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 протерозойско -раннепалеозойский дунитовый перидотит верхней мантии , который неоднократно метаморфизировался в девоне, перми и мезозое.
Плотно сложенный серпентинит из Альп Тукса , Австрия . Вид крупным планом примерно 30 × 20 см (11,8 × 7,9 дюйма).

Серпентинит — это порода , состоящая преимущественно из одного или нескольких минералов группы серпентина , образовавшихся в результате почти полной серпентинизации основных и ультраосновных пород . Его название произошло от сходства текстуры камня с кожей змеи . [1] Серпентинит называли серпентином или змеевидной породой , особенно в старых геологических текстах и ​​в более широких культурных контекстах. [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 пропитаны водой, бедной углекислым газом . [8] Это происходит на срединно-океанических хребтах и ​​в преддуговой мантии зон субдукции . [9] [10]

В конечном минеральном составе серпентинита обычно преобладают лизардит , хризотил (два минерала серпентиновой подгруппы ) и магнетит ( Fe 3 O 4 ). Реже встречаются брусит ( Mg(OH) 2 ) и антигорит . Лизардит, хризотил и антигорит имеют приблизительно формулу Mg 3 (Si 2 O 5 )(OH) 4 или (Mg 2+ , Fe 2+ ) 3 Si 2 O 5 (OH) 4 , но различаются по второстепенным компонентам и по форма. [9] Акцессорные минералы, присутствующие в небольших количествах, включают аваруит , другие самородные металлические минералы и сульфидные минералы . [11]

Офиолит национального парка Грос-Морн , Ньюфаундленд . Для офиолитов характерен серпентинитовый компонент.

Производство водорода

Реакция серпентинизации , включающая превращение фаялита (Fe-концевого члена оливина ) водой в магнетит и кварц , также приводит к образованию молекулярного водорода H 2 в соответствии со следующей реакцией:

Эта реакция очень похожа на реакцию Шикорра, в которой также образуется газообразный водород путем окисления ионов Fe 2+ в ионы Fe 3+ протонами H + воды. Два H + затем восстанавливаются в H2 .  

В реакции Шикорра два H + восстанавливаются до H2 , образуясь из двух анионов OH- , которые затем превращаются в два оксидных аниона ( O2- ) , непосредственно включенных в кристаллическую решетку магнетита , в то время как избыточная вода высвобождается в результате реакции -продукт. 

Водород, образующийся в результате реакции серпентинизации, важен, поскольку он может стимулировать микробную активность в глубокой недрах. [ нужна цитата ]

Гидротермальные источники и грязевые вулканы

Шпиль из белого карбоната в гидротермальном поле Затерянного города.

Глубоководные гидротермальные источники , расположенные на серпентинитах вблизи оси срединно-океанических хребтов, в целом напоминают черных курильщиков , расположенных на базальте , но выделяют сложные молекулы углеводородов . Радужное поле Срединно-Атлантического хребта является примером таких гидротермальных источников. Сама по себе серпентинизация не может обеспечить теплоснабжение этих жерл, которое должно быть вызвано главным образом магматизмом . Однако гидротермальное поле Лост-Сити , расположенное у оси Срединно-Атлантического хребта, может быть вызвано исключительно теплом серпентинизации. Его вентиляционные отверстия не похожи на черных курильщиков: они выделяют относительно прохладные жидкости (от 40 до 75 ° C (от 104 до 167 ° F)), которые являются сильнощелочными , с высоким содержанием магния и низким содержанием сероводорода . Вентиляционные отверстия образуют очень большие дымоходы высотой до 60 метров (200 футов), состоящие из карбонатных минералов и брусита. С жерлами связаны пышные микробные сообщества . Хотя сами жерла не состоят из серпентинита, они заключены 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 серпентинита . [13] Однако геологи продолжают спорить о том, может ли одна только серпентинизация объяснить тепловой поток от поля Затерянного города. [12]

В преддуге зоны субдукции Марианских островов расположены крупные серпентинитовые грязевые вулканы , извергающие серпентинитовую грязь, поднимающуюся по разломам из нижележащей серпентинизированной мантии преддуги . Изучение этих грязевых вулканов дает представление о процессах субдукции, а жидкости с высоким pH , выбрасываемые вулканами, поддерживают микробное сообщество . [14] [10] Экспериментальное бурение габбро- слоя океанической коры вблизи срединно-океанических хребтов продемонстрировало наличие редкой популяции бактерий , разлагающих углеводороды . Они могут питаться углеводородами, образующимися в результате серпентинизации нижележащих ультраосновных пород . [15] [16]

Потенциальная «колыбель жизни»

Серпентинитовые термальные источники являются кандидатами на роль среды, 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, образующиеся при серпентинизации. [18]

Экология

Серпентинитовая экосистема на юге Новой Каледонии

Почвенный покров над серпентинитовой коренной породой обычно 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 мансаниты , приспособлены к жизни на обнажениях серпентинита . Однако, поскольку обнажения серпентинитов немногочисленны и изолированы, их растительные сообщества представляют собой экологические острова , и эти самобытные виды часто находятся под угрозой исчезновения. [20] С другой стороны, растительные сообщества, приспособленные к жизни на извилистых обнажениях Новой Каледонии, сопротивляются вытеснению интродуцированными видами , которые плохо адаптированы к этой среде. [21]

Серпентиновые почвы широко распространены на Земле, частично отражая распространение офиолитов и других серпентинсодержащих пород. [22] Обнажения серпентиновых почв имеются на Балканском полуострове , в Турции , на острове Кипр , в Альпах , на Кубе , в Новой Каледонии . В Северной Америке серпентиновые почвы также присутствуют на небольших, но широко распространенных участках на восточном склоне Аппалачей на востоке США, а также в Тихоокеанских хребтах Орегона и Калифорнии. [ нужна цитата ]

События

Известные проявления серпентинита обнаружены в Тетфорд-Майнс , Квебек ; Озеро Валгалла , Нью-Джерси ; Округ Хила, Аризона ; Комплекс Лизард , Лизард-Пойнт, Корнуолл ; и в населенных пунктах Греции, Италии и других частей Европы. [23] Известные офиолиты, содержащие серпентинит, включают офиолит Семаил в Омане , офиолит Троодос на Кипре , офиолиты Ньюфаундленда и главный офиолитовый пояс Новой Гвинеи . [24]

Использование

Декоративный камень в архитектуре и искусстве.

Чашки для питья, примеры обработки серпентинита из Цёблица в Рудных краях.

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 античным вердом ( форма брекчии серпентинита), исторически использовались в качестве декоративных камней из-за их мрамороподобных качеств. Например, зал колледжа Пенсильванского университета построен из змеевика. Популярными источниками в Европе до контакта с Америкой были горный регион Пьемонт в Италии и Ларисса в Греции . [26] Серпентиниты широко используются в декоративно-прикладном искусстве. Например, скалу обтачивали в Цёблице в Саксонии уже несколько сотен лет. [27]

Инуиты

Инуиты и другие коренные народы арктических районов и в меньшей степени южных районов использовали резную змеевидную чашеобразную лампу куллик или кудлик с фитилем для сжигания масла или жира для нагревания, освещения и приготовления пищи. Инуиты изготавливали инструменты, а в последнее время и вырезали изображения животных для торговли. [28]

Как печной камень

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

Нейтронный щит в ядерных реакторах

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 можно использовать в качестве сухого наполнителя внутри стальных рубашек некоторых конструкций ядерных реакторов . Например, в серии РБМК , как и в Чернобыле , он использовался для верхней радиационной защиты , чтобы защитить операторов от уходящих нейтронов. [30] Серпентин также можно добавлять в качестве заполнителя в специальный бетон, используемый в защите ядерных реакторов, чтобы увеличить плотность бетона (2,6 г/см 3 (0,094 фунта/куб. дюйм)) и его поперечное сечение захвата нейтронов . [31] [32]

секвестрация CO 2

Поскольку он легко поглощает углекислый газ , серпентинит может быть использован для улавливания углекислого газа из атмосферы . [33] Чтобы ускорить реакцию, серпентинит можно подвергнуть реакции с диоксидом углерода при повышенной температуре в реакторах карбонизации. Углекислый газ также может вступать в реакцию с щелочными шахтными отходами из серпентиновых месторождений или двуокись углерода можно закачивать непосредственно в подземные серпентинитовые формации. [34] Серпентинит также может использоваться в качестве источника магния в сочетании с электролитическими ячейками для очистки от CO 2 . [35]

Культурные ссылки

Это камень штата Калифорния , США, и Законодательное собрание Калифорнии определило, что змеевик был «официальным камнем штата и литологической эмблемой». [3] В 2010 году был внесен законопроект, который лишил бы серпентин особого статуса 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 мобилизуется в воздухе в виде пыли . [37] [ нужно обновить ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ↑ Шенхерр, Аллан А. (11 июля 2017 г.). Естественная история Калифорнии: второе издание. Университет Калифорнии Пресс. стр. 35–. ISBN 9780520295117. Проверено 6 мая 2017 г.
  2. ^ "Змеевик". Словарь Merriam-Webster.com . Мерриам-Вебстер . Проверено 6 марта 2022 г.
  3. ^ ab Кодекс правительства Калифорнии § 425.2; см. «Коды CA (Gov:420-429.8)». Архивировано из оригинала 28 июня 2009 года . Проверено 24 декабря 2009 г.
  4. ^ Окшотт, Великобритания (1968). «Диапировые структуры в хребте Диабло, Калифорния». Специальный том AAPG M8: Диапиризм и диапиры . 153 : 228–243.
  5. ^ Флетт, Дж. С. (1913). «Геология ящерицы». Труды Ассоциации геологов . 24 (3): 118–133. Бибкод : 1913PrGA...24..118F. дои : 10.1016/S0016-7878(13)80008-9.
  6. ^ Гонсалес-Мансера, Г.; Ортега-Гутьеррес, Ф.; Нава, Северная Каролина; Арриола, HS (2003). «Мессбауэровское исследование серпентиновых минералов в ультраосновном теле Теуитцинго, Южная Мексика». Сверхтонкие взаимодействия . 148 (1–4): 61–71. Бибкод : 2003HyInt.148...61G. doi :10.1023/B:HYPE.0000003765.32151.3b. S2CID  96761317.
  7. ↑ Халдар, Свапан Кумар (27 июля 2020 г.). Введение в минералогию и петрологию. Эльзевир Наука. ISBN 9780128205853. Проверено 20 ноября 2022 г.
  8. ^ Муди 1976, с. 136.
  9. ^ Аб Робертс, бакалавр; Проктор, Дж. (6 декабря 2012 г.). Экология территорий серпентинизированных пород: мировоззрение. Springer Science & Business Media. п. 8. ISBN 978-94-011-3722-5.
  10. ^ аб Альберс, Эльмар; Бах, Вольфганг; Перес-Гуссинье, Марта; Маккаммон, Кэтрин; Фредерикс, Томас (2021). «Производство H2, обусловленное серпентинизацией, от раскола континента до распространения срединно-океанического хребта: неожиданные высокие темпы на окраине Западной Иберии». Границы в науках о Земле . 9 : 487. Бибкод : 2021FrEaS...9..487A. дои : 10.3389/feart.2021.673063 . ISSN  2296-6463.
  11. ^ Муди, Джудит Б. (апрель 1976 г.). «Серпентинизация: обзор». Литос . 9 (2): 125–138. Бибкод : 1976Лито...9..125М. дои : 10.1016/0024-4937(76)90030-X.
  12. ^ аб Аллен, Дуглас Э.; Сейфрид, МЫ (март 2004 г.). «Серпентинизация и выделение тепла: ограничения гидротермальных систем Lost City и Rainbow 1 1 Ассоциированный редактор: JC Alt». Geochimica et Cosmochimica Acta . 68 (6): 1347–1354. дои : 10.1016/j.gca.2003.09.003.
  13. ^ Мевель, Катрин (сентябрь 2003 г.). «Серпентинизация абиссальных перидотитов срединно-океанических хребтов». Comptes Rendus Geoscience . 335 (10–11): 825–852. Бибкод : 2003CRGeo.335..825M. doi :10.1016/j.crte.2003.08.006.
  14. ^ аб Фрайер, Патрисия (15 января 2012 г.). «Серпентинитовый грязевой вулканизм: наблюдения, процессы и последствия». Ежегодный обзор морской науки . 4 (1): 345–373. Бибкод : 2012ARMS....4..345F. doi : 10.1146/annurev-marine-120710-100922. ISSN  1941-1405. ПМИД  22457979.
  15. ^ Мейсон, Оливия У.; Накагава, Тацунори; Рознер, 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». ПЛОС ОДИН . 5 (11): e15399. Бибкод : 2010PLoSO...515399M. дои : 10.1371/journal.pone.0015399 . ПМЦ 2974637 . ПМИД  21079766. 
  16. ↑ Маршалл, Майкл (17 ноября 2010 г.). «Жизнь обитает в самых глубоких слоях земной коры». Новый учёный . Проверено 3 декабря 2021 г.
  17. ^ Мартин, Уильям ; Рассел, Майкл Дж. (29 октября 2007 г.). «О происхождении биохимии щелочно-гидротермальных источников». Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 362 (1486): 1887–1926. дои : 10.1098/rstb.2006.1881. ПМЦ 2442388 . ПМИД  17255002. 
  18. ^ МакКоллом, ТМ; Зеевальд, Дж.С. (1 апреля 2013 г.). «Серпентиниты, водород и жизнь». Элементы . 9 (2): 129–134. CiteSeerX 10.1.1.852.2089 . doi :10.2113/gselements.9.2.129 . Проверено 5 сентября 2021 г. 
  19. ^ «Веб-сайт CVO - Серпентин и серпентинит». Архивировано 19 октября 2011 г. на Wayback Machine , Веб-сайт Геологии Геологии в парках Геологической службы США / NPS , сентябрь 2001 г., по состоянию на 27 февраля 2011 г.
  20. ^ "Серпентинит". Президио Сан-Франциско . Служба национальных парков . Проверено 3 сентября 2021 г.
  21. ^ "Флора Новой Каледонии - Премьерная вечеринка" . Futura-sciences.com . 18 августа 2004 года . Проверено 30 января 2013 г.
  22. ^ «6 Распределение змеевидной почвы и влияние на окружающую среду». Academic.oup.com . Проверено 20 ноября 2022 г.
  23. ^ Синканкас, Джон (1964). Минералогия для любителей . Принстон, Нью-Джерси: Ван Ностранд. стр. 149–480. ISBN 0442276249.
  24. ^ Филпоттс, Энтони Р.; Аг, Джей Дж. (2009). Основы магматической и метаморфической петрологии (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. п. 371. ИСБН 9780521880060.
  25. ^ Нессе, Уильям Д. (2000). Введение в минералогию . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. п. 239. ИСБН 9780195106916.
  26. ^ Ашерст, Джон. Даймс, Фрэнсис Г. Сохранение строительного и декоративного камня . Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн, 1990, с. 51.
  27. ^ Ева Мария Хойер: Sächsischer Serpentin: ein Stein und seine Verwendung . Издание Лейпциг , Лейпциг, 1996 г., стр. 20–22.
  28. ^ Керр, А.; Сквайрс, GC «Серпентиниты и связанные с ними типы горных пород возле Хопедейла, Нунациавут: потенциал для кустарных ресурсов резного камня» (PDF) . Отчет геологической разведки . Департамент природных ресурсов Ньюфаундленда и Лабрадора. 19 (1): 39–57 . Проверено 3 сентября 2021 г.
  29. ^ Талькозный сланец из кантона Вале. Томагс Бонни, (Geol. Mag., 1897, NS, [iv], 4, 110--116) аннотация
  30. ^ Литовский энергетический институт (28 мая 2011 г.). «Проектирование конструкций, компонентов, оборудования и систем». Справочник по Игналине . Архивировано из оригинала 9 октября 2011 года . Проверено 28 мая 2011 г.
  31. ^ Аминиан, А.; Нематоллахи, MR; Хаддад, К.; Мехдизаде, С. (3–8 июня 2007 г.). Определение параметров защиты различных типов бетонов методом Монте-Карло (PDF) . ICENES 2007: Международная конференция по новым ядерно-энергетическим системам. Сессия 12B: Радиационные эффекты. Стамбул, Турция. п. 7. Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 года . Проверено 28 мая 2011 г.
  32. ^ Абульфарадж, Валид Х.; 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. Бибкод : 1994RaPC...44..139A. дои : 10.1016/0969-806X(94)90120-1. ISSN  0969-806X.
  33. ^ Фарханг, Ф.; Оливер, ТК; Рэйсон, Миссисипи; Брент, главный врач; Моллой, Т.С.; Стокенхубер, М.; Кеннеди, EM (март 2019 г.). «Растворение серпентина, активируемого нагреванием, для секвестрации CO 2 : Эффект осаждения кремнезема при различных значениях температуры и pH». Журнал утилизации CO 2 . 30 : 123–129. дои : 10.1016/j.jcou.2019.01.009. S2CID  104424416.
  34. ^ Мощность, ИМ; Уилсон, ЮАР; Диппл, генеральный директор (1 апреля 2013 г.). «Серпентинитовая карбонизация для секвестрации CO 2 ». Элементы . 9 (2): 115–121. doi :10.2113/gselements.9.2.115.
  35. ^ Ли, Вэньчжи; Ли, Вэнь; Ли, Баоцин; Бай, Цзунцин (февраль 2009 г.). «Методы электролиза и предварительной термической обработки для стимулирования секвестрации CO 2 путем карбонизации минералов». Химические инженерные исследования и проектирование . 87 (2): 210–215. doi :10.1016/j.cherd.2008.08.001.
  36. ↑ Фимрите, Питер (16 июля 2010 г.). «Геологи протестуют против законопроекта об удалении государственного камня» . Хроники Сан-Франциско . Проверено 17 апреля 2018 г.
  37. ^ Фрэйзелл, Джули; Элкинс, Рэйчел; О'Гин, Энтони; Рейнольдс, Роберт; Мейерс, Джеймс. «Факты о серпентиновых камнях и асбестосодержащих почвах в Калифорнии» (PDF) . Каталог АНР . Отделение сельского хозяйства и природных ресурсов Калифорнийского университета . Проверено 17 апреля 2018 г.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с серпентинитом .