minéralogique de la glauconite du plateau continental au Nord-Ouest de l'Espagne: C.R. Acad. Sci. Ser. D. 270, 2057–2060.Google Scholar
Carozzi, A. V. (1960) Microscopic Sedimentary Petrology: Wiley and Sons, New York , 485 pp.Google Scholar
Cayeux, L. (1916) Introduction à l'Étude Pétrographique des Roches Sédimentaires: Glauconie: Imprimerie Nationale, Paris, 241–252.Google Scholar
Cloud, P. E. (1955) Physical limits of glauconite formation: Amer. Assoc. Petrol. Geol. Bull. 39, 484–492.Google Scholar
Dibar Ure, M. C. and Flinn, P. A. (1971) A technique for the removal of the ‘blackness’ distortion of Mössbauer spectra. in Mössbauer Effect Methodology, Gruverman, I. J., ed., 7, 245–262.CrossRefGoogle Scholar
Fairbridge, R. W. (1967) Phases of diagenesis and authigenesis. in Diagenesis in Sediments, Larsen, G. and Chilingar, G. V., eds., Elsevier, Amsterdam , 19–91.CrossRefGoogle Scholar
Foster, M. D. (1969) Studies of celadonite and glauconite: U.S. Geol. Surv. Prof. Pap. 614F, 17 pp.Google Scholar
Grim, R. E. (1968) Clay Mineralogy: 2nd ed., McGraw-Hill, New York, 596 pp.Google Scholar
Heilman, I. U., Olsen, N. B., and Olsen, J. S. (1977) Electron hopping and temperature dependent oxidation states of iron in ilvaite studied by Mössbauer effect: Physica Scripta 15, 285–288.CrossRefGoogle Scholar
Hein, J. R., Allwardt, A. O., and Griggs, G. B. (1974) The occurrence of glauconite in Monterey Bay, California, diversity, origins and sedimentary environmental significance: J. Sediment. Petrology 44, 562–571.Google Scholar
Hofmann, U., Fluck, E., and Kuhn, P. (1967) Mössbauer spectrum of iron in glauconite: Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 6, 561–562.CrossRefGoogle Scholar
Hogg, C. S. and Meads, R. E. (1970) The Mössbauer spectra of several micas and related minerals: Mineral. Mag. 37, 606–614.CrossRefGoogle Scholar
Hower, J. (1961) Some factors concerning the nature and origin of glauconite: Amer. Mineral. 46, 313–334.Google Scholar
Ingalls, R. (1964) Electric-field gradient tensor in ferrous compounds: Phys. Rev. 133A, 787–795.CrossRefGoogle Scholar
James, H. L. (1966) Chemistry of iron-rich sedimentary rocks: U.S. Geol. Surv. Prof. Pap. 440W, 61 pp.Google Scholar
Keller, W. D. (1956) Glauconitic mica in the Morrison Formation, Colorado: Clays & Clay Minerals 5, 120–127.Google Scholar
Lotgering, F. K. and Van Diepen, A. M. (1976) Electron exchange between Fe2+ and Fe3+ ions on octahedral sites in spinels studied by means of paramagnetic Mössbauer spectra and susceptibility measurements: J. Phys. Chem. Solids 38, 565–572.CrossRefGoogle Scholar
McConchie, D. M. (1978) Cretaceous and Lower Tertiary glauconite in the South Island of New Zealand. M.Sc. Thesis, Univ. Canterbury, New Zealand, 245 pp.Google Scholar
McConchie, D. M. and Lewis, D. W. (1978) Authigenic, perigenic and allogenic glauconites from the Castle Hill Basin, North Canterbury, New Zealand: N.Z. J. Geol. Geophys. 21, 199–214.CrossRefGoogle Scholar
McRae, S. G. (1972) Glauconite: Earth Sci. Rev. 8, 397–440.CrossRefGoogle Scholar
Norris, R. M. (1964) Sediments of the Chatham Rise: New Zealand Oceanographic Inst. Mem. 26, 40 pp.Google Scholar
Odin, G. S. (1975) Les glaucomes, constitution, formation, age: Thèse de Doctorat Sciences Naturelles, Univ. Pierre et Marie Curie, Paris, 250 pp.Google Scholar
Odin, G. S., Curry, D., and Hurziker, J. C. (1978) Radiometric dates from N.W. European glauconites and the Paleogene time scale: J. Geol. Soc. London 135, 481–497.CrossRefGoogle Scholar
Parry, W. T. and Reeves, C. C. (1966) Lacustrine glauconitic mica from pluvial Lake Mound, Lym, and Terry counties, Texas: Amer. Mineral. 51, 229–235.Google Scholar
Prather, J. K. (1905) Glauconite: J. Geol. 13, 509–513.CrossRefGoogle Scholar
Pryor, W. A. (1975) Biogenic sedimentation and alteration of argillaceous sediments in shallow marine environments: Geol. Soc. Amer. Bull. 86, 1244–1254.2.0.CO;2>CrossRefGoogle Scholar
Raclavasky, K., Sitek, J., and Lipka, J. (1975) Mössbauer spectroscopy of iron in clay minerals: 5th Int. Conf. Mössbauer Spec. Proc. Part II, 368–371.Google Scholar
Robert, M. M. (1972) Transformation expérimentale de glauconites et d'illites en smectites: C.R. Acad. Sci. Ser. D 275, 1319–1322.Google Scholar
Robert, M. M., Isambert, M., and Tessier, D. (1973) Etudes et premières interprétations de l'évolution des glauconites dans les sols: C.R. Acad. Sci. Ser. D. 277, 1129–1132.Google Scholar
Rolf, R. M., Kimball, C. W., and Odom, I. E. (1977) Mössbauer characteristics of Cambrian glauconite, central U.S.A.: Clays & Clay Minerals 25, 131–137.CrossRefGoogle Scholar
Rozenson, I. and Heller-Kallai, L. (1976) Reduction and oxidation of Fe3+ in dioctahedral smectites. 1. Reduction with hydrazine and dithionite: Clays & Clay Minerals 24, 271–282.CrossRefGoogle Scholar
Rozenson, I. and Heller-Kallai, L. (1977) Mössbauer spectra of dioctrahedral smectites: Clays & Clay Minerals 25, 94–101.CrossRefGoogle Scholar
Rozenson, I. and Heller-Kallai, L. (1978) Mössbauer spectra of glauconite reexamined: Clays & Clay Minerals 26, 173–175.CrossRefGoogle Scholar
Takahashi, J. I. and Yagi, T. (1929) The peculiar mudgrains and their relation to the origin of glauconite: Econ. Geol. 24, 838–852.CrossRefGoogle Scholar
Taylor, G. L., Ruotsala, A. P., and Keeling, R. O. (1968) Analysis of iron in layer silicates by Mössbauer spectroscopy: Clays & Clay Minerals 16, 381–391.CrossRefGoogle Scholar
Thompson, G. R. and Hower, J. (1975) The mineralogy of glauconite: Clays & Clay Minerals 23, 289–300.CrossRefGoogle Scholar
Triplehorn, D. M. (1966) Morphology, internal structure, and origin of glauconite pellets: Sedimentology 6, 247–266.CrossRefGoogle Scholar
Van Andel, T. J. and Postma, H. (1954) Recent sediments of the Gulf of Paria: in Reports of the Orinoco Shelf Expedition, North Holland, Amsterdam, 245 pp.Google Scholar
Ward, D. M. and Lewis, D. W. (1975) Paleoenvironmental implications of storm scoured ichnofossiliferous Mid-Tertiary limestones, Waihao district, South Canterbury, New Zealand: N.Z. J. Geol. Geophys. 18, 881–908.CrossRefGoogle Scholar
Weaver, C. E., Wampler, J. M., and Pecuil, T. E. (1967) Mössbauer analysis of iron in clay minerals: Science 156, 504–508.CrossRefGoogle ScholarPubMed