Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

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 ( диаметр 7,9 см), 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. Вид крупным планом около 30 см × 20 см.

Серпентинит - это порода, состоящая из одного или нескольких минералов серпентиновой группы , название происходит из-за сходства текстуры камня с текстурой кожи змеи. [1] Минералы этой группы, богатые магнием и водой, от светлого до темно-зеленого цвета, на вид жирные и скользкие, 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. [2]

Формация и петрология [ править ]

Серпентинизация - это геологический низкотемпературный метаморфический процесс с участием тепла и воды, в котором низкокремнистые основные и ультраосновные породы окисляются (анаэробное окисление Fe 2+ протонами воды, приводящее к образованию H 2 ) и гидролизуются 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 3Fe) и даже родное железо . При этом большое количество воды поглощается породой, увеличивая объем, уменьшая плотность и разрушая структуру. [3]

Плотность изменяется от 3,3 до 2,7 г / см 3 с одновременным увеличением объема порядка 30-40%. Реакция сильно экзотермична, и температура горных пород может быть повышена примерно на 260 ° C (500 ° F) [3], обеспечивая источник энергии для образования невулканических гидротермальных источников . В результате химических реакций, образующих магнетит, образуется 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 . [3]

Образование серпентинита [ править ]

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

Форстерит3 Мг 2 SiO 4 + диоксид кремнияSiO 2+ 4 Н 2 О →змеевик2 Mg 3 Si 2 O 5 (ОН) 4

 

 

 

 

( Реакция 1b )

Форстерит2 Мг 2 SiO 4 + воды3 Н 2 О → змеевикMg 3 Si 2 O 5 (ОН) 4 + бруситМг (ОН) 2

 

 

 

 

( Реакция 1c )

Реакция 1c описывает гидратацию оливина с образованием серпентина и Mg (OH) 2 ( брусита ). [4] Серпентин стабилен при высоком pH в присутствии бруситоподобного гидрата силиката кальция ( CSH ), образующихся вместе с портландитом (Ca (OH) 2 ) в затвердевшей пасте портландцемента после гидратации белита (Ca 2 SiO 4 ). , искусственный кальциевый эквивалент форстерита.

Аналогия реакции 1с с гидратацией белита в обычном портландцементе :

Белите2 Ca 2 SiO 4 + воды4 Н 2 О → Фаза CSH3 CaO · 2 SiO 2 · 3 H 2 O + портландитСа (ОН) 2

 

 

 

 

( Реакция 1d )

После реакции малорастворимые продукты реакции ( водный диоксид кремния 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 смесей пироксена и пироксен-оливина. 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 группа серпентина.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; флюидная реакция с этими породами может создавать зоны метасоматической реакции, обогащенные кальцием и называемые родингитами .

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

Оливин(Fe, Mg) 2 SiO 4 + водыn · H 2 O + углекислый газCO 2 → змеевикMg 3 Si 2 O 5 (ОН) 4 + магнетитFe 3 O 4 + метанCH 4

 

 

 

 

( Реакция 2а )

или в сбалансированной форме: [5]

18 Mg 2 SiO 4 + 6 Fe 2 SiO 4 + 26 H 2 O + CO 2 → 12 Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 + 4 Fe 3 O 4 + CH 4

 

 

 

 

( Реакция 2а ' )

Оливин(Fe, Mg) 2 SiO 4 + водыn · H 2 O + углекислый газCO 2 → змеевикMg 3 Si 2 O 5 (ОН) 4 + магнетитFe 3 O 4 + магнезитMgCO 3 + кремнеземSiO 2

 

 

 

 

( Реакция 2b )

Реакция 2а предпочтительна, если серпентинит беден магнием или если диоксида углерода недостаточно для стимулирования 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, 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 прореагировал 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 [ править ]

Серпентин является продуктом реакции между водой и ионами железа (Fe 2+ ) фаялита . Этот процесс интересен тем, что генерирует газообразный водород: [6] [7]

Фаялит3 Fe 2 SiO 4 + воды2 Н 2 О → магнетит2 Fe 3 O 4 + диоксид кремния3 SiO 2 + водород2 ч 2

 

 

 

 

( Реакция 1а )

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

6 Fe (OH) 2гидроксид железа → 2 Fe 3 O 4магнетит + 4 Н 2 Оводы + 2 ч 2водород

 

 

 

 

( Реакция 3e )

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

Внеземное производство метана серпентинизацией [ править ]

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 как альтернативный небиологический источник наблюдаемых следов метана. [9] [10]


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 в океане на Энцеладе щелочной pH составляет 11–12. [11] Высокий pH интерпретируется как ключевое последствие серпентинизации хондритовой породы , которая приводит к образованию H 2 , геохимического источника энергии, который может поддерживать как абиотический, так и биологический синтез органических молекул. [11] [12]

Влияние на сельское хозяйство [ править ]

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 [ редактировать ]

Декоративный камень в архитектуре [ править ]

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 . [14]

Инструменты для резьбы по камню, масляная лампа, известная как скульптура куллика и инуитов [ править ]

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.

  • Магнитный змеиный морж

  • Инуитский старейшина ухаживает за куликом, церемониальной масляной лампой из серпентинита.

Швейцарский печной камень [ править ]

Разнообразный хлоритовый тальковый сланец, связанный с альпийским серпентинитом, обнаружен в Валь д'Аннивье , Швейцария, и использовался для изготовления «печных камней» (нем. Ofenstein ), резного каменного основания под чугунной печью. [15]

Нейтронный щит в ядерных реакторах [ править ]

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 в стальных оболочках некоторых конструкций ядерных реакторов . Например, в серии РБМК , как и в Чернобыле , он использовался для верхней радиационной защиты для защиты операторов от утечки нейтронов. [16] Серпентин также можно добавлять в качестве заполнителя в специальный бетон.используемый в реакторе экранирования ядерного , чтобы увеличить плотность бетона (2,6 г / см 3 ) и его захвата нейтронов поперечное сечение . [17] [18]

Культурные ссылки [ править ]

Это скала штата Калифорния , США, и Законодательный орган Калифорнии определил, что серпантин был «официальной скалой штата и литологической эмблемой». [19] В 2010 году был внесен законопроект, отменяющий особый статус серпентина как государственной породы, 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]

См. Также [ править ]

  • Связывание углерода  - улавливание и долгосрочное хранение двуокиси углерода из атмосферы
  • Обозначение химика цемента , также полезно для силикатных и оксидных реакций в минералогии
  • Обезвоживание хризотила  - наиболее часто встречающаяся форма асбеста.
  • Обычный окислительно-восстановительный минеральный буфер - FMQ: фаялит-магнетит-кварц
  • Геология полуострова Ящерица
  • Гидратация белита в цементе (аналог гидратации форстерита)
  • Lost City Hydrothermal Field  - Гидротермальное поле в средней части Атлантического океана
  • Нефрит  - разновидность нефрита
  • Реакция Шикорра , включающая также образование магнетита и водорода по очень похожему механизму
  • Змеевидная почва  - Тип почвы, почва, полученная из серпентиновых минералов.
  • Подгруппа серпентинов  - породообразующий водный филлосиликат магния и железа, основные минералы которого составляют серпентинит.
  • Мыльный камень
  • Карбонат талька
  • Водородный цикл

Ссылки [ править ]

  1. ^ Schoenherr, Allan A. (11 июля 2017). Естественная история Калифорнии: второе издание . Univ of California Press. С. 35–. ISBN 9780520295117. Дата обращения 6 мая 2017 .
  2. ^ "Змеиное определение" . Словарь по геологии . Проверено 23 октября 2018 года .
  3. ^ a b c Серпентинизация: тепловая машина 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, MJ; Холл, AJ; Мартин, В. (2010). «Серпентинизация как источник энергии у истоков жизни». Геобиология . 8 (5): 355–371. DOI : 10.1111 / j.1472-4669.2010.00249.x . PMID 20572872 . 
  6. ^ «Образование метана и водорода из горных пород - источники энергии для жизни» . Проверено 6 ноября 2011 года .
  7. ^ Сон, NH; А. Мейбом, Th. Фридрикссон, Р. Г. Коулман, Д. К. Берд (2004). «H 2 -содержащие флюиды от серпентинизации: геохимические и биотические последствия» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (35): 12818–12823. Bibcode : 2004PNAS..10112818S . DOI : 10.1073 / pnas.0405289101 . PMC 516479 . PMID 15326313 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  8. ^ Шренк, Миссури; Brazelton, WJ; Ланг, SQ (2013). «Серпентинизация, углерод и глубокая жизнь». Обзоры по минералогии и геохимии . 75 (1): 575–606. Bibcode : 2013RvMG ... 75..575S . DOI : 10.2138 / rmg.2013.75.18 .
  9. ^ Baucom, Мартин (март – апрель 2006 г.). "Жизнь на Марсе?". Американский ученый . 94 (2): 119–120. DOI : 10.1511 / 2006.58.119 . JSTOR 27858733 . 
  10. ^ esa. «Тайна метана» . Европейское космическое агентство . Проверено 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 . DOI : 10.1016 / j.gca.2015.04.017 . S2CID 119262254 . 
  12. Перейти ↑ Wall, Mike (7 мая 2015 г.). «Океан на Сатурне, Луне, Энцеладе, может иметь потенциальный источник энергии для поддержания жизни» . Space.com . Дата обращения 8 мая 2015 .
  13. ^ «Веб-сайт CVO - Серпентин и серпентинит». Архивировано 19 октября 2011 г. на Wayback Machine , Геология геологии США / NPS на веб-сайте парков , сентябрь 2001 г., по состоянию на 27 февраля 2011 г.
  14. ^ Ашерст, Джон. Даймс, Фрэнсис Г. Сохранение строительного и декоративного камня . Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн, 1990, стр. 51.
  15. ^ Талькозных-сланцы из кантона Вале. Томагс Бонни, (Geol. Mag., 1897, NS, [iv], 4, 110-116) аннотация
  16. ^ Литовский энергетический институт (28 мая 2011 г.). «Проектирование конструкций, узлов, оборудования и систем» . Игналинская книга источников . Проверено 28 мая 2011 года .
  17. ^ Aminian, A .; Nematollahi, MR; 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 . DOI : 10.1016 / 0969-806X (94) 90120-1 . ISSN 0969-806X . 
  19. ^ Кодекс правительства Калифорнии § 425.2; см. «Архивная копия» . Архивировано из оригинального 28 июня 2009 года . Проверено 24 декабря 2009 года .CS1 maint: archived copy as title (link)
  20. ^ Fimrite, Питер (16 июля 2010). «Геологи протестуют против законопроекта об удалении государственной породы» . SFGate . Проверено 17 апреля 2018 года .
  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 . Проверено 17 апреля 2018 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • [1] Гидротермальное поле Лост-Сити, Срединно-Атлантический хребет : серпентинизация, движущая сила системы.
  • H 2 -содержащие флюиды от серпентинизации: геохимические и биотические последствия : Труды Национальной академии наук .