Перидотит ( США : / ˈpɛrɪdoʊˌtaɪt , pəˈrɪdə- / PERR - ih -doh-tyte, pə- RID - ə- ) — плотная, крупнозернистая магматическая порода , состоящая в основном из силикатных минералов оливина и пироксена . Перидотит является ультрамафическим , так как порода содержит менее 45% кремнезема . Он богат магнием (Mg2 + ), что отражает высокие доли богатого магнием оливина, с заметным содержанием железа . Перидотит происходит из мантии Земли , либо в виде твердых блоков и фрагментов, либо в виде кристаллов, накопленных из магм, которые образовались в мантии. Состав перидотитов из этих слоистых магматических комплексов сильно различается, отражая относительные пропорции пироксенов , хромита , плагиоклаза и амфибола .
Перидотит является доминирующей породой верхней части мантии Земли . Составы перидотитовых конкреций , обнаруженных в некоторых базальтах, представляют особый интерес наряду с алмазными трубками ( кимберлитами ), поскольку они предоставляют образцы мантии Земли, поднятые с глубин от 30 км до 200 км и более. Некоторые из конкреций сохраняют изотопные соотношения осмия и других элементов, которые регистрируют процессы, происходившие при формировании Земли, и поэтому они представляют особый интерес для палеогеологов , поскольку они дают ключи к раннему составу мантии Земли и сложности происходивших процессов.
Слово перидотит происходит от драгоценного камня перидот , который состоит из бледно-зеленого оливина. [1] Классический перидотит ярко-зеленый с некоторыми черными пятнами, хотя большинство ручных образцов, как правило, более темно-зеленые. Перидотитовые обнажения обычно варьируются от землистого ярко-желтого до темно-зеленого; это связано с тем, что оливин легко выветривается до иддингсита . Хотя зеленый и желтый являются наиболее распространенными цветами, перидотитовые породы могут иметь широкий диапазон цветов, включая синий, коричневый и красный.
Крупнозернистые магматические породы, в которых основные минералы (минералы, богатые магнием и железом ) составляют более 90% объема породы, классифицируются как ультраосновные породы . [2] Такие породы обычно содержат менее 45% кремнезема. Ультраосновные породы далее классифицируются по их относительным пропорциям оливина , ортопироксена , клинопироксена и роговой обманки , которые являются наиболее распространенными семействами основных минералов в большинстве ультраосновных пород. Перидотит затем определяется как крупнозернистая ультраосновная порода, в которой оливин составляет 40% или более от общего объема этих четырех минеральных семейств в породе. [3] [4]
Перидотиты далее классифицируются следующим образом: [4] [5]
Мантийный перидотит сильно обогащен магнием, с типичным магниевым числом 89. [19] Другими словами, из общего содержания железа и магния 89 мол.% приходится на магний. Это отражено в составе основных минералов, составляющих перидотит.
Оливин является основным минералом, который содержится во всех перидотитах. Это ортосиликат магния , содержащий некоторое количество железа с переменной формулой (Mg,Fe) 2 SiO 4 . Богатый магнием оливин перидотитов обычно имеет оливково-зеленый цвет. [20]
Пироксены — это цепочечные силикаты с переменной формулой (Ca,Na,Fe II ,Mg)(Cr,Al,Fe III ,Mg,Mn,Ti,V)Si 2 O 6 , включающие большую группу различных минералов. Они делятся на ортопироксены (с орторомбической кристаллической структурой) и клинопироксены (с моноклинной кристаллической структурой). [21] Это различие важно в классификации пироксеновых перидотитов [4] [5], поскольку клинопироксен плавится легче, чем ортопироксен или оливин. Наиболее распространенным ортопироксеном является энстатит , Mg 2 Si 2 O 6 , в котором железо заменяет часть магния. Наиболее важным клинопироксеном является диопсид , CaMgSi 2 O 6 , снова с некоторой заменой железа на магний ( геденбергит , FeCaSi 2 O 6 ). [21] Ультрамафические породы, в которых доля пироксенов превышает 60%, классифицируются как пироксениты, а не перидотиты. Пироксены обычно имеют темный цвет. [21]
Роговая обманка — это амфибол , группа минералов, напоминающих пироксены, но с двойной цепочечной структурой, включающей воду. Сама роговая обманка имеет весьма изменчивый состав, варьирующийся от чермакита ( Ca 2 (Mg,Fe) 3 Al 2 Si 6 Al 2 O 22 (OH) 2 ) до паргасита ( NaCa 2 (Mg,Fe) 4 AlSi 6 Al 2 O 22 (OH) 2 ) со многими другими вариациями состава. [22] Она присутствует в перидотите в основном в результате изменения водными флюидами. [17] [18]
Хотя перидотиты классифицируются по содержанию в них оливина, пироксенов и роговой обманки, в перидотитах характерно присутствие ряда других семейств минералов, которые могут составлять значительную долю их состава. Например, хромит иногда присутствует в количестве до 50%. (Состав хромита выше 50% переклассифицирует породу как перидотитовый хромитит .) Другие распространенные акцессорные минералы включают шпинель , гранат , биотит или магнетит . Перидотит, содержащий значительное количество одного из этих минералов, может иметь свою классификацию, уточненную соответствующим образом; например, если лерцолит содержит до 5% шпинели, это шпинельсодержащий лерцолит , в то время как при количестве до 50% он будет классифицирован как шпинелевый лерцолит . [23] Акцессорные минералы могут быть полезны для оценки глубины формирования перидотита. Например, алюминий в лерцолите присутствует в виде плагиоклаза на глубине менее 20 километров (12 миль), в то время как в виде шпинели он присутствует на глубине от 20 до 60 километров (37 миль), а в виде граната — на глубине менее 60 км. [24]
Перидотит является преобладающей породой мантии Земли на глубине около 400 км; ниже этой глубины оливин преобразуется в минерал более высокого давления вадслеит . [26]
Океанические плиты состоят из около 100 км перидотита, покрытого тонкой корой. Кора, обычно толщиной около 6 км, состоит из базальта, габбро и мелких осадков. Перидотит под океанической корой, «абиссальный перидотит», находится на стенках рифтов на глубоком морском дне. [27] Океанические плиты обычно погружаются обратно в мантию в зонах субдукции . Однако части могут быть внедрены или надвинуты на континентальную кору с помощью процесса, называемого обдукцией , а не унесены вниз в мантию. Внедрение может происходить во время орогенеза , как во время столкновений одного континента с другим или с островной дугой . Части океанических плит, внедренные в континентальную кору, называются офиолитами . Типичные офиолиты в основном состоят из перидотита и связанных с ним пород, таких как габбро , подушечный базальт , диабазовые силло-дайковые комплексы и красный кремень. [28] [29] Альпийский перидотит или орогенный перидотитовый массив — это устаревший термин для офиолита, размещенного в горном поясе во время столкновения континент-континент плит. [30] [31] [32]
Перидотиты также встречаются в виде фрагментов ( ксенолитов ), выносимых магмами из мантии. Среди пород, которые обычно включают перидотитовые ксенолиты, есть базальт и кимберлит . [33] Хотя кимберлит является разновидностью перидотита, кимберлит также считается брекчированным вулканическим материалом, [10] поэтому его называют источником перидотитовых ксенолитов. Перидотитовые ксенолиты содержат осмий и другие элементы, стабильные изотопные соотношения которых дают подсказки о формировании и эволюции мантии Земли. [34] [35] Такие ксенолиты происходят из глубин до почти 200 километров (120 миль) [36] или более. [37]
Вулканическим эквивалентом перидотитов являются коматииты , которые в основном извергались на ранних этапах истории Земли и редко встречаются в породах моложе архейских . [38]
Небольшие кусочки перидотита были обнаружены в лунных брекчиях. [39]
Породы семейства перидотитов редко встречаются на поверхности и крайне нестабильны, поскольку оливин быстро реагирует с водой при типичных температурах верхней коры и на поверхности Земли. Многие, если не большинство, поверхностных выходов были, по крайней мере, частично изменены в серпентинит , процесс, в котором пироксены и оливины преобразуются в зеленый серпентин . [20] Эта реакция гидратации включает значительное увеличение объема с одновременной деформацией исходных текстур. [40] Серпентиниты механически слабы и поэтому легко текут в земле. [41] Отличительные растительные сообщества растут в почвах, образовавшихся на серпентините, из-за необычного состава подстилающей породы. [42] Один минерал в группе серпентина, хризотил , является разновидностью асбеста. [43]
Большая часть перидотита имеет зеленый цвет из-за высокого содержания оливина. Однако перидотиты могут иметь цвет от зеленовато-серого [44] [45] до почти черного [46] и бледно-желтовато-зеленого. [47] Перидотит выветривается, образуя характерную коричневую корку в субаэральных обнажениях [48] и до темно-оранжевого цвета в подводных обнажениях. [49]
Перидотиты могут принимать массивную форму или могут располагаться слоями в различных масштабах размеров. [50] Слоистые перидотиты могут образовывать базовые слои слоистых интрузий. [51] Они характеризуются кумулятивными текстурами , характеризующимися структурой грубых (>5 мм) взаимосвязанных эвгедральных (хорошо сформированных) кристаллов в основной массе более мелких кристаллов, образованных из жидкой магмы, захваченной в кумуляте. Многие демонстрируют пойкилитовую текстуру , в которой кристаллизация этой жидкости произвела кристаллы, которые разрастаются и заключают в себе исходные кумулусные кристаллы (называемые чадрокристаллами ). [52]
Другая текстура — это хорошо отожженная текстура равновеликих ксеноморфных кристаллов с прямыми границами зерен, пересекающимися под углом 120°. Это может быть результатом медленного охлаждения, позволяющего рекристаллизации минимизировать поверхностную энергию. Катакластическая текстура, показывающая нерегулярные трещины и деформационное двойникование зерен оливина, обычна для перидотитов из-за деформации, связанной с их тектоническим режимом размещения. [50]
Перидотиты имеют два основных способа происхождения: как мантийные породы, образованные во время аккреции и дифференциации Земли, или как кумулятивные породы, образованные осаждением оливина ± пироксенов из базальтовых или ультраосновных магм. Эти магмы в конечном итоге происходят из верхней мантии путем частичного плавления мантийных перидотитов. [53]
Мантийные перидотиты опробуются как офиолиты в коллизионных горных хребтах, как ксенолиты в базальте или кимберлите, или как абиссальные перидотиты (опробованные со дна океана). [27] Эти породы представляют собой либо плодородную мантию (лерцолит), либо частично истощенную мантию (гарцбургит, дунит). [54] Альпийские перидотиты могут быть либо офиолитовой ассоциации и представлять собой самую верхнюю мантию под океаническими бассейнами, либо массы субконтинентальной мантии, размещенные вдоль надвиговых разломов в горных поясах. [55]
Слоистые перидотиты представляют собой магматические отложения, образующиеся в результате механического накопления плотных кристаллов оливина. [56] Они образуются из магм, полученных из мантии, например, из базальтовых магм. [57] Перидотиты, связанные с ультраосновными комплексами аляскинского типа, представляют собой кумулятивы, которые, вероятно, образовались в корневых зонах вулканов. [58] Кумулятивные перидотиты также образуются в потоках лавы коматиита . [59]
Коматииты представляют собой высокотемпературные частичные расплавы перидотита, характеризующиеся высокой степенью частичного плавления глубоко под поверхностью. [60]
Эклогит , порода, похожая на базальт по составу, состоит в основном из омфацита (натриевого клинопироксена) и граната, богатого пиропом . Эклогит ассоциируется с перидотитом в некоторых ксенолитовых залежах; [61] он также встречается с перидотитом в породах, метаморфизованных при высоких давлениях во время процессов, связанных с субдукцией. [62]
Перидотит потенциально может быть использован в недорогом, безопасном и постоянном методе улавливания и хранения атмосферного CO2 в рамках секвестрации парниковых газов, связанной с изменением климата . [63] Уже было известно, что перидотит реагирует с CO2 , образуя твердый карбонатоподобный известняк или мраморный минерал; и этот процесс можно ускорить в миллион раз или больше с помощью простого бурения и гидравлического разрыва пласта , чтобы обеспечить закачку CO2 в подземную перидотитовую формацию. [64]
Перидотит назван в честь драгоценного камня перидота , стекловидного зеленого драгоценного камня, первоначально добытого на острове Сент-Джонс в Красном море [65], а теперь добываемого в индейской резервации апачи Сан-Карлос в Аризоне. [66]
Перидотит, гидратированный при низких температурах, является протолитом для серпентинита , который может включать хризотиловый асбест (форма серпентина) [43] и тальк [67] .
Слоистые интрузии с кумулятивным перидотитом обычно связаны с сульфидными или хромитовыми рудами. Сульфиды, связанные с перидотитами, образуют никелевые руды и платиноидные металлы; большая часть платины, используемой в мире сегодня, добывается из магматического комплекса Бушвельд в Южной Африке и Великой Дайки в Зимбабве . [68] Хромитовые полосы, обнаруженные в перидотитах, являются основным источником хрома в мире . [69]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )Хотя некоторые хорошие кристаллы оливкового цвета находят в нескольких других местах, таких как Бирма, Китай, Замбия и Пакистан, девяносто процентов всех известных перидотов находят только в одном месте. Это резервация коренных американцев, и она расположена в малопосещаемом уголке Соединенных Штатов. Сан-Карлос