Szerpentinit - Serpentinite
Szerpentinit egy szikla , amely egy vagy több szerpentin csoport ásványi anyagok , a neve származó hasonlósága a textúra a szikla, hogy a bőr egy kígyó. Az ebbe a csoportba tartozó ásványi anyagok, amelyek magnéziumban és vízben gazdagok, világos -sötétzöldek, zsíros megjelenésűek és csúszósak, a szerpentinizáció , a Föld köpenyéből származó ultramafikus kőzet hidratálása és metamorf átalakulása révén keletkeznek . Az ásványváltás különösen fontos a tengerfenéken, a tektonikus lemezek határainál.
Kialakulás és kőzettan
A szerpentinizáció az ultramafikus kőzetek, például dunit , harzburgit vagy lherzolit alacsony hőmérsékletű metamorfizmusának egyik formája . Ezek kőzetek, amelyek kevés szilícium -dioxidot tartalmaznak , és főleg olivinból , piroxénből és kromitból állnak . A szerpentinizációt nagyrészt az olivin és a piroxén hidratálása és oxidációja szerpentin ásványokká, brucitévé és magnetittá alakítja . A szerpentinizációt kísérő szokatlan kémiai körülmények között a víz az oxidálószer, maga pedig hidrogénné redukálódik, H
2. Ez további reakciókhoz vezet, amelyek ritka vascsoport natív elemű ásványokat , például awaruitot ( Ni
3Fe ) és natív vas ; metán és más szénhidrogénvegyületek ; és hidrogén -szulfid .
A szerpentinizáció során nagy mennyiségű víz szívódik fel a kőzetbe, növelve a térfogatot, csökkentve a sűrűséget és tönkretéve az eredeti szerkezetet. A sűrűség 3,3-ról 2,5 g/cm 3 -re változik (0,119-0,090 lb/cu in), ezzel párhuzamosan 30-40%-os térfogatnövekedés mellett. A reakció erősen exoterm, és a kőzet hőmérséklete körülbelül 260 ° C-kal (500 ° F) emelhető, így energiaforrás a nem vulkanikus hidrotermális szellőzőnyílások kialakításához . A szerpentinizálás során keletkező hidrogén, metán és hidrogén -szulfid felszabadul ezeken a szellőzőnyílásokon, és energiaforrást biztosítanak a mélytengeri kemotróf mikroorganizmusoknak .
A szerpentinit végső ásványi összetételét általában a gyík , a krizotil és a magnetit uralja . A brucit és az antigorit ritkábban fordul elő. A gyík, a krizotil és az antigorit szerpentin ásványok. A kis mennyiségben jelen lévő kiegészítő ásványok közé tartozik az awaruit, más natív fém ásványok és szulfid ásványok .
Szerpentin ásványok képződése
Az olivin szilárd oldata a forsteritnek , a magnézium -tagnak és a fayalitnak , a vas -tagnak, és a forsterit jellemzően az olivin 90% -át teszi ki az ultramafikus kőzetekben. A szerpentinit az olivinból több reakció során is kialakulhat:
-
+ + 4 H
2O →( 1a . Reakció )
-
+ → +
( 1b . Reakció )
Reakció 1a szorosan kötődik szilikagélen, csökkenti annak kémiai aktivitását , hogy a legalacsonyabb értékeket látható közös kőzetek a földkéreg . A szerpentinizálás ezután az olivin hidratálásával folytatódik, így szerpentint és brucit keletkezik (1b. Reakció). A brucit és a szerpentin 1b. Reakcióban létrejött keveréke a szerpentinitben a legalacsonyabb szilícium -dioxid -aktivitással rendelkezik, így a brucitfázis nagyon fontos a szerpentinizáció megértésében. A brucit azonban gyakran keveredik a szerpentinnel, így nehéz azonosítani, kivéve röntgendiffrakcióval , és könnyen megváltoztatható felszíni időjárási körülmények között.
A reakciók hasonló csoportja piroxéncsoport ásványokat tartalmaz:
-
+ + H
2O →( 2a . Reakció )
-
+ 3 H
2O → +( 2b . Reakció )
A 2a reakció gyorsan leáll, mivel a szilícium -dioxid elérhetetlenné válik, és a 2b reakció veszi át a hatalmat. Ha az olivin bőséges, a szilícium -dioxid aktivitás elég alacsonyra csökken, hogy a talkum reagálni kezdjen az olivinnal:
-
+ + →
( 3. reakció )
Ez a reakció magasabb hőmérsékletet igényel, mint a brucit képződése.
A végső ásványtan egyaránt függ a kőzet- és folyadékösszetételtől, a hőmérséklettől és a nyomástól. Az antigorit a metamorfizmus során 600 ° C -ot (1112 ° F) meghaladó hőmérsékleten történő reakciók során képződik, és ez a szerpentin -csoport ásványi anyag a legmagasabb hőmérsékleten. Gyík és krizotil képződhet alacsony hőmérsékleten, nagyon közel a Föld felszínéhez.
A diopszidok lebomlása és a rodingitok képződése
Az ultramafikus kőzetek gyakran tartalmaznak kalciumban gazdag piroxént ( diopszidot ), amely a reakciónak megfelelően lebomlik
-
+ 6 H+
→ + 3 Ca2+
+ H
2O +( 4. reakció )
Ez növeli mind a pH -t , gyakran nagyon magas értékeket, mind a szerpentinizációban részt vevő folyadékok kalciumtartalmát. Ezek a folyadékok nagyon reakcióképesek, és kalciumot és más elemeket szállíthatnak a környező maffikus kőzetekbe. Az ezekkel a kőzetekkel történő folyadékreakció metasomatikus reakciózónákat hozhat létre, amelyek kalciumban dúsultak és szilícium -dioxidban szegények, úgynevezett rodingitek .
Magnetit és hidrogén képződése
A legtöbb kéregkőzetben a fayalit-magnetit-quartz (FMQ) puffer megakadályozza, hogy az oxigén kémiai aktivitása nagyon alacsony értékekre csökkenjen . A szilícium -dioxid nagyon alacsony kémiai aktivitása a szerpentinizálás során kiküszöböli ezt a puffert, lehetővé téve a szerpentinizációval, hogy erősen redukáló körülményeket produkáljon . Ilyen körülmények között a víz képes vasat oxidálni ( Fe2+
) ionok fayalitban. Az eljárás azért érdekes, mert hidrogéngázt termel:
-
+ → + +
( 5. reakció )
A szerpentinitekkel kapcsolatos vizsgálatok azonban azt sugallják, hogy a vas ásványokat először ferroan -brucitté, Fe (OH) -vá alakítják .
2, amely ezután Schikorr -reakción megy keresztül a szerpentinizálás anaerob körülményei között:
-
→ + +
( 6. reakció )
A maximális redukáló körülmények és a maximális hidrogéntermelés akkor fordulnak elő, ha a szerpentinizálás hőmérséklete 200 és 315 ° C között van. Ha az eredeti ultramafikus kőzet (a protolit ) olivinban gazdag peridotit, jelentős magnetit és hidrogén keletkezik. Ha a protolit piroxenit, amely több piroxént tartalmaz, mint az olivin, akkor vasban gazdag talkum keletkezik magnetit nélkül, és csak mérsékelt hidrogéntermeléssel. A szilícium-dioxidot tartalmazó folyadékok beszivárgása a szerpentinizáció során elnyomhatja a brucit képződését és az azt követő hidrogén termelést.
A protolitban lévő kromit krómban gazdag magnetitté alakul alacsonyabb szerpentinizációs hőmérsékleten. Magasabb hőmérsékleten vasban gazdag kromittá (ferrit-kromittá) változik. A szerpentinizáció során a kőzet klórban , bórban , fluorban és kénben dúsul . A kén hidrogén -szulfiddá és szulfid ásványokká redukálódik, bár jelentős mennyiségű szerpentin ásványi anyagba épül be, és néhányat később szulfát ásványokká, például anhidritekké oxidálhatnak . Az előállított szulfidok közé tartoznak a nikkelben gazdag szulfidok, például a mackinawite .
Metán és más szénhidrogének
Laboratóriumi kísérletek igazolták, hogy 300 ° C (572 ° F) hőmérsékleten és 500 bar nyomáson az olivin szerpentinizálódik hidrogéngáz felszabadulásával. Ezenkívül metán és komplex szénhidrogének keletkeznek a szén -dioxid redukciójával. Az eljárást katalizálhatja a szerpentinizáció során képződő magnetit. Az egyik reakcióút a következő:
-
+ + 26 H
2O + CO
2 → + +( 7. reakció )
Metamorfizmus magasabb nyomáson és hőmérsékleten
A gyík és a krizotil alacsony hőmérsékleten és nyomáson stabil, míg az antigorit magasabb hőmérsékleten és nyomáson stabil. Szerpentinitben való jelenléte azt jelzi, hogy a szerpentinizáció szokatlanul magas nyomáson és hőmérsékleten történt, vagy a kőzet magasabb fokú metamorfizmust tapasztalt a szerpentinizáció befejezése után.
A CO2-tartalmú folyadékok szerpentinitbe történő beszivárgása jellegzetes talkum-karbonát-elváltozást okoz . A brucit gyorsan magnezitté alakul, és a szerpentin ásványok (az antigoriton kívül) talkummá alakulnak. Az eredeti szerpentinit ásványok pszeudomorfjainak jelenléte azt mutatja, hogy ez a változás a szerpentinizáció után következik be.
A szerpentinit tartalmazhat kloritot , tremolitot és metamorf olivint és diopszidot. Ez azt jelzi, hogy a szerpentinit intenzívebb metamorfizmusnak volt kitéve, és elérte a felső zöldes vagy amfibolit metamorf fácieset .
Körülbelül 450 ° C (842 ° F) felett az antigorit kezd lebomlani. Így szerpentinit nem létezik magasabb metamorf fácieseknél.
Földönkívüli metántermelés szerpentinizációval
Feltételezések szerint a metánnyomok jelenléte a Mars légkörében lehetséges bizonyíték az életre a Marson, ha a metánt baktériumaktivitás állította elő . A szerpentinizációt alternatív, nem biológiai forrásként javasolták a megfigyelt metánnyomokhoz.
A Cassini szonda 2010-2012 -es repülési adatait felhasználva a tudósok meg tudták erősíteni, hogy a Szaturnusz Enceladus holdja valószínűleg folyékony vizű óceánt tartalmaz fagyott felszíne alatt. Egy modell azt sugallja, hogy az Enceladus óceánjának lúgos pH -ja 11–12. A magas pH -t úgy értelmezik, mint a kondritikus kőzet szerpentinizációjának egyik fő következményét , ami H
2, geokémiai energiaforrás, amely támogatja a szerves molekulák abiotikus és biológiai szintézisét.
Esemény
A szerpentinit mindenütt kialakulhat, ahol az ultramafikus kőzetet szén -dioxidban szegény folyadékok beszivárogtatják. Ez az óceán közepén fekvő gerincen és a szubdukciós zónák elülső palástjában fordul elő .
A körülmények rendkívül kedvezőek a szerpentinizációhoz az óceán közepén lassan vagy rendkívül lassan terjedő gerincen. Itt a kéreg kiterjedésének mértéke magas a magmatizmus térfogatához képest, így az ultramafikus palástkőzet nagyon közel kerül a felszínhez, ahol a repedések lehetővé teszik a tengervíz beszivárgását a kőzetbe.
A kígyózott ultramafikus kőzet sok ophiolitban található . Az ófiolitok az óceáni litoszféra töredékei, amelyeket a kontinensekre nyomtak , ezt a folyamatot elhárításnak nevezik . Ezek jellemzően egy réteg serpentinized harzburgite (néha alpesi peridotit idősebb írások), egy réteg hidrotermális megváltozott diabases és párna bazaltok , és egy réteg mély vízben üledékek tartalmazó sugárállatkák szalagot kovakő .
A szerpentinizáció szinte teljes a szubdukciós zónák alkar palástjában. Itt a palástkő lehűl az alátétlemez által olyan hőmérsékletre, amely a szerpentinit stabil, és a szubdukciós födémből nagy mennyiségű folyadék szabadul fel az ultramafikus palástkőzetbe. A szerpentinit iszapvulkánok tevékenysége közvetlen bizonyítékot szolgáltat arra, hogy szerpentinizáció zajlik a Mariana -szigetek szigeti ívében . A harzburgit és (ritkábban) dunit xenolitjait időnként kitörik az iszapvulkánok, ami nyomokat ad a protolit természetére.
Mivel a szerpentinizáció növeli az eredeti kőzet térfogatát és csökkenti a sűrűségét, a szerpentinitizáció felemelkedéshez vezethet, amely parti tartományokat hoz létre a köpeny elülső részén. A további felemelkedés szerpentinitet hozhat a felszínre, amikor a szubdukció megszűnik, ahogy ez történt a San Francisco -i Presidio -ban leleplezett szerpentinit esetében .
A szeizmikus hullámvizsgálatok kimutathatják a szerpentinit nagy testének jelenlétét a kéregben és a felső köpenyben, mivel a szerpentinizáció csökkenti a szeizmikus hullámok sebességét. Ez különösen igaz az S hullámokra, mivel a szerpentinitek Poisson -aránya magas . A szeizmikus mérések megerősítik, hogy a szerpentinizáció elterjedt az alkar palástjában. A kígyózás fordított Moho-diszkontinuitást eredményezhet , amelyben a szeizmikus sebesség hirtelen csökken a kéreg-köpeny határán, ami ellentétes a szokásos viselkedéssel. A szerpentinit erősen deformálható, aszeizmikus zónát hoz létre az alkarban, és a szerpentinit jelenléte korlátozhatja a megathrust földrengések maximális mélységét . A serpentinizáció az óceán közepén lassan terjedő gerincen a Moho szeizmikus diszkontinuitását okozhatja a szerpentinizációs fronton, nem pedig a kéreg alapjában, a normál kőzettani kritériumok szerint. Az olasz Alpok Lanzo -masszívja éles szerpentinizációs frontot mutat, amely relikviális szeizmikus Moho lehet.
Jelentősebb előfordulását szerpentinit találhatók meg Thetford Mines , Québec ; Valhalla -tó , New Jersey ; Gila megye, Arizona ; Lizard complex , Lizard Point, Cornwall; valamint Görögországban, Olaszországban és Európa más részein. Jelentősebb ofiolit összlet tartalmazó szerpentinitben tartalmazza a Semail ofiolit Omán, a Troodos ofiolit a ciprusi , a Newfoundland ofiolit összlet, és a Fő ofiolit Belt Új-Guinea .
Hidrotermikus szellőzőnyílások és sárvulkánok
A szerpentinit képződése erősen exoterm, és egy mól vízben akár 40 kilojoule -t (9,6 kcal) is felszabadít a kőzettel. Ez körülbelül 660 MJ/m 3 kibocsátásnak felel meg, és körülbelül 260 ° C-kal (500 ° F) emelheti a kőzet hőmérsékletét, energiaforrást biztosítva a nem vulkanikus hidrotermális szellőzőnyílások kialakításához. A szerpentinizálás során keletkező hidrogén, metán és hidrogén -szulfid felszabadul ezeken a szellőzőnyílásokon, és energiaforrást biztosítanak a mélytengeri kemotróf mikroorganizmusoknak .
A mélytengeri hidrotermális szellőzőnyílások a szerpentiniten, az óceán közepén fekvő gerinc tengelyéhez közel helyezkednek el, általában hasonlítanak a bazalton elhelyezkedő fekete dohányosokra , de összetett szénhidrogén-molekulákat bocsátanak ki. A Közép-Atlanti-hegygerinc szivárványmezője egy példa az ilyen hidrotermális szellőzőnyílásokra. A szerpentinizáció önmagában nem tudja biztosítani a hőellátást ezekhez a szellőzőnyílásokhoz, amelyeket leginkább magmatizmusnak kell vezérelnie. Azonban a Lost City hidrotermális mezőt , amely a Közép-atlanti-gerinc tengelyén kívül helyezkedik el, kizárólag a szerpentinizáció hője hajthatja. Szellőzőnyílásai eltérnek a fekete dohányzóktól, viszonylag hűvös (40–75 ° C (104–167 ° F)) folyadékot bocsátanak ki, amelyek erősen lúgosak, magas magnéziumtartalmúak és kénhidrogéntartalmúak. A szellőzőnyílások nagyon nagy, akár 60 méter (200 láb) magasságú kéményeket képeznek, amelyek karbonátos ásványokból és brucitból állnak. A buja mikrobiális közösségek a szellőzőnyílásokhoz kapcsolódnak. Bár a szellőzőnyílások nem szerpentinitből állnak, szerpentinitben vannak elhelyezve, amelyek becslések szerint körülbelül 200 ° C (392 ° F) hőmérsékleten keletkeztek. Az óceán közepén fekvő gerincen szepolit- lerakódások keletkezhettek szerpentinit által vezérelt hidrotermális tevékenység révén. A geológusok azonban továbbra is vitatkoznak arról, hogy a szerpentinizáció önmagában képes -e számolni az elveszett város mezőjének hőáramával.
A Marianas szubdukciós zóna alkarján nagy szerpentinit iszapvulkánok találhatók, amelyek szerpentinitiszapot törnek ki, amely a mögöttes szerpentinizált alkar palást hibái révén emelkedik. Ezen sárvulkánok tanulmányozása betekintést nyújt a szubdukciós folyamatokba, és a vulkánok által kibocsátott magas pH -értékű folyadékok támogatják a mikrobiális közösséget.
A szerpentinit termikus szellőzők alkalmasak arra a környezetre, amelyben a földi élet keletkezett. Az acetil-CoA szintéziséhez szükséges kémiai reakciók többsége - az alapvető biokémiai életutakhoz nélkülözhetetlen-a szerpentinizáció során megy végbe. A sok enzimet aktiváló szulfid-fém klaszterek a szerpentinizáció során keletkező szulfid ásványokhoz hasonlítanak.
Ökológia
A talajtakaró a szerpentinit alapkőzet felett általában vékony vagy hiányzik. A szerpentinnel ellátott talaj szegény kalciumban és más fontosabb növényi tápanyagokban, de gazdag növényekre mérgező elemekben, például krómban és nikkelben. Egyes növényfajok, mint például a Clarkia franciscana és egyes manzanita fajok , alkalmazkodnak a szerpentinit felszínen való éléshez . Mivel azonban a szerpentinit kitettségek kevések és elszigeteltek, növényközösségeik ökológiai szigetek, és ezek a jellegzetes fajok gyakran erősen veszélyeztetettek. Másrészről az Új -Kaledónia szerpentin kiemelkedéseihez alkalmazkodó növényközösségek ellenállnak az e környezethez gyengén alkalmazkodó, betelepített fajok elmozdulásának .
Új -Kaledónia és a San Francisco -i Presidio mellett szerpentinit ökoszisztémák találhatók a Pennsylvania és Maryland állam Serpentine Barrens területén.
Felhasználások
Dekoratív kő az építészetben és a művészetben
A szerpentin csoportba tartozó ásványok Mohs -keménysége 2,5-3,5, így a szerpentinit könnyen faragható. Évfolyamain szerpentinit magasabb kalcit, valamint a verd antik ( breccsa formájában szerpentinit), amelyeket a múltban használt dekoratív kövek márvánnyal hasonló tulajdonságokkal. College Hall , a University of Pennsylvania , például épített ki szerpentin. Az Amerika -val való kapcsolatfelvétel előtt Európában népszerű források voltak Olaszország hegyvidéki piemonti régiója és Görögország Larissa . A szerpentiniteket sokféleképpen használják a kézművességben. A sziklát például több száz éve forgatták a szászországi Zöblitzben .
Kőeszközök faragása, Qulliq és inuit szobor néven ismert olajlámpa
Az inuitok és más őslakosok az Északi -sarkvidéken és kevésbé a déli területeken használták a faragott tál alakú szerpentinit qulliq vagy kudlik lámpát kanóccal, hogy olajat vagy zsírt égessenek fel melegítésre, világításra és főzésre. Az inuitok szerszámokat és újabban állatfaragásokat készítettek a kereskedelem érdekében.
Inuit elder gondozza a Qulliq -ot, egy szerpentinitből készült ünnepélyes olajlámpát.
Svájci kemence
A különböző klorit talkum pala kapcsolódó Alpine szerpentinitben található Val d'Anniviers , Svájc és használták, hogy „ovenstones” ( német : Ofenstein ), faragott kő alapja alatt egy öntöttvas kályha.
Neutronpajzs az atomreaktorokban
Szerpentinit jelentős mennyiségű kötött víz , így ez tartalmazza a bőséges hidrogén atomok képesek lassítani neutronok által rugalmas ütközés (neutron termalizáció folyamat). Emiatt a szerpentinit száraz töltőanyagként használható acélköpenyek belsejében egyes nukleáris reaktorok esetében . Például az RBMK sorozatban, mint Csernobilban , a sugárzás felső védelmére használták, hogy megvédjék a kezelőket a kiszökő neutronoktól. A szerpentin adalékanyagként is hozzáadható a nukleáris reaktorok árnyékolásában használt speciális betonokhoz, hogy növelje a beton sűrűségét (2,6 g/cm 3 ) és neutronbefogó keresztmetszetét .
CO2 -megkötés
Mivel könnyen felszívja a szén -dioxidot, a szerpentinit hasznos lehet a légköri szén -dioxid megkötésére . A reakció felgyorsítása érdekében a szerpentinit szén -dioxiddal reagáltatható magasabb hőmérsékleten szénsavas reaktorokban. A szén -dioxid reagálhat a szerpentin lerakódásokból származó alkáli bányahulladékkal is, vagy a szén -dioxid közvetlenül a földalatti szerpentinit képződményekbe fecskendezhető. A szerpentinit magnéziumforrásként is használható elektrolitikus cellákkal együtt CO2 -mosáshoz.
Kulturális referenciák
Az Egyesült Államok Kaliforniai államának rockja , és a kaliforniai törvényhozás meghatározta, hogy a szerpentin "a hivatalos állami szikla és kőzettani jelkép". 2010 -ben egy törvényjavaslatot terjesztettek elő, amely megszüntette volna a szerpentin állami kőzet különleges státuszát, mivel az potenciálisan krizotil -azbesztet tartalmaz. A törvényjavaslat néhány kaliforniai geológus ellenállásába ütközött, akik megállapították, hogy a jelen lévő krizotil nem veszélyes, hacsak nem por formájában mobilizálódik a levegőben.
Lásd még
- Nefrit - változatos jade
- Szappankő -talkumtartalmú metamorf kőzet
- Hidrogénciklus- Hidrogéncsere az élő és a nem élő világ között
Hivatkozások
Külső linkek
- [1] Az elveszett város hidrotermális mezője, Közép-atlanti gerinc : szerpentinizáció, a rendszer hajtóereje.
- H 2 -ben gazdag folyadékok a szerpentinizációból: Geokémiai és biotikus következmények : Proceedings of the National Academy of Sciences .