Серпентинит - Serpentinite

Образец серпентинитовой породы, частично состоящей из хризотил, из Словакии
Камень серпентинита из Долина Морьен, Савойя, Французские Альпы
Образец серпентинита из Национальная зона отдыха Золотые ворота, Калифорния, США
Хромитовый серпентинит (диаметр 7,9 см), Штирия Провинция, Австрия. Протолит протерозой-ранний палеозой верхняя мантия дунит перидотит который многократно подвергался метаморфозам в течение девона, перми и мезозоя.
Плотно сложенный серпентинит из Смокинг альпы, Австрия. Вид крупным планом около 30 см × 20 см.

Серпентинит это Скала состоит из одного или нескольких змеевидная группа минералы, название происходит от сходства текстуры камня со змеиной кожей.[1] Минералы этой группы, богатые магнием и водой, от светлого до темно-зеленого цвета, выглядящие жирными и скользкими, образованы серпентинизация, увлажнение и метаморфический преобразование ультраосновной рок с Земли мантия. В минеральное изменение особенно важно на морское дно в тектоническая плита границы.[2]

Формирование и петрология

Серпентинизация - геологическая низкотемпературная метаморфический процесс с участием тепла и воды, в которомкремнезем мафический и ультраосновной скалы окисленный (анаэробное окисление Fe2+ протонами воды, приводящими к образованию H2) и гидролизованный с водой в серпентинит. Перидотит, в том числе дунит, на морском дне и вблизи него и в горных поясах преобразуется в змеевик, брусит, магнетит, и другие минералы - некоторые редкие, например аваруите (Ni3Fe) и даже родной утюг. При этом большое количество воды поглощается породой, увеличивая объем, уменьшая плотность и разрушая структуру.[3]

Плотность меняется от 3,3 до 2,7 г / см.3 с одновременным увеличением объема порядка 30-40%. Реакция очень экзотермический температура горных пород может быть повышена примерно на 260 ° C (500 ° F),[3] обеспечение источника энергии для образования невулканических гидротермальные источники. Химические реакции образования магнетита производят водород газ в анаэробных условиях, преобладающих глубоко в мантия, далеко от Атмосфера Земли. Карбонаты и сульфаты впоследствии восстанавливаются водородом и образуют метан и сероводород. Водород, метан и сероводород являются источниками энергии для морских глубин. хемотроф микроорганизмы.[3]

Образование серпентинита

Серпентинит может образовываться из оливин через несколько реакций. Оливин - это Твердый раствор из форстерит, то магний -endmember, и фаялит, то утюг -конечный член.

Форстерит3 мг2SiO4 + диоксид кремнияSiO2 + 4 часа2O → змеевик2 мг3Si2О5(ОЙ)4

 

 

 

 

(Реакция 1b)

Форстерит2 мг2SiO4 + воды3 ч2О → змеевикMg3Si2О5(ОЙ)4 + бруситMg (OH)2

 

 

 

 

(Реакция 1c)

Реакция 1c описывает гидратацию оливина с образованием серпентина и Mg (OH)2 (брусит ).[4] Серпентин стабилен при высоком pH в присутствии брусита, подобного гидрату силиката кальция, (C-S-H ) фазы образовались вместе с портландит (Са (ОН)2) в закаленном Портленде цемент паста после увлажнения белите (Ca2SiO4), искусственный кальциевый эквивалент форстерита.

Аналогия реакции 1c с гидратацией белита в обычном портландцементе:

Белите2 Ca2SiO4 + воды4 ч2О → Фаза C-S-H3 CaO · 2 SiO2 · 3 H2О + портландитСа (ОН)2

 

 

 

 

(Реакция 1d)

После реакции малорастворимые продукты реакции (водный кремнезем или растворенный магний ионы ) может переноситься в растворе из серпентинизированной зоны за счет распространение или адвекция.

Подобный набор реакций включает пироксен -группа минералов, но менее легко и с усложнением дополнительных конечных продуктов из-за более широкого состава пироксеновых и пироксен-оливиновых смесей. Тальк и магнезиальный хлорит возможные продукты вместе с минералами змеевика антигорит, лизардит, и хризотил. 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 змеевидная группа минерал устойчив 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; жидкая реакция с этими породами может создать метасоматический зоны реакции, обогащенные кальцием и называемые родингиты.

Однако в присутствии диоксида углерода серпентинизация может образовывать либо магнезит (MgCO3) или производят метан (CH4). Считается, что некоторые углеводородные газы могут образовываться в результате реакций серпентинита в океанической коре.

Оливин(Fe, Mg)2SiO4 + водып·ЧАС2О + углекислый газCO2 → змеевикMg3Si2О5(ОЙ)4 + магнетитFe3О4 + метанCH4

 

 

 

 

(Реакция 2а)

или в сбалансированной форме:[5]

18 мг2SiO4 + 6 Fe2SiO4 + 26 часов2O + CO2 → 12 мг3Si2О5(ОЙ)4 + 4 Fe3О4 + CH4

 

 

 

 

(Реакция 2а ')

Оливин(Fe, Mg)2SiO4 + водып·ЧАС2О + углекислый газCO2 → змеевикMg3Si2О5(ОЙ)4 + магнетитFe3О4 + магнезитMgCO3 + кремнеземSiO2

 

 

 

 

(Реакция 2b)

Реакция 2a предпочтительна, если серпентинит беден магнием или если диоксида углерода недостаточно для промотирования. тальк формирование. Реакция 2b предпочтительна для высокомагнезиальных составов и низкого парциального давления диоксида углерода.

Степень серпентинизации массы ультраосновных пород зависит от исходного состава породы и от того, переносятся 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. В большинстве ультраосновных пород, образовавшихся в Мантия земли однако оливин на 90% состоит из конечного элемента 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 минералы серпентина являются слабыми и ведут себя очень пластично. Однако некоторые массы серпентинита деформированы менее сильно, о чем свидетельствует очевидная сохранность текстуры унаследованные от перидотита, и серпентиниты могли вести себя жестко.

Производство водорода анаэробным окислением ионов железа фаялита

Серпентин является продуктом реакции между водой и железом фаялита (Fe2+) ионы. Этот процесс интересен тем, что генерирует газообразный водород:[6][7]

Фаялит3 Fe2SiO4 + воды2 ч2О → магнетит2 Fe3О4 + диоксид кремния3 SiO2 + водород2 ч2

 

 

 

 

(Реакция 1а)

Упрощенно реакцию можно представить следующим образом:[5][8]

6 Fe (OH)2гидроксид железа → 2 Fe3О4магнетит + 4 ч2Оводы + 2 ч2водород

 

 

 

 

(Реакция 3e)

Эта реакция напоминает Реакция Шикорра наблюдается при анаэробном окислении гидроксид железа при контакте с водой.

Внеземное производство метана серпентинизацией

Наличие следов метан в атмосфере Марса была выдвинута гипотеза, что это возможное свидетельство жизнь на Марсе если метан был произведен бактериальный Мероприятия. Серпентинизация была предложена как альтернативный небиологический источник наблюдаемых следов метана.[9][10]


Используя данные из Кассини облеты зонда, полученные в 2010–2012 годах, ученые смогли подтвердить, что спутник Сатурна Энцелад вероятно, под его замерзшей поверхностью находится океан с жидкой водой. Модель предполагает, что океан на Энцеладе имеет щелочную pH из 11–12.[11] Высокий уровень pH считается ключевым последствием серпентинизации хондритовая порода, что приводит к генерации ЧАС2, геохимический источник энергии, который может поддерживать как абиотический, так и биологический синтез органических молекул.[11][12]

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.[13]

Использует

Декоративный камень в архитектуре

Содержание серпентинита выше в кальците, наряду с зеленый античный (брекчия форма серпентинита), исторически использовались в качестве декоративных камней из-за их мраморных свойств. Колледж Холл на Пенсильванский университет, например, построен из змеевика. Популярными источниками в Европе до контакта с Америкой были горные Пьемонт регион Италии и Лариса, Греция.[14]

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

Инуиты и коренные жители арктических и, в меньшей степени, южных областей использовали резной чашеобразный змеевик куллик или Кудлик лампа с фитилем, чтобы сжигать масло или жир, нагревать, зажигать и готовить. Инуиты изготавливали инструменты, а в последнее время - резные фигурки животных для торговли.

  • Магнитный змеиный морж

  • Инуиты Старейшина ухаживает за кулликом, церемониальной масляной лампой из серпентинита.

Швейцарский печной камень

Разнообразие хлорит тальк сланец связанный с альпийским серпентинитом, встречается в Валь д'Аннивье, Швейцария и использовался для изготовления «печных камней» (нем. Офенштейн), резное каменное основание под чугунной печью.[15]

Нейтронный щит в ядерных реакторах

Серпентинит имеет значительное количество связанная вода, следовательно, он содержит обильные водород атомы, способные замедляться нейтроны от упругое столкновение (нейтрон термализация обработать). Благодаря этому серпентинит можно использовать как сухой наполнитель внутри. сталь куртки в некоторых моделях ядерные реакторы. Например, в РБМК серия использовалась для топ радиационная защита для защиты операторов от выхода нейтронов.[16] Серпентин также можно добавлять как совокупность к особому бетон используется в защите ядерных реакторов для увеличения плотности бетона (2,6 г / см3) и это захват нейтронов поперечное сечение.[17][18]

Культурные ссылки

Это государственный рок Калифорния, США и Законодательное собрание Калифорнии уточнили, что серпантин был «официальной скалой штата и литологической эмблемой».[19] В 2010 году был внесен законопроект, отменяющий особый статус серпентина как государственного камня, поскольку он потенциально содержит хризотиловый асбест.[20] Законопроект встретил сопротивление со стороны некоторых калифорнийских геологов, которые отметили, что присутствующий хризотил не опасен, если он не попадает в воздух в виде пыли.[21]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Шенхерр, Аллан А. (11 июля 2017 г.). Естественная история Калифорнии: второе издание. Univ of California Press. С. 35–. ISBN  9780520295117. Получено 6 мая 2017.
  2. ^ "Змеиное определение". Словарь по геологии. Получено 23 октября 2018.
  3. ^ а б c Серпентинизация: тепловой двигатель в Затерянном городе и губка океанической коры
  4. ^ Коулман, Роберт Г. (1977). Офиолиты. Springer-Verlag. С. 100–101. ISBN  978-3540082767.
  5. ^ а б Рассел, М. Дж .; Холл, А. Дж .; Мартин, В. (2010). «Серпентинизация как источник энергии у истоков жизни». Геобиология. 8 (5): 355–371. Дои:10.1111 / j.1472-4669.2010.00249.x. PMID  20572872.
  6. ^ «Образование метана и водорода из горных пород - источники энергии для жизни». Получено 6 ноября 2011.
  7. ^ Sleep, N.H .; А. Мейбом, Th. Фридрикссон, Р. Коулман, Д. Птица (2004). "ЧАС2-богатые флюиды от серпентинизации: геохимические и биотические последствия ». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 101 (35): 12818–12823. Bibcode:2004ПНАС..10112818С. Дои:10.1073 / pnas.0405289101. ЧВК  516479. PMID  15326313.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  8. ^ Schrenk, M. O .; Brazelton, W. J .; Ланг, С.К. (2013). «Серпентинизация, углерод и глубокая жизнь». Обзоры по минералогии и геохимии. 75 (1): 575–606. Bibcode:2013РвМГ ... 75..575С. Дои:10.2138 / RMG.2013.75.18.
  9. ^ Бауком, Мартин (март – апрель 2006 г.). "Жизнь на Марсе?". Американский ученый. 94 (2): 119–120. Дои:10.1511/2006.58.119. JSTOR  27858733.
  10. ^ esa. «Тайна метана». Европейское космическое агентство. Получено 22 апреля 2019.
  11. ^ а б Р. Глейн, Кристофер; Баросс, Джон А .; Уэйт, Хантер (16 апреля 2015 г.). «PH океана Энцелада». Geochimica et Cosmochimica Acta. 162: 202–219. arXiv:1502.01946. Bibcode:2015GeCoA.162..202G. Дои:10.1016 / j.gca.2015.04.017. S2CID  119262254.
  12. ^ Уолл, Майк (7 мая 2015 г.). «Океан на Луне Сатурна Энцелад может иметь потенциальный источник энергии для поддержания жизни». Space.com. Получено 8 мая 2015.
  13. ^ "Сайт CVO - Серпентин и серпентинит" В архиве 19 октября 2011 г. Wayback Machine, Геология геологии в парках США / NPS, Сентябрь 2001 г., по состоянию на 27 февраля 2011 г.
  14. ^ Ашерст, Джон. Даймс, Фрэнсис Г. Консервация строительного и декоративного камня. Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн, 1990, стр. 51.
  15. ^ Талкоза-сланец из кантона Вале. Томагс Бонни, (Geol. Mag., 1897, N.S., [iv], 4, 110-116) аннотация
  16. ^ Литовский энергетический институт (28 мая 2011 г.). «Проектирование конструкций, узлов, оборудования и систем». Игналинская книга источников. Получено 28 мая 2011.
  17. ^ Aminian, A .; Nematollahi, M.R .; Haddad, K .; Мехдизаде, С. (3–8 июня 2007 г.). Определение параметров экранирования для различных типов бетонов методами Монте-Карло (PDF). ICENES 2007: Международная конференция по новым системам ядерной энергии. Сессия 12B: Радиационные эффекты. Стамбул, Турция. п. 7.
  18. ^ Abulfaraj, Waleed H .; Салах М. Камаль (1994). «Оценка ильменитового серпентинового бетона и обычного бетона в качестве защиты ядерного реактора». Радиационная физика и химия. 44 (1–2): 139–148. Bibcode:1994RaPC ... 44..139A. Дои:10.1016 / 0969-806X (94) 90120-1. ISSN  0969-806X.
  19. ^ Кодекс правительства Калифорнии, § 425.2; увидеть «Архивная копия». Архивировано из оригинал 28 июня 2009 г.. Получено 24 декабря 2009.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  20. ^ Фимрите, Петр (16 июля 2010 г.). «Геологи протестуют против законопроекта об удалении государственной породы». SFGate. Получено 17 апреля 2018.
  21. ^ Фразелл, Джули; Элкинс, Рэйчел; О'Джин, Энтони; Рейнольдс, Роберт; Мейерс, Джеймс. «Факты о серпантинных породах и почвах, содержащих асбест, в Калифорнии» (PDF). Каталог ANR. Отделение сельского хозяйства и природных ресурсов Калифорнийского университета. Получено 17 апреля 2018.

внешние ссылки