Серпентинит

редактировать
Порода, образованная гидратацией и метаморфическим преобразованием оливина

Образец серпентинитовой породы, частично состоящей из хризотила, из Словакии Серпентинит из долины Морьен, Савойя, Французские Альпы Образец серпентинита из Национальной зоны отдыха Золотые Ворота, Калифорния, США Хромитовый серпентинит (7,9 см в диаметре), Штирия провинция, Австрия. Протолит был протерозойско-раннепалеозойским верхней мантией дунитом перидотитом, который многократно метаморфизировался в течение девона, перми и мезозоя. Плотно сложенный серпентинит из Туксских Альп, Австрия. Изображение крупным планом примерно 30 см × 20 см.

Серпентинит - это порода, состоящая из одного или нескольких минералов группы змеевиков , название происходит от сходства текстуры камня на кожу змеи. Минералы этой группы, богатые магнием и водой, от светло- до темно-зеленого цвета, выглядящие жирно и скользко, образуются в результате серпентинизации, гидратации и метаморфического преобразования ультраосновная порода из мантии Земли . минеральные изменения особенно важны на морском дне на границах тектонической плиты.

Содержание

  • 1 Формирование и петрология
    • 1.1 Формирование серпентинит
    • 1.2 Производство водорода путем анаэробного окисления ионов железа фаялита
    • 1.3 Внеземное производство метана путем серпентинизации
  • 2 Воздействие на сельское хозяйство
  • 3 Использование
    • 3.1 Декоративный камень в архитектуре
    • 3.2 Инструменты для резьбы по камню, масляная лампа, известная как скульптура куллика и инуитов
    • 3.3 Швейцарский печной камень
    • 3.4 Нейтронный щит в ядерных реакторах
  • 4 Культурные ссылки
  • 5 См. также
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

Формирование и петрология

Серпентинизация - это геологический низкотемпературный метаморфический процесс с участием тепла и воды, в котором низко- кремнезем основной и ультраосновные породы окислены (анаэробное окисление Fe протонами воды, приводящее к образованию H 2) и гидролизованы водой в к серпентиниту. Перидотит, включая дунит, на морском дне и вблизи него и в горных поясах превращается в серпентин, брусит, магнетит и другие минералы - некоторые редкие, такие как аваруит (Ni 3 Fe), и даже самородное железо. При этом большое количество воды поглощается породой, увеличивая объем, уменьшая плотность и разрушая структуру.

Плотность изменяется с 3,3 до 2,7 г / см с одновременным увеличением объема примерно на 30%. -40%. Реакция является сильно экзотермической, и температура горных пород может быть повышена примерно на 260 ° C (500 ° F), обеспечивая источник энергии для образования невулканических гидротермальных источников. В результате химических реакций образования магнетита образуется газ водород в анаэробных условиях, преобладающих глубоко в мантии, вдали от атмосферы Земли. Карбонаты и сульфаты впоследствии восстанавливаются водородом и образуют метан и сероводород. Водород, метан и сероводород являются источниками энергии для глубоководных хемотрофов микроорганизмов.

Образование серпентинита

Серпентинит может образовываться из оливина несколькими способами. реакции. Оливин представляет собой твердый раствор из форстерита, магниевого -конечного элемента и фаялита, железного -конечного элемента..

Форстерит 3 Mg 2 SiO 4 + диоксид кремния SiO 2 + 4 H 2 O → серпентин2 Mg 3Si2O5(OH) 4

(Реакция 1b)

Форстерит 2 Mg 2 SiO 4 + вода3 H 2 O → серпентинMg 3Si2O5(OH) 4+ брусит Mg (OH) 2

(Реакция 1c)

Реакция 1c описывает гидратацию оливина с образованием серпентина и Mg (OH) 2(брусита ). Серпентин стабилен при высоком pH в присутствии бруситоподобного гидрата силиката кальция, фаз (CSH ), образованных вместе с портландитом (Ca (OH) 2) в затвердевшая паста портландского цемента после гидратации белита (Ca 2 SiO 4), искусственного кальциевого эквивалента форстерита.

Аналогия реакции 1c с гидратацией белита в обычном портландцементе:.

Белит 2 Ca 2 SiO 4 + вода4 H 2 O → CSH фаза3 CaO · 2 SiO 2 · 3 H 2 O + портландит Ca (OH) 2

(Реакция 1d)

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

В аналогичном наборе реакций участвуют минералы группы пироксена, но с меньшей готовностью и усложнением дополнительных конечных продуктов из-за более широкого состава пироксена и пироксен-оливина. смеси. Тальк и магнезиальный хлорит 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 метасоматические реакционные зоны, обогащенные кальцием и называемые родингитами.

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

Оливин (Fe, Mg) 2 SiO 4 + вода · H 2 O + диоксид углерода CO2→ серпентинMg 3Si2O5(OH) 4 + магнетитFe 3O4+ метанCH 4

(реакция 2a)

или, в сбалансированной форме:

18 Mg 2 SiO 4 + 6 Fe 2 SiO 4 + 26 H 2 O + CO 2 → 12 Mg 3Si2O5(OH) 4 + 4 Fe 3O4+ CH 4

(Реакция 2a ')

Оливин (Fe, Mg) 2 SiO 4 + вода · H 2 O + диоксид углеродаCO 2 → серпентинMg 3Si2O5(OH) 4+ магнетит Fe3O4+ магнезит MgCO 3 + silicaSiO 2

(Реакция 2b)

Реакция 2а является предпочтительной, если серпентинит беден магнием или если диоксида углерода недостаточно для ускорения образования 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, переносятся ли флюиды кальций, магний и другие элементы во время процесс. 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 ионами железа (Fe) фаялита. Процесс представляет интерес, поскольку он генерирует газообразный водород:

фаялит 3 Fe 2 SiO 4 + вода2 H 2 O → магнетит 2 Fe 3O4+ диоксид кремния3 SiO 2 + водород2 H 2

(Реакция 1a)

Упрощенно эту реакцию можно представить следующим образом:

6 Fe (OH) 2 гидроксид двухвалентного железа → 2 Fe 3O4магнетит + 4 H 2 O вода + 2 H 2 водород

(реакция 3e)

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

Внеземное производство метана путем серпентинизации

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

. Используя данные пролетов зонда Кассини, полученные в 2010–2012 годах, ученые смогли подтвердить, что спутник Сатурна Энцелад, вероятно, имеет океан жидкой воды под своей замерзшей поверхностью. Согласно модели, уровень щелочного pH океана на Энцеладе составляет 11–12. Высокий pH интерпретируется как ключевое последствие серпентинизации хондритовой породы, которая приводит к генерации H2, геохимического источника энергии, который может поддерживать как абиотический, так и биологический синтез органических молекул.

Воздействие 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

Сорта серпентинита выше по кальциту, наряду с зеленым античным (брекчия форма серпентинита), исторически использовались в качестве декоративных камней из-за их мраморных свойств. College Hall в Пенсильванском университете, например, построен из змеевика. Популярными источниками в Европе до контакта с Америкой были горный Пьемонт регион Италии и Лариса, Греция.

Резные каменные инструменты, масляная лампа, известная как скульптура куллика и инуитов

Инуиты и коренные жители арктических областей и, в меньшей степени, южных областей использовали резную чашу в форме змеевика Куллик или кудлик лампу с фитилем, чтобы сжигать масло или жир, нагревать, зажигать и готовить. Инуиты изготавливали инструменты, а в последнее время - резные фигурки животных для торговли.

Швейцарский печной камень

Разновидность хлорита тальк сланец, связанный с альпийским серпентинитом, встречается в Валь д'Аннивье, Швейцария и использовался для изготовления «печных камней» (нем. Ofenstein), резного каменного основания под чугунной печью.

Нейтронный щит в ядерных реакторах

Серпентинит содержит значительное количество связанной воды, следовательно, он содержит большое количество атомов водорода, способных замедлять нейтроны за счет упругого столкновения (нейтрон процесс термализации ). Благодаря этому серпентинит может использоваться в качестве сухого наполнителя внутри стальных рубашек в некоторых конструкциях ядерных реакторов. Например, в серии РБМК он использовался для верхней радиационной защиты для защиты операторов от выхода нейтронов. Серпентин также может быть добавлен в качестве заполнителя в специальный бетон, используемый в защите ядерного реактора для увеличения плотности бетона (2,6 г / см) и его захвата нейтронов cross section.

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 государственного камня, поскольку он потенциально содержит хризотиловый асбест. Законопроект встретил сопротивление со стороны некоторых калифорнийских геологов, которые отметили, что присутствующий хризотил не опасен, если он не переносится в воздух в виде пыли.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Викискладе есть средства массовой информации, связанные с Серпентинит.
Последняя правка сделана 2021-06-08 01:16:15
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте