Serpentinite

Serpentiniteเป็นหินที่ประกอบด้วยแร่ธาตุกลุ่ม Serpentine หนึ่งตัวหรือมากกว่าชื่อที่มาจากความคล้ายคลึงกันของพื้นผิวของหินกับผิวของงู [1]แร่ในกลุ่มนี้ซึ่งเป็นที่อุดมไปด้วยแมกนีเซียมและน้ำแสงสีเขียวเข้มเป็นมันเยิ้มมองและความรู้สึกลื่นที่เกิดขึ้นโดยserpentinizationชุ่มชื้นและหินแปรการเปลี่ยนแปลงของultramaficหินของโลกเสื้อคลุม การเปลี่ยนแปลงแร่ธาตุมีความสำคัญอย่างยิ่งที่พื้นทะเลบริเวณขอบแผ่นเปลือกโลก [2]

ตัวอย่างหินเซอร์เพนติไนต์ ซึ่งประกอบเป็นไครโซไทล์บางส่วน จากสโลวาเกีย
หินรูปงูจาก หุบเขา Maurienne , Savoie, French Alps
ตัวอย่างพญานาคจาก เขตนันทนาการแห่งชาติโกลเดนเกตแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา
Chromitic serpentinite (7.9 ซม. (3.1 นิ้ว) ข้าม), จังหวัดสติเรีย , ออสเตรีย Protolithเป็น Proterozoic-Early Paleozoic upper mantle dunite peridotiteที่ได้รับการแปรสภาพเป็นทวีคูณในช่วง Devonian, Permian และ Mesozoic
คดเคี้ยวไปมาอย่างแน่นหนาจาก เทือกเขาทักซ์แอลป์ประเทศออสเตรีย ภาพระยะใกล้ประมาณ 30 ซม. × 20 ซม. (11.8 นิ้ว × 7.9 นิ้ว)

Serpentinization เป็นกระบวนการแปรสภาพทางธรณีวิทยาที่อุณหภูมิต่ำซึ่งเกี่ยวข้องกับความร้อนและน้ำซึ่งหินซิลิกา มาเฟียต่ำและหินอุลตรามาฟิกถูกออกซิไดซ์ (ออกซิเดชันแบบไม่ใช้ออกซิเจนของFe2+
โดยโปรตอนของน้ำที่นำไปสู่การก่อตัวของH
2
) และไฮโดรไลซ์กับน้ำให้เป็นเซอร์เพนทิไนต์ peridotiteรวมทั้งduniteที่อยู่ใกล้พื้นทะเลและในเข็มขัดภูเขาจะถูกแปลงเป็นงู , brucite , แม่เหล็กและแร่ธาตุอื่น ๆ - บางที่หายากเช่นawaruite ( Ni
3
เฟ
) และแม้กระทั่งพื้นเมืองเหล็ก ในกระบวนการนี้ น้ำปริมาณมากจะถูกดูดซึมเข้าสู่หินเพิ่มปริมาตร ลดความหนาแน่น และทำลายโครงสร้าง [3]

ความหนาแน่นเปลี่ยนจาก 3.3 เป็น 2.7 g/cm 3 (0.119 ถึง 0.098 lb/cu in) โดยมีปริมาตรเพิ่มขึ้นตามลำดับ 30-40% ปฏิกิริยาเป็นอย่างสูงที่คายความร้อนและอุณหภูมิหินสามารถยกได้โดยประมาณ 260 ° C (500 ° F) [3]ให้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับการก่อตัวของที่ไม่ใช่ภูเขาไฟhydrothermal ระบาย ปฏิกิริยาเคมี magnetite ขึ้นรูปผลิตก๊าซไฮโดรเจนภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจนแลกเปลี่ยนลึกลงไปในเสื้อคลุมไกลจากชั้นบรรยากาศของโลก คาร์บอเนตและซัลเฟตจะลดลงภายหลังจากไฮโดรเจนและรูปแบบก๊าซมีเทนและก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ ไฮโดรเจนมีเทนและไฮโดรเจนซัลไฟด์ให้แหล่งพลังงานสำหรับทะเลลึกchemotroph จุลินทรีย์ [3]

การก่อตัวของงู

Serpentinite สามารถเกิดขึ้นได้จากโอลิวีนผ่านปฏิกิริยาหลายอย่าง Olivine เป็นวิธีการแก้ปัญหาที่เป็นของแข็งของforsteriteที่แมกนีเซียม -endmember และfayaliteที่เหล็ก -endmember

Forsterite3 มก
2
SiO
4
+ ซิลิคอนไดออกไซด์SiO
2
+ 4 H
2
O
กลับกลอก2 มก
3
ซิ
2
โอ
5
(โอไฮโอ)
4

 

 

 

 

( ปฏิกิริยา 1b )

Forsterite2 มก
2
SiO
4
+ น้ำ3 H
2
โอ
กลับกลอกมก
3
ซิ
2
โอ
5
(โอไฮโอ)
4
+ bruciteมก.(OH)
2

 

 

 

 

( ปฏิกิริยา 1c )

ปฏิกิริยา 1c อธิบายความชุ่มชื้นของโอลิวีนเพื่อให้เกิดงูและMg(OH)
2
( บรูไซท์ ). [4] Serpentine มีความคงตัวที่ pH สูงในที่ที่มีบรูไซต์เช่นแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรต ( CSH ) เกิดขึ้นพร้อมกับพอร์ตแลนด์ไดต์ ( Ca(OH)
2
) ในปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ชุบแข็งหลังจากให้ความชุ่มชื้นของเบไลต์ ( Ca
2
SiO
4
) แคลเซียมเทียมเทียบเท่าฟอร์สเทอไรท์

ความคล้ายคลึงของปฏิกิริยา 1c กับเบไลท์ไฮเดรชั่นในปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ธรรมดา:

เบลิต2 Ca
2
SiO
4
+ น้ำ4 H
2
โอ
CSH เฟส3 CaO · 2 SiO
2
· 3 H
2
โอ
+ portlanditeแคลิฟอร์เนีย(OH)
2

 

 

 

 

( ปฏิกิริยา 1d )

หลังจากเกิดปฏิกิริยา ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาที่ละลายได้ไม่ดี ( ซิลิกาในน้ำหรือไอออนของแมกนีเซียมที่ ละลายน้ำ) สามารถขนส่งในสารละลายออกจากโซนกลับกลอกได้โดยการแพร่หรือการเคลื่อนตัว

ปฏิกิริยาที่คล้ายคลึงกันเกี่ยวข้องกับแร่ธาตุกลุ่มไพร็อกซีนแม้ว่าจะน้อยกว่าและมีความยุ่งยากในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเพิ่มเติมเนื่องจากส่วนผสมที่กว้างกว่าของส่วนผสมของไพรอกซีนและไพรอกซีน-โอลิวีน แป้งและ magnesian chloriteเป็นผลิตภัณฑ์ที่เป็นไปได้ร่วมกับแร่ธาตุที่คดเคี้ยวantigorite , lizarditeและเท็จ แร่วิทยาขั้นสุดท้ายขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของหินและของเหลว อุณหภูมิ และความดัน แอนติโกไรต์ก่อตัวในปฏิกิริยาที่อุณหภูมิเกิน 600 °C (1,112 °F) ในระหว่างการแปรสภาพ และเป็นแร่กลุ่มคดเคี้ยวที่อุณหภูมิสูงสุด จิ้งจกและไครโซไทล์สามารถก่อตัวได้ที่อุณหภูมิต่ำมากใกล้กับพื้นผิวโลก ของเหลวที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของเซอร์เพนทิไนต์มักมีปฏิกิริยาสูงและอาจขนส่งแคลเซียมและองค์ประกอบอื่น ๆ เข้าไปในหินโดยรอบ ปฏิกิริยาของเหลวที่มีโขดหินเหล่านี้อาจสร้างmetasomaticโซนปฏิกิริยาอุดมไปด้วยแคลเซียมและเรียกrodingites

ในที่ที่มีคาร์บอนไดออกไซด์อยู่ การกลับกลอกของสารอาจก่อให้เกิดแมกนีไซต์อย่างใดอย่างหนึ่ง ( MgCO
3
) หรือสร้างมีเทน ( CH
4
). คิดว่าก๊าซไฮโดรคาร์บอนบางชนิดอาจเกิดจากปฏิกิริยาเซอร์เพนติไนต์ภายในเปลือกโลกในมหาสมุทร

โอลิวีน(เฟ, มก.)
2
SiO
4
+ น้ำ ·
โฮ
2
โอ
+ คาร์บอนไดออกไซด์CO
2
กลับกลอกมก
3
ซิ
2
โอ
5
(โอไฮโอ)
4
+ แมกนีไทต์เฟ
3
โอ
4
+ มีเทนCH
4

 

 

 

 

( ปฏิกิริยา 2a )

หรือในรูปแบบที่สมดุล: [5]

18 มก
2
SiO
4
+ 6 เฟ
2
SiO
4
+ 26 H
2
O
+ CO
2
→ 12 มก.
3
ซิ
2
โอ
5
(โอไฮโอ)
4
+ 4 เฟ
3
โอ
4
+ CH
4

 

 

 

 

( ปฏิกิริยา 2a )

โอลิวีน(เฟ, มก.)
2
SiO
4
+ น้ำ ·
โฮ
2
โอ
+ คาร์บอนไดออกไซด์CO
2
กลับกลอกมก
3
ซิ
2
โอ
5
(โอไฮโอ)
4
+ แมกนีไทต์เฟ
3
โอ
4
+ แมกนีเซียมMgCO
3
+ ซิลิกาSiO
2

 

 

 

 

( ปฏิกิริยา 2b )

ปฏิกิริยา 2a เป็นที่นิยมถ้าเซอร์เพนทิไนต์มีระดับ Mg ไม่ดีหรือถ้าไม่มีคาร์บอนไดออกไซด์เพียงพอที่จะส่งเสริมการก่อตัวของแป้งโรยตัว ปฏิกิริยา 2b เป็นที่นิยมในองค์ประกอบที่มีแมกนีเซียมสูงและความดันบางส่วนต่ำของคาร์บอนไดออกไซด์

ระดับที่มวลของหิน ultramafic ผ่าน serpentinisation ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบร็อคเริ่มต้นและหรือไม่ว่าของเหลวขนส่งแคลเซียม , แมกนีเซียมและองค์ประกอบอื่น ๆ ออกไปในระหว่างกระบวนการ หากองค์ประกอบของโอลิวีนมีฟายาไลท์เพียงพอ โอลีวีนและน้ำสามารถแปรสภาพเป็นเซอร์เพนไทน์และแมกนีไทต์ได้อย่างสมบูรณ์ในระบบปิด ในหินอุลตรามาฟิกส่วนใหญ่ที่เกิดขึ้นในเสื้อคลุมของโลกโอลิวีนนั้นมีองค์ประกอบฟอร์สเตอร์ไรต์ประมาณ 90% และเพื่อให้โอลีวีนนั้นทำปฏิกิริยากับงูได้อย่างสมบูรณ์ แมกนีเซียมจะต้องถูกลำเลียงออกจากปริมาตรที่ทำปฏิกิริยา

การกลับกลอกของมวลของเพอริโดไทต์มักจะทำลายหลักฐานที่เป็นเนื้อสัมผัสก่อนหน้านี้ทั้งหมด เนื่องจากแร่ธาตุที่คดเคี้ยวนั้นอ่อนแอและประพฤติตัวในลักษณะที่เหนียวมาก อย่างไรก็ตาม เซอร์เพนทิไนต์จำนวนมากมีรูปร่างผิดปกติน้อยกว่า โดยสังเกตได้จากการรักษาพื้นผิวที่สืบทอดมาจากเพอริโดไทต์อย่างชัดเจน และเซอร์เพนทิไนต์อาจมีพฤติกรรมที่เข้มงวด

การผลิตไฮโดรเจนโดยการออกซิเดชันแบบไม่ใช้ออกซิเจนของไอออนฟายาไลท์

กลับกลอกเป็นผลผลิตของปฏิกิริยาระหว่างน้ำกับเหล็กของฟายาไลท์ ( Fe2+
) ไอออน กระบวนการนี้น่าสนใจเพราะสร้างก๊าซไฮโดรเจน: [6] [7]

ฟายาไลท์3 เฟ
2
SiO
4
+ น้ำ2 H
2
โอ
แมกนีไทต์2 เฟ
3
โอ
4
+ ซิลิคอนไดออกไซด์3 SiO
2
+ ไฮโดรเจน2 H
2

 

 

 

 

( ปฏิกิริยา 1a )

ปฏิกิริยาสามารถดูแบบง่าย ๆ ดังนี้: [5] [8]

6 เฟ (OH)
2
เหล็กไฮดรอกไซด์
2 เฟ
3
โอ
4
แมกนีไทต์
+ 4 H
2
โอ
น้ำ
+ 2 H
2
ไฮโดรเจน

 

 

 

 

( ปฏิกิริยา 3e )

ปฏิกิริยานี้คล้ายกับปฏิกิริยาSchikorr ที่พบในการออกซิเดชันแบบไม่ใช้ออกซิเจนของเฟอร์รัสไฮดรอกไซด์เมื่อสัมผัสกับน้ำ

การผลิตก๊าซมีเทนจากนอกโลกโดยการเซอร์เพนทิไนเซชัน

การปรากฏตัวของมีเทนในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารได้รับการสันนิษฐานว่าเป็นหลักฐานที่เป็นไปได้สำหรับสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคารหากก๊าซมีเทนเกิดจากกิจกรรมของแบคทีเรีย งูได้รับการเสนอให้เป็นแหล่งอื่นที่ไม่ใช่ทางชีววิทยาสำหรับร่องรอยของก๊าซมีเทนที่สังเกตพบ [9] [10]

การใช้ข้อมูลจากยานสำรวจCassini ที่ได้รับในปี 2010–12 นักวิทยาศาสตร์สามารถยืนยันได้ว่าดวงจันทร์เอนเซลาดัสของดาวเสาร์น่าจะมีมหาสมุทรน้ำที่เป็นของเหลวอยู่ใต้พื้นผิวที่เป็นน้ำแข็ง แบบจำลองแนะนำว่ามหาสมุทรบนเอนเซลาดัสมีค่า pH เป็นด่าง 11–12 [11]ค่า pH สูงถูกตีความว่าเป็นผลลัพธ์ที่สำคัญของการกลับกลอกของหิน chondriticที่นำไปสู่การสร้างH
2
ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานธรณีเคมีที่สามารถรองรับการสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์ทั้งแบบไม่มีชีวิตและทางชีววิทยา [11] [12]