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Ikaïte

L'ikaïte est le nom minéral de l'hexahydrate de carbonate de calcium, de formule CaCO3·6H2O[2]. De symbole IMA ika[3], cette espèce minérale a tendance à former des cristaux pyramidaux très raides ou épineux, souvent disposés radialement, de tailles variées allant d'agrégats de la taille d'un ongle à de gigantesques éperons saillants. Elle ne se trouve que dans un état métastable à une température proche du point de congélation et se décompose rapidement en libérant la majeure partie de sa teneur en eau si on la retire du milieu aquatique. Ce « minéral fondant » est plus communément connu à travers ses pseudomorphes.

 

Ikaïte
Catégorie V : carbonates et nitrates[1]
Image illustrative de l’article Ikaïte
Général
Classe de Strunz
5.CB.25
Classe de Dana
15.1.4.1
Formule chimique CaCO3·6H2O
Identification
Couleur brune, blanche si elle est pure.
Classe cristalline et groupe d'espace 2/m - Prismatique

B2/b ; C2/c
Système cristallin Monoclinique
Habitus Stalactitique : en forme de colonnes pendantes comme des stalactites ou des stalagmites (comme la calcite).

Tabulaire : les dimensions de la forme sont minces dans une direction.
Échelle de Mohs 3
Trait blanc
Éclat terreux
Propriétés optiques
Indice de réfraction biaxial (-) ; nα = 1,455 ; 1,460 nβ = 1,535 ; 1,538 nγ = 1,545
Biréfringence 0,090
Dispersion 2 vz ~ distincte
Transparence translucide
Propriétés chimiques
Densité 1,77 g/cm3 (mesurée), 1,833 g/cm3 (calculée)
Fusibilité au-dessus de 8 °C
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Distribution

L'ikaïte est généralement considérée comme un minéral rare, probablement en raison de la difficulté de préserver les échantillons. Elle a été découverte pour la première fois dans la nature par le minéralogiste danois Pauly[4] dans le fjord d'Ikka (alors orthographié Ika) au sud-ouest du Groenland, près d'Ivittuut, la localité du célèbre gisement de cryolite[5] - [6]. Ici, l'ikaïte se développe en des tours ou colonnes vraiment spectaculaires (jusqu'à 18 m de haut) poussant du fond du fjord à la surface de l'eau, où elles sont naturellement tronqués par les vagues, ou accidentellement par les bateaux[7] - [8]. Dans le fjord d'Ikka, on pense que des tours d'ikaïte se sont créées à la suite d'un écoulement d'eau souterraine, riche en ions carbonate et bicarbonate, resurgent dans le fond du fjord sous forme de sources, où il rentre en contact avec les eaux marines du fjord riches en calcium[8]. L'ikaïte a également été signalée dans les sédiments marins des hautes latitudes du détroit de Bransfield, en Antarctique[9], dans la Mer d'Okhotsk en Sibérie orientale, au large de Sakhaline[10] et à Saanich Inlet en Colombie-Britannique, Canada. De plus, il a été signalé dans un éventail abyssal au large du Congo, et est donc probablement présent dans le monde entier. L'occurrence la plus récente a été signalée par Dieckmann et al. (2008)[11]. Cette équipe à trouvé le minéral directement précipité en des tailles de grains de centaines de micromètres dans la glace de mer de la mer de Weddell et sur toute la banquise côtière au large de la Terre Adélie, en Antarctique. L'ikaïte peut également former de gros cristaux dans les sédiments, atteignant une taille macroscopique, parfois avec une bonne forme cristalline. Il existe des preuves solides que certains de ces dépôts marins sont associés à des suintements froids[12]. L'ikaite a également été trouvée dans le dépôt cryogénique dans de grottes où elle précipite à partir de la congélation d'eau riche en carbonate[13] - [14].

Structure

L'ikaïte possède un système cristallin monoclinique du groupe d'espace C2/c avec des paramètres de réseau a~8,87A, b~8,23A, c~11,02A, β~110,2°[15] - [16]. La structure du minéral consiste en une paire d'ions (Ca2+ CO32−)0 entourée d'une cage de molécules d'eau à liaison hydrogène isolant les paires d'ions entre elles[17].

Paire d'ions (Ca 2+CO32−)0 et cage d'hydratation. Une partie de la structure cristalline de l'ikaite. Le Calcium (bleu) est en coordination dodécaédrique avec les atomes O (rouge) du carbonate (plan noir) et les molécules d'eau, tandis que les liaisons hydrogène (pointillées) entre les atomes H (jaune) des molécules d'eau et les atomes O du carbonate ions existent[15] - [17].

Stabilité

La forme de carbonate de calcium (ikaïte synthétique) a été découverte au XIXe siècle dans une étude de Pelouze[18]. Elle n'est thermodynamiquement stable qu'à des pressions modérées, donc lorsqu'il se trouve près de la surface de la Terre, elle est toujours métastable[19] - [20]. Comme elle semble être relativement commune dans la nature, il est clair que les conditions de nucléation et de croissance métastables sont facilement réunies. L'environnement en eau froide est certainement nécessaire à sa formation, et les inhibiteurs de nucléation comme les ions phosphate pour la croissance des phases anhydres de carbonate de calcium, telles que la calcite, l'aragonite et la vatérite aident probablement à sa conservation. Il est probable que la structure du carbonate de calcium dans une solution aqueuse concentrée consiste également en une paire d'ions, et que c'est pourquoi l'ikaïte nuclée facilement à basse température, en dehors de sa plage de stabilité thermodynamique. Lorsqu'elle est retirée de son environnement d'origine en eau froide, elle se désintègre rapidement en phases de monohydrocalcite ou de carbonate de calcium anhydre et en eau, ce qui lui vaut le surnom de minéral fondant.

Pseudomorphes

Les indices de présence d'ikaïte peut être retrouvés à travers le temps géologique grâce à la présence de pseudomorphes d'autres phases de carbonate de calcium ultérieures[21]. Bien qu'il puisse être difficile de définir de manière unique le minéral d'origine pour chaque spécimen, il semble y avoir de bonnes preuves que l'ikaïte est le précurseur des gisements de pseudomorphes suivants :

L'ikaïte ou ses pseudomorphes ont été signalés dans les environnements marins[27], d'eau douce et estuariens[28].

Images de pseudomorphes de thinolite tirées de ES Dana (1884)[23].

Les températures froides semblent être la condition commune, bien que la présence de traces d'autres produits chimiques tels que les inhibiteurs de nucléation du carbonate de calcium anhydre puisse également semble y jouer un rôle important. Il a également été signalé que l'ikaïte se formait en hiver à Hokkaido dans une source saline.

L'eau froide peut être trouvée en profondeur dans les océans même sous les tropiques, donc l'ikaïte peut se former à toutes les latitudes. Par ailleurs, la présence de ses pseudomorphes peut être utilisée comme proxy paléoclimatique ou paléothermométrie de l'eau proche des conditions de congélation[29] - [30].

Gisements de Thinolite

La thinolite est une forme inhabituelle de carbonate de calcium que l'on trouve sur les rives du lac Mono, en Californie. Ce lac ainsi que d'autres se trouvent en grande partie dans des environnements chauds, désertiques ou semi-désertiques du sud-ouest des États-Unis, et faisaient partie d'un plus grand lac post-glaciaire qui couvrait une grande partie de la région vers la fin de la dernière glaciation. À cette époque, des conditions similaires à celles du fjord d'Ikka ont permis la croissance d'une ikaïte massive[31].

Géochimie isotopique

La géochimie isotopique peut révéler des informations sur l'origine des éléments qui composent l'ikaïte et ses pseudomorphes[32]. Des études du rapport de 13C et 12C dans l'ikaïte par rapport à un standard naturel peuvent aider à déterminer l'origine du stock de carbone (organique/inorganique) consommé pour former l'ikaite[33]. Certaines études ont montré que l'oxydation du méthane (CH4) en est la source à la fois pour l'ikaïte et pour les glendonites modernes dans les sédiments marins de haute latitude. De même, le rapport de 18O à 16O, variant en nature avec la température et la latitude, peut être utilisé pour montrer que les glendonites formées dans des eaux très proches du point de congélation, en accord avec la formation observée d'ikaïte.

Références
  1. La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
  2. (en) « Ikaite Mineral Data », sur webmineral.com (consulté le )
  3. (en) Laurence N. Warr, « IMA–CNMNC approved mineral symbols », Mineralogical Magazine, vol. 85, no 3,‎ , p. 291–320 (ISSN 0026-461X et 1471-8022, DOI 10.1180/mgm.2021.43, résumé)
  4. (en) H. Pauly, « "Ikaite", a new mineral from Greenland », Arctic, vol. 16, no 4,‎ , p. 263–264 (DOI 10.14430/arctic3545, lire en ligne [archive du ], consulté le )
  5. (en) A. Bethelsen, « On the geology of the country around Ivigtut, SW Greenland », Geologische Rundschau, vol. 52, no 1,‎ , p. 260–280 (DOI 10.1007/bf01840080, Bibcode 1962GeoRu..52..269B, S2CID 129290259)
  6. (en) C. H. Emeleus, « The Grønnedal-Ikka Alkaline Complex, South Greenland: The structure and geological history of the complex. », Grønlands Geologiske Undersøgelse, vol. 45,‎ , p. 1–75 (DOI 10.34194/bullggu.v45.6579)
  7. (en) B. Buchardt, P. Seaman, G. Stockmann, M. V. U. Wilken, L. Duwel, A. Kristiansen, C. Jenner, M. J. Whiticar, R. M. Kristensen, G. H. Petersen et L. Thorbjorn, « Submarine columns of ikaite tufa », Nature, vol. 390, no 6656,‎ , p. 129–130 (DOI 10.1038/36474, Bibcode 1997Natur.390..129B, S2CID 4396798)
  8. (en) B. Buchardt, C. Israelson, P. Seaman et G. Stockmann, « The Ikaite tufa towers in Ikka Fjord, SW Greenland: Formation by mixing of seawater and alkaline spring water », Journal of Sedimentary Research, vol. 71, no 1,‎ , p. 176–189 (DOI 10.1306/042800710176, Bibcode 2001JSedR..71..176B)
  9. (en) E. Suess, W. Balzer, K.-F. Hesse, P.J. Muller, C. A. Ungerer et G. Wefer, « Calcium carbonate hexahydrate from organic rich sediments of the Antarctic shelf: precursors of glendonites », Science, vol. 216, no 4550,‎ , p. 1128–1131 (PMID 17808501, DOI 10.1126/science.216.4550.1128, Bibcode 1982Sci...216.1128S, S2CID 27836966, lire en ligne)
  10. (en) J. Greinert et A. Derkachev, « Glendonites and methane-derived Mg-calcites in the Sea of Okhotsk, Eastern Siberia: implications of a venting-related ikaite/glendonite formation », Marine Geology, vol. 204, nos 1–2,‎ , p. 129–144 (DOI 10.1016/S0025-3227(03)00354-2, Bibcode 2004MGeol.204..129G, CiteSeerx 10.1.1.538.6338)
  11. (en) G. S. Dieckmann, G. Nehrke, S. Papadimitriou, J. Göttlicher, R. Steininger, H. Kennedy, D. Wolf-Gladrow et D. N. Thomas, « Calcium carbonate as ikaite crystals in Antarctic sea ice », Geophysical Research Letters, vol. 35, no 8,‎ , p. L08501 (DOI 10.1029/2008GL033540, Bibcode 2008GeoRL..3508501D, S2CID 14010315, lire en ligne)
  12. (en) J. L. Bischoff, S. Stine, R. J. Rosenbauer, J. A. Fitzpatrick et T. W. Stafford Jr, « Ikaite precipitation by mixing of shoreline springs and lake water, Mono Lake, California, USA », Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 57, no 16,‎ , p. 3855–3856 (DOI 10.1016/0016-7037(93)90339-X, Bibcode 1993GeCoA..57.3855B)
  13. (ru) « КРИОГЕННЫЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ ПЕЩЕР ПРИОЛЬХОНЬЯ (ЗАПАДНОЕ ПРИБАЙКАЛЬЕ) » [« Cryogenic mineral formations in the caves of Priolkhonie region (Western Pribaikalye) »], Криосфера Земли, vol. XXIII, no 6,‎ (ISSN 1560-7496, DOI 10.21782/kz1560-7496-2019-6(8-18), lire en ligne, consulté le )
  14. Ekaterina Bazarova, Alexander Kononov and Oksana Gutareva, 2016, Cryogenic Mineral Formations in the Okhotnichya Cave in the primorsky Mountain Ridge (Western Baikal Region, Russia), Eurospeleo Magazine 3 pp.47-59
  15. Dickens, B. et Brown, W.E., « The crystal structure of calcium carbonate hexahydrate at ~120 °C », Inorganic Chemistry, vol. 9, no 3,‎ , p. 480–486 (DOI 10.1021/ic50085a010)
  16. Hesse, K. -F., Kuppers, H., Suess, E., « Refinement of the structure of Ikaite, CaCO3.6H2O », Zeitschrift für Kristallographie, vol. 163, nos 3–4,‎ , p. 227–231 (DOI 10.1524/zkri.1983.163.3-4.227, Bibcode 1983ZK....163..227H, lire en ligne)
  17. (en) I.P. Swainson et R.P. Hammond, « Hydrogen bonding in ikaite, CaCO3.6H2O », Mineralogical Magazine, vol. 67, no 3,‎ , p. 555–562 (DOI 10.1180/0026461036730117, Bibcode 2003MinM...67..555S, S2CID 101756996)
  18. M.J. Pelouze, « Sur une combinaison nouvelle d'eau et de carbonate de chaux », C. R. Acad. Sci., vol. 60,‎ , p. 429–431 (lire en ligne)
  19. (en) J.L Bischoff, J.A. Fitzpatrick et R.J. Rosenbauer, « The solubility and stabilization of ikaite (CaCO3.6H2O) from 0° to 25 °C », Journal of Geology, vol. 101, no 1,‎ , p. 21–33 (DOI 10.1086/648194, Bibcode 1993JG....101...21B, S2CID 140724494)
  20. (en) G. Marland, « The stability of CaCO3.6H2O (ikaite) », Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 39, no 1,‎ , p. 83–91 (DOI 10.1016/0016-7037(75)90186-6, Bibcode 1975GeCoA..39...83M)
  21. (en) M.E. Kaplan, « Calcite pseudomorphs (pseudogaylusite, jarrowite, thinolite, glendonite, gennoishi) in sedimentary rocks. The origin of pseudomorphs (in Russian) », Lithology and Mineral Resources, vol. 5,‎ , p. 125–141
  22. (en) T. C. Council et P. C. Bennett, « Geochemistry of ikaite formation at Mono Lake, California: Implications for the origin of tufa mounds », Geology, vol. 21, no 11,‎ , p. 971–974 (DOI 10.1130/0091-7613(1993)021<0971:GOIFAM>2.3.CO;2, Bibcode 1993Geo....21..971C)
  23. (en) E.S. Dana, « A crystallographic study of the thinolite of Lake Lahontan », U.S. Geological Survey Bulletin, no 12,‎ , p. 429–450
  24. (en) E. J. J. Browell, « Description and analysis of an undescribed mineral from Jarrow Slake », Tyneside Naturalists Field Club, vol. V,‎ , p. 103–104
  25. (en) D.J. Shearman et A.J. Smith, « Ikaite, the parent mineral of jarrowite-type pseudomorphs », Proceedings of the Geological Association, London, vol. 96, no 4,‎ , p. 305–314 (DOI 10.1016/S0016-7878(85)80019-5)
  26. (en) T. Ito, « Ikaite from cold spring water at Shiowakka, Hokkaido », Journal of Mineralogy, Petrology and Economic Geology, vol. 91, no 6,‎ , p. 209–219 (DOI 10.2465/ganko.91.209)
  27. (en) C.L. Stein et A.J. Smith, « Authigenic carbonate nodules in the Nankai Trough, Site 583 », Initial Reports of the DSDP, initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, vol. 87,‎ , p. 659–668 (DOI 10.2973/dsdp.proc.87.115.1986)
  28. (en) G.L. Kennedy, D.M. Hopkins et W.J. Pickthorn, « Ikaite, the glendonite precursor, in estuarine sediments at Barrow, Arctic Alaska », Annual Meeting Abstract Program, Geological Society of America, vol. 9,‎ , p. 725
  29. (en) I.P. Swainson et R.P. Hammond, « Ikaite, CaCO3.6H2O: Cold comfort for glendonites as palaeothermometers », American Mineralogist, vol. 86, nos 11–12,‎ , p. 1530–1533 (DOI 10.2138/am-2001-11-1223, S2CID 101559852)
  30. (en) D.J. Shearman, A. McGugan, C. Stein et A.J. Smith, « Ikaite, CaCO3.6H2O, precursor of the thinolites in the Quaternary tufas and tufa mounds of the Lahontan and Mono Lake Basins, western United States », Geological Society of America Bulletin, vol. 101, no 7,‎ , p. 913–917 (DOI 10.1130/0016-7606(1989)101<0913:ICOPOT>2.3.CO;2, Bibcode 1989GSAB..101..913S)
  31. Bruno Scala, « L'ikaïte : nouvel outil pour étudier le changement climatique », sur Futura (consulté le )
  32. (en) M.J. Whiticar et E. Suess, « The cold carbonate connection between Mono Lake, California and the Bransfield Strait, Antarctica », Aquatic Geochemistry, vol. 4, nos 3/4,‎ , p. 429–454 (DOI 10.1023/A:1009696617671, S2CID 130488236)
  33. (en) C.J. Schubert, D. Nunberg, N. Scheele, F. Pauer et M. Kriews, « 13C isotope depletion in ikaite crystal: evidence for methane release from the Siberian shelves? », Geo-Marine Letters, vol. 17, no 2,‎ , p. 169–174 (DOI 10.1007/s003670050023, Bibcode 1997GML....17..169S, S2CID 128872028)

Lectures complémentaires
  • (en) J. H. F. Jansen, C. F. Woensdregt, M. J. Kooistra et S. J. van de Gaast, « Ikaite pseudomorphs in the Zaire deep-sea fan: An intermediate between calcite and porous calcite », Geology, vol. 15, no 3,‎ , p. 245–248 (DOI 10.1130/0091-7613(1987)15<245:IPITZD>2.0.CO;2, Bibcode 1987Geo....15..245J)
  • (en) J. D. Johnston, « Pseudomorphs after ikaite in a glaciomarine sequence in the Dalradian of Donegal, Ireland », Scottish Journal of Geology, vol. 31, no 1,‎ , p. 3–9 (DOI 10.1144/sjg31010003, S2CID 129695941)
  • King, C., (1878). U. S. Geological exploration of the fortieth parallel, Vol. 1. Washington: D.C., U. S. Government Printing Office.
  • Russell, I. C. (1889). Quaternary history of Mono Valley, California. Reprint from the Eighth Annual Report of the United States Geological Survey, Pages 267–394. Artemisia Press, Lee Vining, California 1984

Liens externes
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