Серпентинит
Серпентинит — это метаморфическая порода, состоящая преимущественно из одного или нескольких группы серпентина, минералов 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
[ редактировать ]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 окончательном минеральном составе серпентинита обычно преобладают лизардит , хризотил (два минерала подгруппы серпентинов ) и магнетит ( Fe 3 O 4 ). Брусит ( Mg(OH) 2 ) и антигорит Реже встречаются . Лизардит, хризотил и антигорит имеют примерно формулу Mg 3 (Si 2 O 5 )(OH) 4 или (мг 2+ , Фе 2+ ) 3 Si 2 O 5 (OH) 4 , но различаются минорными компонентами и формой. [ 9 ] Акцессорные минералы, присутствующие в небольших количествах, включают аваруит , другие самородные металлические минералы и сульфидные минералы . [ 11 ]
Производство водорода
[ редактировать ]Реакция серпентинизации, включающая превращение фаялита (Fe-концевой член оливина ) под действием воды в магнетит и кварц, также приводит к образованию молекулярного водорода. H 2 по следующей реакции:
Эта реакция очень напоминает реакцию Шикорра, в которой также образуется газообразный водород путем окисления Fe. 2+ ионы в Fe 3+ ионов протонами H + воды. Два Н + затем сводятся к Н 2 .
В реакции Шикорра два H + сведено к H 2 это из двух ОЙ − анионы , затем превращающиеся в два оксидных аниона ( ТО 2− магнетита ) непосредственно внедряется в кристаллическую решетку , а избыток воды высвобождается как побочный продукт реакции.
Водород, образующийся в результате реакции серпентинизации, важен, поскольку он может стимулировать микробную активность в глубокой недрах. [ нужна ссылка ]
Гидротермальные источники и грязевые вулканы
[ редактировать ]Глубоководные гидротермальные жерла, расположенные на серпентинитах вблизи оси срединно-океанических хребтов, в целом напоминают черных курильщиков , расположенных на базальте , но выделяют сложные углеводородов молекулы . 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. пышные микробные сообщества С жерлами связаны . 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 серпентинита на срединно-океанических хребтах могли образоваться в результате гидротермальной активности . [ 13 ] Однако геологи продолжают спорить о том, может ли одна только серпентинизация объяснить тепловой поток от поля Затерянного города. [ 12 ]
зоны В преддуге субдукции островов Марианских 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 разлагающих углеводороды бактерий, . Они могут питаться углеводородами, образующимися в результате серпентинизации нижележащих ультраосновных пород . [ 15 ] [ 16 ]
Потенциальная «колыбель жизни»
[ редактировать ]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, активирующие многие ферменты, напоминают сульфидные минералы, образующиеся при серпентинизации. [ 18 ]
Экология
[ редактировать ]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 , плохо приспособленными к этой среде. [ 21 ]
Серпентиновые почвы широко распространены на Земле, частично отражая распространение офиолитов и других серпентинсодержащих пород. [ 22 ] Выходы 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 ссылка ]
События
[ редактировать ]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
[ редактировать ]Декоративный камень в архитектуре и искусстве.
[ редактировать ]Минералы группы серпентина имеют твердость по шкале Мооса от 2,5 до 3,5, поэтому серпентинит легко режется . [ 25 ] Серпентинит с более высоким содержанием кальцита , а также верд антик ( брекчиевая форма серпентинита) исторически использовались в качестве декоративных камней из-за их мрамороподобных качеств. зал колледжа построен Пенсильванского университета Например, 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
[ редактировать ]Инуиты в форме и другие коренные народы арктических районов и в меньшей степени южных районов использовали резную змеевидную лампу куллик или кудлик чаши 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 ]
-
Магнитный змеевик морж
-
Старейшина инуитов ухаживает за Кулликом, церемониальной масляной лампой из серпентинита.
Как печной камень
[ редактировать ]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
[ редактировать ]Серпентинит имеет значительное количество связанной воды , следовательно, он содержит большое количество атомов водорода, способных замедлять нейтроны за счет упругого столкновения ( термализации процесс 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, для увеличения плотности бетона (2,6 г/см3). 3 (0,094 фунта/куб. дюйм)) и его захвата нейтронов сечение . [ 31 ] [ 32 ]
CO 2 секвестрация
[ редактировать ]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 со щелочными шахтными отходами из серпентинитовых месторождений, или углекислый газ 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
[ редактировать ]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 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 мобилизуется в воздухе в виде пыли . [ 37 ] [ нужно обновить ]
См. также
[ редактировать ]- Водородный цикл - Обмен водородом между живым и неживым миром.
- Нефрит – разновидность нефрита.
- Мыльный камень - метаморфическая порода, содержащая тальк.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Шенхерр, Аллан А. (11 июля 2017 г.). Естественная история Калифорнии: второе издание . Университет Калифорнии Пресс. стр. 35–. ISBN 9780520295117 . Проверено 6 мая 2017 г.
- ^ «серпантин» . Словарь Merriam-Webster.com . Мерриам-Вебстер . Проверено 6 марта 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б Кодекс правительства Калифорнии § 425.2; видеть «Коды CA (Gov:420-429.8)» . Архивировано из оригинала 28 июня 2009 года . Проверено 24 декабря 2009 г.
- ^ Окшотт, Великобритания (1968). «Диапировые структуры в хребте Диабло, Калифорния» . Специальный том AAPG M8: Диапиризм и диапиры . 153 : 228–243.
- ^ Флетт, Дж. С. (1913). «Геология ящерицы» . Труды Ассоциации геологов . 24 (3): 118–133. Бибкод : 1913ПрГА...24..118Ф . дои : 10.1016/S0016-7878(13)80008-9 .
- ^ 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 .
- ^ Халдар, Свапан Кумар (27 июля 2020 г.). Введение в минералогию и петрологию . Эльзевир Наука. ISBN 9780128205853 . Проверено 20 ноября 2022 г.
- ^ Муди 1976 , с. 136.
- ^ Перейти обратно: а б 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 .
- ^ Перейти обратно: а б 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 .
- ^ 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 .
- ^ Перейти обратно: а б 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 .
- ^ Мевель, Катрин (сентябрь 2003 г.). «Серпентинизация абиссальных перидотитов срединно-океанических хребтов» . Comptes Rendus Geoscience . 335 (10–11): 825–852. Бибкод : 2003CRGeo.335..825M . дои : 10.1016/j.crte.2003.08.006 .
- ^ Перейти обратно: а б 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 .
- ^ 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 .
- ^ Маршалл, Майкл (17 ноября 2010 г.). «Жизнь обитает в самых глубоких слоях земной коры» . Новый учёный . Проверено 3 декабря 2021 г.
- ^ Мартин, Уильям ; Рассел, Майкл Дж. (29 октября 2007 г.). «О происхождении биохимии на щелочно-гидротермальном источнике» . Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 362 (1486): 1887–1926. дои : 10.1098/rstb.2006.1881 . ПМЦ 2442388 . ПМИД 17255002 .
- ^ Макколлом, ТМ; Зеевальд, Дж.С. (1 апреля 2013 г.). «Серпентиниты, водород и жизнь» . Элементы . 9 (2): 129–134. Бибкод : 2013Элеме...9..129М . CiteSeerX 10.1.1.852.2089 . дои : 10.2113/gselements.9.2.129 . Проверено 5 сентября 2021 г.
- ^ «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.
- ^ «Серпентинит» . Президио Сан-Франциско . Служба национальных парков . Проверено 3 сентября 2021 г.
- ^ «Флора Новой Каледонии – Часть первая» . Futura-sciences.com . 18 августа 2004 года . Проверено 30 января 2013 г.
- ^ «6 Распределение змеевидных почв и влияние на окружающую среду» . Academic.oup.com . Проверено 20 ноября 2022 г.
- ^ Синканкас, Джон (1964). Минералогия для любителей . Принстон, Нью-Джерси: Ван Ностранд. стр. 149–480. ISBN 0442276249 .
- ^ Филпоттс, Энтони Р.; Аг, Джей Дж. (2009). Основы магматической и метаморфической петрологии (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. п. 371. ИСБН 9780521880060 .
- ^ Нессе, Уильям Д. (2000). Введение в минералогию . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. п. 239. ИСБН 9780195106916 .
- ^ Ашерст, Джон. Даймс, Фрэнсис Г. Сохранение строительного и декоративного камня . Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн, 1990, с. 51.
- ^ Ева Мария Хойер: Саксонский змеевик: камень и его использование . Издание Лейпциг , Лейпциг, 1996 г., стр. 20–22.
- ^ 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 . 19 (1). Департамент природных ресурсов Ньюфаундленда и Лабрадора: 39–57 . Проверено 3 сентября 2021 г.
- ^ Талькозный сланец из кантона Вале. Томагс Бонни, (Geol. Mag., 1897, NS, [iv], 4, 110--116) аннотация
- ^ 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.
- ^ Аминян, 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.
- ^ Абульфараж, 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 .
- ^ 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 CO 2 утилизации . 30 : 123–129. дои : 10.1016/j.jcou.2019.01.009 . S2CID 104424416 .
- ^ Мощность, ИМ; Уилсон, ЮАР; Диппл, генеральный директор (1 апреля 2013 г.). «Серпентинитовая карбонизация для секвестрации CO 2 ». Элементы . 9 (2): 115–121. Бибкод : 2013Элеме...9..115П . дои : 10.2113/gselements.9.2.115 .
- ^ 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. Бибкод : 2009CERD...87..210L . дои : 10.1016/j.cherd.2008.08.001 .
- ^ Фимрите, Питер (16 июля 2010 г.). «Геологи протестуют против законопроекта об удалении государственного камня» . Хроники Сан-Франциско . Проверено 17 апреля 2018 г.
- ^ 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
[ редактировать ]- [1] Гидротермальное поле Затерянного города, Срединно-Атлантический хребет : серпентинизация, движущая сила системы.
- Богатые H 2 жидкости в результате серпентинизации: геохимические и биотические последствия : Труды Национальной академии наук .