Lawsonitt er et hydratisert kalsiumaluminiumsilikatmineral med den kjemiske formelen CaAl₂Si₂O₇(OH)₂·H₂O. Det krystalliserer i det ortorombiske krystallsystemet, typisk med romgruppe Ccmm. Strukturelt består lawsonitt av rammelignende kjeder av kantdelte AlO₆-oktaedre som er kryssbundet av isolerte Si₂O₇-disilikatgrupper. Denne konfigurasjonen danner store strukturelle kanaler parallelt med c-aksen, som rommer Ca²⁺-kationer og isolerte H₂O-molekyler. På grunn av denne unike krystallstrukturen inneholder lawsonitt omtrent 11,5 vekt% støkiometrisk vann i gitteret. Det har en Mohs-hardhet på 6 til 6,5, en spesifikk vekt på omtrent 3,09, og viser distinkt prismatisk kløv. Sammensetningene forblir bemerkelsesverdig nær endeleddformelen, med kun mindre substitusjoner av jern (Fe³⁺) og titan (Ti⁴⁺) som erstatter aluminium i oktaedriske posisjoner.
Mineralet ble først identifisert og beskrevet i 1895 av de amerikanske mineralogene Charles Palache og Frederick Leslie Ransome. Typelokaliteten for lawsonitt er Tiburon-halvøya i Marin County, California, hvor det ble oppdaget i glaukofanholdige metamorfe bergarter fra Franciscan-komplekset. Palache og Ransome navnga den nyoppdagede arten til ære for Andrew Cowper Lawson, en fremtredende skotsk-kanadisk geolog og professor ved University of California, Berkeley, som gjorde grunnleggende bidrag til den tektoniske og strukturelle geologien i Vest-Nord-Amerika. Identifikasjonen av lawsonitt ga tidlige metamorfe petrologer en kritisk mineralogisk markør som senere skulle vise seg å være essensiell for å formulere konseptene om høytrykks-, lavtemperatur metamorfe facies-serier.
Lawsonitt er et diagnostisk indeksmineral som indikerer høy-trykk, lav-temperatur (HP-LT) metamorfose, og fungerer som en definerende fase for blåskiferfasies og lavere temperaturregimer av eklogittfasies. Dets termodynamiske stabilitetsfelt spenner over trykk fra omtrent 0,5 til over 3,0 GPa og temperaturer fra 200°C til 500°C. Lawsonitt dannes primært gjennom prograd metamorfose og dehydrering av endrede oseaniske basalter, gabbroer og gråvakker under subduksjon. Ved lavere grader erstatter det forløperhydratfaser som laumontitt, heulanditt eller pumpellyitt via reaksjoner som nedbrytning av pumpellyitt i nærvær av kloritt og kvarts for å danne lawsonitt, glaukofan og fluid:
Fordi lawsonitt kan opprettholde sitt strukturelle vann under ekstreme trykk der andre vannholdige silikater som kloritt og amfibol brytes ned, fungerer det som en av de viktigste mineralogiske bærerne for transport av flyktig H₂O dypt inn i jordens øvre mantel. Den eventuelle dype dehydreringen av lawsonitt ved lawsonitt-eklogitt til amfibol-eklogitt-grensen, som frigjør væsker inn i den overliggende mantelkilen, anses bredt som en nøkkelutløser for delvis smelting, buevulkanisme og mellomdyp subduksjonssone-seismisitet.
Krystallografisk struktur, optiske egenskaper og klassifisering
Lawsonitt er et hydratisert kalsiumaluminiumsorosilikatmineral som tilhører sorosilikat-underklassen av silikatmineraler. Det krystalliserer i det ortorombiske krystallsystemet og forekommer vanligvis i romgruppen Cmcm. Krystallstrukturen består av kjeder av kantdelte AlO₆-oktaedre som strekker seg parallelt med den krystallografiske c-aksen. Disse oktaedriske kjedene er forbundet med isolerte Si₂O₇-disilikatgrupper, noe som skaper et stivt tredimensjonalt rammeverk som inneholder strukturelle kanaler okkupert av kalsiumkationer sammen med essensielle hydroksylgrupper og molekylært vann. Mineralet har generelt en sammensetning svært nær den ideelle formelen, CaAl₂Si₂O₇(OH)₂·H₂O, med bare begrenset kjemisk substitusjon, oftest involverende mindre mengder ferrisk jern som erstatter aluminium i de oktaedriske posisjonene.
I håndstykke er lawsonitt typisk fargeløs, hvit, lys grå eller svakt blåaktig, selv om spor av urenheter kan gi blekgrønn, blågrønn eller rosa farge. Velformede krystaller er vanligvis tavleformede eller pseudo-tetragonale i utseende og kan opptre som korte prismatiske krystaller, selv om mineralet oftere utvikler seg som finkornede aggregater i metamorfe bergarter. Optisk sett viser lawsonitt generelt svak til moderat pleokroisme i fargede varianter. Under polarisert lys er det preget av høy positiv relieff og moderat dobbeltbrytning, noe som gjør det relativt lett å gjenkjenne i tynnslip. Tvillingdannelse kan forekomme, selv om det ikke alltid er et dominerende diagnostisk trekk. Disse optiske egenskapene, kombinert med sin karakteristiske forekomst i høytrykksmetamorfe miljøer, gjør lawsonitt til et viktig mineral for petrografisk identifikasjon.
Fysiske og kjemiske egenskaper
Lawsonitt har en kombinasjon av fysiske egenskaper som gjenspeiler dens kompakte krystallstruktur, til tross for det betydelige vanninnholdet. Den har en Mohs-hardhet på omtrent 6 til 6,5, noe som gjør at den kan ripe glass og er hardere enn mange andre vannholdige silikatmineraler. Dens egenvekt varierer vanligvis fra 3,05 til 3,12, med en gjennomsnittsverdi nær 3,09. Mineralet viser god til perfekt kløv på {010}- og {100}-planene, og produserer glatte kløvflater som vanligvis viser glassaktig til svakt perlemorsglans.
En av de mest betydningsfulle kjemiske egenskapene til lawsonitt er den høye konsentrasjonen av strukturelt bundet vann, som inneholder omtrent 11 vekt% H₂O i form av både hydroksylgrupper og molekylært vann. Dette betydelige vanninnholdet spiller en avgjørende rolle for dens geologiske betydning. Under normale overflateforhold er lawsonitt relativt stabilt og motstandsdyktig mot forvitring og fortynnede syrer. Imidlertid destabiliserer økende temperatur til slutt krystallstrukturen, noe som fører til dehydrerings- og nedbrytningsreaksjoner. Under lavtemperatur-, høytrykksforhold som er typiske for subduksjonssoner, blir lawsonitt bemerkelsesverdig stabilt og kan vedvare ved trykk over 2 GPa og temperaturer nær 600°C, noe som gjør det i stand til å transportere vann til betydelige dybder i jordens indre.
Geologisk forekomst og vitenskapelig betydning
Lawsonitt er et av de viktigste indikatormineralene for høytrykks, lavtemperaturmetamorfose og er spesielt karakteristisk for blåskiferfaciesbergarter dannet i subduksjonssone-miljøer. Dets tilstedeværelse gir sterke bevis for tidligere eksistens av gamle konvergente plategrenser og subduksjon av oceanisk litosfære. Fordi stabilitetsfeltet er godt avgrenset, brukes lawsonitt mye av metamorfe petrologer til å rekonstruere trykk–temperatur–tid (P–T–t)-historier og til å evaluere begravelses- og ekshumasjonsveiene til metamorfe terraner. Det forekommer vanligvis i forbindelse med mineraler som glaukofan, jadeitt, epidot, granat og fenitt.
Utover sin verdi som et metamorft indikatormineral, spiller lawsonitt en sentral rolle i studier av jordens dype vannsyklus. Under subduksjon blir store mengder sjøvannsavledede væsker inkorporert i vannholdige mineraler i den synkende havbunnskorpen. Sammenlignet med mange andre vannholdige silikater som frigjør vann på relativt grunne dyp, forblir lawsonitt stabilt over et bredt spekter av høytrykksforhold og er i stand til å transportere betydelige mengder vann ned i den dype øvre mantelen. Av denne grunn regnes det som et av de viktigste mineralreservoarene som kontrollerer bevegelsen av vann fra jordens overflate til dens indre.
Nedbrytningen av lawsonitt på større dyp har store geodynamiske konsekvenser. Når trykk- og temperaturforholdene overskrider stabilitetsgrensene, dekomponerer lawsonitt og frigjør betydelige mengder vannholdig væske, samtidig som det omdannes til mineralassosiasjoner av eklogittfacies. Frigjøringen av disse væskene blir allment ansett som en av mekanismene som kan bidra til mellomdyp seismisk aktivitet i subduksjonsplater. I tillegg migrerer væsker som frigjøres under lawsonittdehydrering oppover inn i den overliggende mantelkilen, hvor de senker smeltetemperaturen til mantelbergarter og fremmer delvis smelting. Denne prosessen bidrar direkte til generering av magma under vulkanbuer og spiller en grunnleggende rolle i utviklingen av mange vulkaner knyttet til konvergente plategrenser, inkludert de som omgir Stillehavets ildring.