Серпентинит - Serpentinite

Из Википедии, бесплатной энциклопедии

Образец серпентинитовой породы, частично состоящей из хризотила , из Словакии.
Скала серпентинита из долины Морьен , Савойя, Французские Альпы
Образец серпентинита из Национальной зоны отдыха Золотые Ворота , Калифорния, США.
Хромитовый серпентинит (7,9 см (3,1 дюйма ) в поперечнике), провинция Штирия , Австрия. Протолит представлял собой протерозойско-раннепалеозойский дунитовый перидотит верхней мантии , который многократно метаморфизировался в течение девона, перми и мезозоя.
Плотно сложенный серпентинит из Туксских Альп , Австрия. Крупным планом примерно 30 см × 20 см (11,8 × 7,9 дюйма).

Серпентинит - это порода, состоящая из одного или нескольких минералов серпентиновой группы , название происходит от сходства текстуры камня с текстурой кожи змеи. Минералы этой группы, богатые магнием и водой, от светлого до темно-зеленого цвета, выглядящие жирными и скользкими, образуются в результате серпентинизации , гидратации и метаморфического преобразования ультраосновных пород из мантии Земли . Минеральное изменение имеет особенно важное значение на морской день на тектонических плитах границ.

Формирование и петрология

Серпентинизация - это геологический низкотемпературный метаморфический процесс с участием тепла и воды, при котором окисляются низкокремнистые основные и ультраосновные породы (анаэробное окисление Fe 2+
протонами воды, приводящими к образованию H
2
) и гидролизуется водой до серпентинита. Перидотит , включая дунит , на морском дне и вблизи него, а также в горных поясах превращается в серпентин , брусит , магнетит и другие минералы - некоторые редкие, такие как аваруит ( Ni
3
Fe
) и даже родное железо . При этом большое количество воды поглощается породой, увеличивая объем, уменьшая плотность и разрушая структуру.

Плотность изменяется от 3,3 до 2,7 г / см 3 (от 0,119 до 0,098 фунта / куб. Дюйм) с одновременным увеличением объема примерно на 30-40%. Реакция сильно экзотермична, и температура горных пород может быть повышена примерно на 260 ° C (500 ° F), обеспечивая источник энергии для образования невулканических гидротермальных источников . Химические реакции образования магнетита производят водород в анаэробных условиях, преобладающих глубоко в мантии , вдали от атмосферы Земли . Карбонаты и сульфаты впоследствии восстанавливаются водородом с образованием метана и сероводорода . Водород, метан и сероводород являются источниками энергии для глубоководных хемотрофных микроорганизмов .

Образование серпентинита

Серпентинит может образовываться из оливина посредством нескольких реакций. Оливин представляет собой твердый раствор из форстерита , в магнии -endmember и фаялита , на железной -endmember.

Форстерит 3 мг
2
SiO
4
+ диоксид кремния SiO
2
+ 4 часа
2
O
змеевик 2 мг
3
Si
2
О
5
(ОЙ)
4

 

 

 

 

( Реакция 1b )

Форстерит 2 мг
2
SiO
4
+ вода 3 ч
2
О
змеевик Mg
3
Si
2
О
5
(ОЙ)
4
+ брусит Мг (ОН)
2

 

 

 

 

( Реакция 1c )

Реакция 1c описывает гидратацию оливина с образованием серпентина и Mg (OH).
2
( брусит ). Серпентин стабилен при высоком pH в присутствии бруситоподобного гидрата силиката кальция, ( CSH ) фаз, образующихся вместе с портландитом ( Ca (OH)
2
) В закаленной портланд цемента пасты после гидратации белита ( Ca
2
SiO
4
), искусственный кальциевый эквивалент форстерита.

Аналогия реакции 1с с гидратацией белита в обычном портландцементе:

Белите 2 Ca
2
SiO
4
+ вода 4 ч
2
О
Фаза CSH 3 CaO · 2 SiO
2
· 3 H
2
О
+ портландит Са (ОН)
2

 

 

 

 

( Реакция 1d )

После реакции малорастворимые продукты реакции ( водный кремнезем или растворенные ионы магния ) могут переноситься в растворе из серпентинизированной зоны посредством диффузии или адвекции .

В аналогичном наборе реакций участвуют минералы группы пироксена , но с меньшей легкостью и усложнением дополнительных конечных продуктов из-за более широкого состава пироксеновых и пироксен-оливиновых смесей. Тальк и хлорит магния являются возможными продуктами вместе с серпентиновыми минералами антигоритом , лизардитом и хризотилом . Окончательная минералогия зависит как от состава породы, так и от флюида, температуры и давления. Антигорит образуется в реакциях при температурах, которые могут превышать 600 ° C (1112 ° F) во время метаморфизма, и это минерал группы серпентина, устойчивый при самых высоких температурах. Лизардит и хризотил могут образовываться при низких температурах очень близко к поверхности Земли. Флюиды, участвующие в образовании серпентинита, обычно обладают высокой реакционной способностью и могут переносить кальций и другие элементы в окружающие породы; флюидная реакция с этими породами может создавать зоны метасоматической реакции, обогащенные кальцием и называемые родингитами .

Однако в присутствии диоксида углерода серпентинизация может образовывать либо магнезит ( MgCO
3
) или производят метан ( CH
4
). Считается, что некоторые углеводородные газы могут образовываться в результате реакций серпентинита в океанической коре.

Оливин (Fe, Mg)
2
SiO
4
+ вода п ·
ЧАС
2
О
+ углекислый газ CO
2
змеевик Mg
3
Si
2
О
5
(ОЙ)
4
+ магнетит Fe
3
О
4
+ метан CH
4

 

 

 

 

( Реакция 2а )

Или в сбалансированной форме:

18 мг
2
SiO
4
+ 6 Fe
2
SiO
4
+ 26 часов
2
O
+ CO
2
→ 12 мг
3
Si
2
О
5
(ОЙ)
4
+ 4 Fe
3
О
4
+ CH
4

 

 

 

 

( Реакция 2а )

Оливин (Fe, Mg)
2
SiO
4
+ вода п ·
ЧАС
2
О
+ углекислый газ CO
2
змеевик Mg
3
Si
2
О
5
(ОЙ)
4
+ магнетит Fe
3
О
4
+ магнезит MgCO
3
+ кремнезем SiO
2

 

 

 

 

( Реакция 2b )

Реакция 2а предпочтительна, если серпентинит беден магнием или если диоксида углерода недостаточно, чтобы способствовать образованию талька . Реакция 2b предпочтительна для высокомагнезиальных составов и низкого парциального давления диоксида углерода.

Степень серпентинизации массы ультраосновной породы зависит от исходного состава породы и от того, переносят ли флюиды кальций , магний и другие элементы во время процесса. Если композиция оливина содержит достаточное количество фаялита, то оливин плюс вода может полностью преобразоваться в серпентин и магнетит в замкнутой системе. Однако в большинстве ультраосновных пород, образованных в мантии Земли , оливин составляет около 90% конечного члена форстерита, и для того, чтобы этот оливин полностью реагировал с серпентином, магний должен быть выведен из реакционного объема.

Серпентинизация массы перидотита обычно разрушает все предыдущие текстурные свидетельства, потому что серпентиновые минералы являются слабыми и ведут себя очень пластично. Однако некоторые массы серпентинита менее сильно деформированы, о чем свидетельствует очевидное сохранение текстур, унаследованных от перидотита, и серпентиниты могли вести себя жестко.

Производство водорода анаэробным окислением ионов железа фаялита

Серпентин является продуктом реакции между водой и железом фаялита ( Fe 2+
) ионы. Этот процесс интересен тем, что генерирует газообразный водород:

Фаялит 3 Fe
2
SiO
4
+ вода 2 ч
2
О
магнетит 2 Fe
3
О
4
+ диоксид кремния 3 SiO
2
+ водород 2 ч
2

 

 

 

 

( Реакция 1а )

Упрощенно реакцию можно представить следующим образом:

6 Fe (OH)
2
гидроксид железа
2 Fe
3
О
4
магнетит
+ 4 ч
2
О
вода
+ 2 ч
2
водород

 

 

 

 

( Реакция 3e )

Эта реакция напоминает реакцию Шикорра, наблюдаемую при анаэробном окислении гидроксида двухвалентного железа при контакте с водой.

Внеземное производство метана серпентинизацией

Присутствие следов метана в атмосфере Марса было выдвинуто гипотезой как возможное свидетельство существования жизни на Марсе, если метан был произведен в результате деятельности бактерий . Серпентинизация была предложена в качестве альтернативного небиологического источника наблюдаемых следов метана.

Используя данные облетов зонда « Кассини», полученные в 2010–2012 годах, ученые смогли подтвердить, что у спутника Сатурна Энцелада, вероятно, есть океан жидкой воды под замерзшей поверхностью. Модель предполагает, что щелочной pH океана на Энцеладе составляет 11–12. Высокий pH интерпретируется как ключевое последствие серпентинизации хондритовой породы , которая приводит к образованию H
2
, геохимический источник энергии, который может поддерживать как абиотический, так и биологический синтез органических молекул.

Влияние на сельское хозяйство

Почвенный покров над коренной породой серпентинита имеет тенденцию быть слабым или отсутствовать. Почва с серпентином бедна кальцием и другими основными питательными веществами для растений, но богата элементами, токсичными для растений, такими как хром и никель.

Использует

Декоративный камень в архитектуре и искусстве

Чашки для питья, свидетельства превращения серпентинита в Цеблице

Сорта серпентинита с более высоким содержанием кальцита, наряду с античным зеленым ( брекчия форма серпентинита), исторически использовались в качестве декоративных камней из-за их мраморных свойств. Колледж Холл в Университете Пенсильвании , например, построен из змеевика. До контакта с Америкой популярными источниками в Европе были горный регион Пьемонт в Италии и Лариса в Греции . Серпентиниты по-разному используются в декоративно-прикладном искусстве. Например, камень в Цеблице в Саксонии обрабатывали несколько сотен лет.

Инструменты для резьбы по камню, масляная лампа, известная как скульптура куллика и инуитов.

Инуиты и коренные жители арктических районов и в меньшей степени, в южных районах использовали вырезанный в форме чаши Серпентинита Qulliq или Kudlik лампу с фитилем, чтобы сжигать масло или жир тепло, сделать свет и готовить. Инуиты изготавливали инструменты, а в последнее время - резные фигурки животных для торговли.

Швейцарский печной камень

Разнообразие хлоритовых тальковых сланцев, связанных с альпийским серпентинитом, обнаружено в Валь д'Аннивье , Швейцария, и использовалось для изготовления «печных камней» ( нем . Ofenstein ), резного каменного основания под чугунной печью.

Нейтронный щит в ядерных реакторах

Серпентинит имеет значительное количество связанной воды , следовательно, он содержит большое количество атомов водорода, способных замедлять нейтроны за счет упругого столкновения ( процесс термализации нейтронов ). Благодаря этому серпентинит может использоваться в качестве сухого наполнителя внутри стальных рубашек в некоторых конструкциях ядерных реакторов . Например, в серии РБМК , как и в Чернобыле , он использовался для верхней радиационной защиты, чтобы защитить операторов от утечки нейтронов. Серпентин также может быть добавлен в качестве заполнителя к специальному бетону, используемому для защиты ядерных реакторов, для увеличения плотности бетона (2,6 г / см 3 (0,094 фунта / куб. Дюйм)) и его поперечного сечения захвата нейтронов .

Культурные ссылки

Это скала штата Калифорния , США, и Законодательный орган Калифорнии определил, что серпантин был «официальной скалой штата и литологической эмблемой». В 2010 году был внесен законопроект, отменяющий особый статус серпентина как государственной породы из-за того, что он потенциально содержит хризотиловый асбест. Законопроект встретил сопротивление со стороны некоторых калифорнийских геологов, которые отметили, что присутствующий хризотил не опасен, если он не попадает в воздух в виде пыли.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки