stringtranslate.com

Серпентинит

Серпентинит 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 протерозойский - раннепалеозойский дунит -перидотит верхней мантии , который был многократно метаморфизован в девоне, перми и мезозое.
Плотно сложенный серпентинит из Туксских Альп , Австрия . Крупным планом, примерно 30 см × 20 см (12 дюймов × 8 дюймов).

Серпентинит — метаморфическая горная порода , состоящая преимущественно из одного или нескольких минералов группы серпентина , образованная путем почти полной серпентинизации основных или ультраосновных пород . Его название произошло от сходства текстуры породы с текстурой кожи змеи . [ 1] Серпентинит называли серпентином или серпентиновой породой , особенно в старых геологических текстах и ​​в более широких культурных условиях. [2] [3] [4] [5] [6]

Поскольку большинство химических реакций, необходимых для синтеза ацетил-КоА , необходимого для основных биохимических путей жизни, происходят во время серпентинизации, серпентинитовые термальные источники являются кандидатами на роль среды, в которой зародилась жизнь на Земле.

Формирование и минералогия

Серпентинит образуется в результате почти полной серпентинизации основных и ультраосновных пород . [7] Серпентинит может образовываться везде, где ультраосновные породы пропитываются водой, бедной углекислым газом . [8] Это происходит в срединно-океанических хребтах и ​​в преддуговой мантии зон субдукции . [9] [10]

В конечном минеральном составе серпентинита обычно преобладают лизардит , хризотил (два минерала подгруппы серпентина ) и магнетит ( Fe3O4 ). Реже присутствуют брусит ( Mg (OH) 2 ) и антигорит . Лизардит, хризотил и антигорит имеют приблизительно следующую формулу: Mg3 ( Si2O5 ) ( OH ) 4 или (Mg2 +, Fe2+)3Si2O5(OH)4 , но различаются второстепенными компонентами и формой . [ 9 ] Акцессорные минералы, присутствующие в небольших количествах, включают аваруит , другие самородные металлические минералы и сульфидные минералы . [11]

Офиолит Национального парка Грос-Морн , Ньюфаундленд . Офиолиты характеризуются наличием серпентинитового компонента.

Производство водорода

Реакция серпентинизации, включающая преобразование фаялита (Fe-концевого элемента оливина ) водой в магнетит и кварц, также производит молекулярный водород H2 в соответствии со следующей реакцией:

Эта реакция очень похожа на реакцию Шикорра, также производящую водород путем окисления ионов Fe 2+ в ионы Fe 3+ протонами H + воды. Затем два H + восстанавливаются до H 2 .  

В реакции Шикорра два иона H +, восстановленные до H2 , образуются из двух анионов OH− , которые затем преобразуются в два оксидных аниона ( O2− ) , непосредственно включаемых в кристаллическую решетку магнетита , в то время как избыток воды выделяется как побочный продукт реакции. 

Водород, образующийся в результате реакции серпентинизации, важен, поскольку он может подпитывать микробную активность в глубокой подземной среде. [ необходима ссылка ]

Гидротермальные источники и грязевые вулканы

Белый карбонатный шпиль в гидротермальном поле Затерянного города

Глубоководные гидротермальные источники, расположенные на серпентините близко к оси срединно-океанических хребтов, обычно напоминают черных курильщиков, расположенных на базальте , но выделяют сложные углеводородные молекулы. Поле Рэйнбоу на Срединно-Атлантическом хребте является примером таких гидротермальных источников. Серпентинизация сама по себе не может обеспечить поставку тепла для этих источников, которые должны быть в основном обусловлены магматизмом . Однако гидротермальное поле Лост-Сити , расположенное вне оси Срединно-Атлантического хребта, может быть обусловлено исключительно теплом серпентинизации. Его источники не похожи на черные курильщики, выделяя относительно холодные жидкости (от 40 до 75 °C (от 104 до 167 °F)), которые являются сильнощелочными , с высоким содержанием магния и низким содержанием сероводорода . Источники образуют очень большие дымоходы, высотой до 60 метров (200 футов), состоящие из карбонатных минералов и брусита. С жерлами связаны обильные микробные сообщества . Хотя сами жерла не состоят из серпентинита, они находятся в серпентините, который, по оценкам, образовался при температуре около 200 °C (392 °F). [12] Отложения сепиолита на срединно-океанических хребтах могли образоваться в результате гидротермальной активности , вызванной серпентинитом . [13] Однако геологи продолжают спорить о том, может ли серпентинизация сама по себе объяснить тепловой поток от месторождения Лост-Сити. [12]

В преддуге зоны субдукции Марианских островов находятся крупные серпентинитовые грязевые вулканы , которые извергают серпентинитовую грязь, которая поднимается через разломы из подстилающей серпентинизированной преддуговой мантии . Изучение этих грязевых вулканов дает представление о процессах субдукции, а жидкости с высоким pH, выделяемые вулканами, поддерживают микробное сообщество . [14] [10] Экспериментальное бурение в слое габбро океанической коры вблизи срединно-океанических хребтов продемонстрировало наличие редкой популяции бактерий , разлагающих углеводороды . Они могут питаться углеводородами, полученными в результате серпентинизации подстилающей ультраосновной породы . [15] [16]

Потенциальная «колыбель жизни»

Серпентинитовые термальные источники являются кандидатами на среду, в которой зародилась жизнь на Земле. [14] Большинство химических реакций, необходимых для синтеза ацетил-КоА , необходимого для основных биохимических путей жизни, происходят во время серпентинизации. [17] Сульфидно-металлические кластеры, которые активируют многие ферменты, напоминают сульфидные минералы, образовавшиеся во время серпентинизации. [18]

Экология

Серпентинитовая экосистема на юге Новой Каледонии

Почвенный покров над серпентинитовой коренной породой, как правило, тонкий или отсутствует. Почва с серпентином бедна кальцием и другими основными питательными веществами для растений , но богата элементами, токсичными для растений, такими как хром и никель . [19] Некоторые виды растений, такие как Clarkia franciscana и некоторые виды manzanita , приспособлены к жизни на серпентинитовых обнажениях . Однако, поскольку серпентинитовые обнажения немногочисленны и изолированы, их растительные сообщества являются экологическими островами , и эти отличительные виды часто находятся под большой угрозой исчезновения. [20] С другой стороны, растительные сообщества, приспособленные к жизни на серпентинитовых обнажениях Новой Каледонии, сопротивляются вытеснению интродуцированными видами , которые плохо приспособлены к этой среде. [21]

Серпентиновые почвы широко распространены на Земле, частично отражая распространение офиолитов и других серпентиновых пород. [22] Выходы серпентиновых почв есть на Балканском полуострове , в Турции , на острове Кипр , в Альпах , на Кубе и в Новой Каледонии . В Северной Америке серпентиновые почвы также присутствуют в небольших, но широко распространенных районах на восточном склоне Аппалачских гор на востоке Соединенных Штатов и в тихоокеанских хребтах Орегона и Калифорнии. [ требуется ссылка ]

Происшествия

Известные месторождения серпентинита обнаружены в шахтах Тетфорда , Квебек ; на озере Валгалла , Нью-Джерси ; в округе Хила, Аризона ; в комплексе Лизард , Лизард-Пойнт, Корнуолл ; а также в местах в Греции, Италии и других частях Европы. [23] Известные офиолиты, содержащие серпентинит, включают офиолит Семайл в Омане , офиолит Троодоса на Кипре , офиолиты Ньюфаундленда и Главный офиолитовый пояс Новой Гвинеи . [24]

Использует

Чашки для питья, образцы обработки серпентинита из Цёблица в районе Рудных гор
Колледж-холл в Университете Пенсильвании

Декоративный камень в архитектуре и искусстве

Минералы группы серпентина имеют твердость по шкале Мооса от 2,5 до 3,5, поэтому серпентинит легко режется . [25] Сорта серпентинита с более высоким содержанием кальцита , наряду с verd antique ( брекчиевая форма серпентинита), исторически использовались в качестве декоративных камней из-за их мрамороподобных качеств. Например, College Hall в Университете Пенсильвании построен из серпентина. Популярными источниками в Европе до контакта с Америкой были горный регион Пьемонт в Италии и Лариса, Греция . [26] Серпентиниты используются во многих отношениях в искусстве и ремеслах. Например, камень обрабатывался в Цёблице в Саксонии в течение нескольких сотен лет. [27]

Инуиты

Инуиты и другие коренные народы арктических районов и в меньшей степени южных районов использовали резную чашеобразную серпентинитовую лампу куллика или кудлик с фитилем, чтобы сжигать масло или жир для обогрева, освещения и приготовления пищи. Инуиты делали инструменты и в последнее время резные фигурки животных для торговли. [28]

Как печной камень

Разновидность хлоритового талькового сланца , связанного с альпийским серпентинитом, обнаружена в Валь-д'Аннивье , Швейцария, и использовалась для изготовления «печных камней» ( нем . Ofenstein ), резного каменного основания под чугунной печью. [29]

Нейтронная защита в ядерных реакторах

Серпентинит имеет значительное количество связанной воды , поэтому 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 кожухов в некоторых конструкциях ядерных реакторов . Например, в серии РБМК , как и в Чернобыле , он использовался для верхней радиационной защиты , чтобы защитить операторов от выходящих нейтронов. [30] Серпентин также может добавляться в качестве заполнителя в специальный бетон , используемый в защите ядерных реакторов, для увеличения плотности бетона (2,6 г/см3 ( 0,094 фунта/куб. дюйм)) и его поперечного сечения захвата нейтронов . [31] [32]

СО2секвестрация

Поскольку он легко поглощает углекислый газ , серпентинит может быть использован для связывания атмосферного углекислого газа . [33] Для ускорения реакции серпентинит может реагировать с углекислым газом при повышенной температуре в реакторах карбонизации. Углекислый газ также может реагировать с щелочными отходами шахт из месторождений серпентина, или углекислый газ может быть введен непосредственно в подземные серпентинитовые образования. [34] Серпентинит также может быть использован в качестве источника магния в сочетании с электролизерами для очистки CO2 . [ 35]

Культурные ссылки

Это государственный камень Калифорнии , США, и Законодательное собрание Калифорнии определило, что серпентин является «официальным государственным камнем и литологической эмблемой». [3] В 2010 году был внесен законопроект, который бы лишил серпентин особого статуса как государственного камня из-за того, что он потенциально содержит хризотиловый асбест . [36] Законопроект встретил сопротивление со стороны некоторых калифорнийских геологов, которые отметили, что присутствующий хризотил не опасен, если он не мобилизован в воздухе в виде пыли . [37] [ требуется обновление ]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Шенхерр, Аллан А. (11 июля 2017 г.). Естественная история Калифорнии: Второе издание. Univ of California Press. стр. 35–. ISBN 9780520295117. Получено 6 мая 2017 г.
  2. ^ "serpentine". Словарь Merriam-Webster.com . Merriam-Webster . Получено 6 марта 2022 г. .
  3. ^ ab California Government Code § 425.2; см. "CA Codes (Gov:420-429.8)". Архивировано из оригинала 28 июня 2009 года . Получено 24 декабря 2009 года .
  4. ^ Окшотт, ГБ (1968). «Диапировые структуры в хребте Диабло, Калифорния». AAPG Специальный том M8: Диапиризм и диапиры . 153 : 228–243.
  5. ^ Флетт, Дж. С. (1913). «Геология ящерицы». Труды Ассоциации геологов . 24 (3): 118–133. Bibcode : 1913PrGA...24..118F. doi : 10.1016/S0016-7878(13)80008-9.
  6. ^ Гонсалес-Мансера, Г.; Ортега-Гутьеррес, Ф.; Нава, NE; Арриола, HS (2003). "Мессбауэровское исследование серпентиновых минералов в ультраосновном теле Теуитцинго, Южная Мексика". Сверхтонкие взаимодействия . 148 (1–4): 61–71. Bibcode : 2003HyInt.148...61G. doi : 10.1023/B:HYPE.0000003765.32151.3b. S2CID  96761317.
  7. ^ Haldar, Swapan Kumar (27 июля 2020 г.). Введение в минералогию и петрологию. Elsevier Science. ISBN 9780128205853. Получено 20 ноября 2022 г. .
  8. ↑ Муди 1976, стр. 136.
  9. ^ ab Roberts, BA; Proctor, J. (6 декабря 2012 г.). Экология областей с серпентинизированными породами: взгляд на мир. Springer Science & Business Media. стр. 8. ISBN 978-94-011-3722-5.
  10. ^ ab Albers, Elmar; Bach, Wolfgang; Pérez-Gussinyé, Marta; McCammon, Catherine; Frederichs, Thomas (2021). "Serpentinization-Driven Production H2 From Continental Break-Up to Cried-Ocean Ridge Spreading: Unexpected High Rates at the West Iberia Margin". Frontiers in Earth Science . 9 : 487. Bibcode : 2021FrEaS...9..487A. doi : 10.3389/feart.2021.673063 . ISSN  2296-6463.
  11. ^ Муди, Джудит Б. (апрель 1976 г.). «Серпентинизация: обзор». Лит . 9 (2): 125–138. Bibcode : 1976Litho...9..125M. doi : 10.1016/0024-4937(76)90030-X.
  12. ^ ab Allen, Douglas E.; Seyfried, WE (март 2004 г.). «Серпентинизация и генерация тепла: ограничения из гидротермальных систем Lost City и Rainbow 1 1Заместитель редактора: JC Alt». Geochimica et Cosmochimica Acta . 68 (6): 1347–1354. doi :10.1016/j.gca.2003.09.003.
  13. ^ Мевель, Катрин (сентябрь 2003 г.). «Серпентинизация абиссальных перидотитов в срединно-океанических хребтах». Comptes Rendus Geoscience . 335 (10–11): 825–852. Bibcode : 2003CRGeo.335..825M. doi : 10.1016/j.crte.2003.08.006.
  14. ^ ab Fryer, Patricia (15 января 2012 г.). «Грязевой вулканизм серпентинита: наблюдения, процессы и последствия». Annual Review of Marine Science . 4 (1): 345–373. Bibcode : 2012ARMS....4..345F. doi : 10.1146/annurev-marine-120710-100922. ISSN  1941-1405. PMID  22457979.
  15. ^ Мейсон, Оливия У.; Накагава, Тацунори; Роснер, Мартин; Ван Ностранд, Джой Д.; Чжоу, Цзичжун; Маруяма, Акихико; Фиск, Мартин Р.; Джованнони, Стивен Дж. (5 ноября 2010 г.). «Первое исследование микробиологии самого глубокого слоя океанической коры». PLOS ONE . 5 (11): e15399. Bibcode : 2010PLoSO...515399M. doi : 10.1371/journal.pone.0015399 . PMC 2974637. PMID  21079766 . 
  16. ^ Маршалл, Майкл (17 ноября 2010 г.). «Жизнь обнаружена в самом глубоком слое земной коры». New Scientist . Получено 3 декабря 2021 г.
  17. ^ Мартин, Уильям ; Рассел, Майкл Дж. (29 октября 2007 г.). «О происхождении биохимии в щелочном гидротермальном источнике». Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 362 (1486): 1887–1926. doi :10.1098/rstb.2006.1881. PMC 2442388. PMID  17255002 . 
  18. ^ McCollom, TM; Seewald, JS (1 апреля 2013 г.). «Serpentinites, Hydrogen, and Life». Elements . 9 (2): 129–134. Bibcode :2013Eleme...9..129M. CiteSeerX 10.1.1.852.2089 . doi :10.2113/gselements.9.2.129 . Получено 5 сентября 2021 г. . 
  19. ^ «Сайт CVO — Серпентин и серпентинит» Архивировано 19 октября 2011 г. на Wayback Machine , Геология на сайте USGS/NPS в парках , сентябрь 2001 г., дата обращения 27 февраля 2011 г.
  20. ^ "Serpentinite". Пресидио Сан-Франциско . Служба национальных парков . Получено 3 сентября 2021 г.
  21. ^ "La Flore de Nouvelle-Calédonie - Премьерная вечеринка" . Futura-sciences.com . 18 августа 2004 года . Проверено 30 января 2013 г.
  22. ^ "6 Распределение серпентиновых почв и влияние окружающей среды". academic.oup.com . Получено 20 ноября 2022 г. .
  23. ^ Синканкас, Джон (1964). Минералогия для любителей . Принстон, Нью-Джерси: Van Nostrand. С. 149–480. ISBN 0442276249.
  24. ^ Филпоттс, Энтони Р.; Агу, Джей Дж. (2009). Принципы магматической и метаморфической петрологии (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Cambridge University Press. стр. 371. ISBN 9780521880060.
  25. ^ Нессе, Уильям Д. (2000). Введение в минералогию . Нью-Йорк: Oxford University Press. стр. 239. ISBN 9780195106916.
  26. ^ Эшерст, Джон. Даймс, Фрэнсис Г. Сохранение строительного и декоративного камня . Elsevier Butterworth-Heinemann, 1990, стр. 51.
  27. ^ Ева Мария Хойер: Sächsischer Serpentin: ein Stein und seine Verwendung . Издание Лейпциг , Лейпциг, 1996 г., стр. 20–22.
  28. ^ Керр, А.; Сквайрс, Дж. К. «Серпентиниты и связанные с ними типы пород около Хоупдейла, Нунатсиавут: потенциал для ресурсов кустарного резного камня» (PDF) . Отчет Геологической службы . 19 (1). Департамент природных ресурсов Ньюфаундленда и Лабрадора: 39–57 . Получено 3 сентября 2021 г. .
  29. ^ Талькозовый сланец из кантона Вале. Томас Бонни, (Geol. Mag., 1897, NS, [iv], 4, 110--116) аннотация
  30. ^ Литовский энергетический институт (28 мая 2011 г.). «Проектирование конструкций, компонентов, оборудования и систем». Ignalina Source Book . Архивировано из оригинала 9 октября 2011 г. Получено 28 мая 2011 г.
  31. ^ Аминян, А.; Нематоллахи, М. Р.; Хаддад, К.; Мехдизаде, С. (3–8 июня 2007 г.). Определение параметров экранирования для различных типов бетонов методами Монте-Карло (PDF) . ICENES 2007: Международная конференция по новым ядерным энергетическим системам. Сессия 12B: Радиационные эффекты. Стамбул, Турция. стр. 7. Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 г. . Получено 28 мая 2011 г. .
  32. ^ Абулфарадж, Валид Х.; Салах М. Камал (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.
  33. ^ Фарханг, Ф.; Оливер, ТК; Рейсон, М.С.; Брент, ГФ; Моллой, Т.С.; Стокенхубер, М.; Кеннеди, Э.М. (март 2019 г.). «Растворение активированного при нагревании серпентина для секвестрации CO2 : влияние осаждения кремнезема при различных значениях температуры и pH». Журнал использования CO2 . 30 : 123–129. doi :10.1016/j.jcou.2019.01.009. S2CID  104424416.
  34. ^ Power, IM; Wilson, SA; Dipple, GM (1 апреля 2013 г.). «Карбонизация серпентинита для секвестрации CO 2 ». Elements . 9 (2): 115–121. Bibcode :2013Eleme...9..115P. doi :10.2113/gselements.9.2.115.
  35. ^ Ли, Вэньчжи; Ли, Вэнь; Ли, Баоцин; Бай, Цзунцин (февраль 2009 г.). «Методы электролиза и предварительной тепловой обработки для стимулирования секвестрации CO2 путем карбонизации минералов». Chemical Engineering Research and Design . 87 (2): 210–215. Bibcode : 2009CERD...87..210L. doi : 10.1016/j.cherd.2008.08.001.
  36. ^ Fimrite, Peter (16 июля 2010 г.). «Геологи протестуют против законопроекта об удалении государственных пород». San Francisco Chronicle . Получено 17 апреля 2018 г.
  37. ^ Фразелл, Джули; Элкинс, Рэйчел; О'Гин, Энтони; Рейнольдс, Роберт; Мейерс, Джеймс. «Факты о серпентиновых породах и почвах, содержащих асбест в Калифорнии» (PDF) . Каталог ANR . Калифорнийский университет, Отдел сельского хозяйства и природных ресурсов . Получено 17 апреля 2018 г. .

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Серпентинит .