Hadí - Serpentinite




Hadí je Skála složený z jednoho nebo více hadí skupina minerály, název pocházející z podobnosti struktury horniny s podobou hadí kůže.[1] Minerály v této skupině, které jsou bohaté na hořčík a vodu, světle až tmavě zelené, mastně vypadající a kluzké, jsou tvořeny serpentinizace, hydratace a metamorfický transformace ultramafický skála ze Země plášť. The minerální úprava je obzvláště důležité na mořské dno v tektonická deska hranice.[2]
Formace a petrologie
Serpentinizace je geologická nízkoteplotní metamorfický proces zahrnující teplo a vodu, ve kterémoxid křemičitý mafic a ultramafický kameny jsou oxidovaný (anaerobní oxidace Fe2+ protony vody vedoucí k tvorbě H2) a hydrolyzovaný s vodou na hadovité. Peridotit, počítaje v to dunite, na mořském dně a v jeho blízkosti a v horských pásech se převede na hadí, brucit, magnetit a další minerály - některé vzácné, např awaruite (Ni3Fe), a dokonce i nativní žehlička. Při tomto procesu se do horniny absorbuje velké množství vody, což zvyšuje její objem, snižuje hustotu a ničí strukturu.[3]
Hustota se mění z 3,3 na 2,7 g / cm3 se současným nárůstem objemu řádově o 30-40%. Reakce je velmi silná exotermické a teploty hornin lze zvýšit asi o 260 ° C (500 ° F),[3] poskytnutí zdroje energie pro tvorbu nevulkanické hydrotermální průduchy. Produkují se magnetické chemické reakce vodík plyn za anaerobních podmínek převládajících hluboko v plášť, daleko od Atmosféra Země. Uhličitany a sulfáty se následně redukují vodíkem a tvoří se metan a sirovodík. Vodík, metan a sirovodík poskytují zdroje energie pro hlubinné moře chemotrof mikroorganismy.[3]
Vznik serpentinitu
Serpentinit se může tvořit z olivín prostřednictvím několika reakcí. Olivín je pevný roztok z forsterit, hořčík - člen, a fayalit, žehlička - člen.
- + + 4 H2O →
(Reakce 1b)
- + → +
(Reakce 1c)
Reakce 1c popisuje hydrataci olivinu za vzniku serpentinu a Mg (OH)2 (brucit ).[4] Hadec je stabilní při vysokém pH v přítomnosti brucitu, jako je hydrát křemičitanu vápenatého, (C-S-H ) fáze tvořené spolu s portlandit (Ca (OH)2) v tvrzeném Portlandu cement pasta po hydrataci belite (Ca2SiO4), umělý ekvivalent vápníku forsteritu.
Analogie reakce 1c s hydratací belitu v běžném portlandském cementu:
- + → +
(Reakce 1d)
Po reakci jsou špatně rozpustné reakční produkty (vodný oxid křemičitý nebo rozpuštěné hořčík ionty ) lze v roztoku transportovat z hadovité zóny pomocí difúze nebo advekce.
Podobná sada reakcí zahrnuje pyroxen -skupinové minerály, i když méně snadno a s komplikací dalších konečných produktů díky širšímu složení pyroxenu a směsí pyroxen-olivin. Mastek a magnézský chloritan spolu s hadovitými minerály jsou možné produkty antigorit, ještěrka, a chryzotil. Konečná mineralogie závisí jak na složení hornin, tak na tekutinách, teplotě a tlaku. Antigorit se tvoří v reakcích při teplotách, které mohou během metamorfózy přesáhnout 600 ° C (1112 ° F), a je to hadí skupina minerální stabilní při nejvyšších teplotách. Ještěrka a chryzotil se mohou tvořit při nízkých teplotách velmi blízko zemského povrchu. Tekutiny podílející se na tvorbě serpentinitu jsou obvykle vysoce reaktivní a mohou se transportovat vápník a další prvky do okolních hornin; může dojít k tekuté reakci s těmito horninami metasomatický reakční zóny obohacené vápníkem a volané rodingity.
V přítomnosti oxidu uhličitého však může serpentinitizace tvořit buď magnezit (MgCO3) nebo generovat metan (CH4). Předpokládá se, že některé uhlovodíkové plyny mohou být produkovány hadovitými reakcemi v oceánské kůře.
- + + → + +
(Reakce 2a)
nebo ve vyvážené formě:[5]
- 18 Mg2SiO4 + 6 Fe2SiO4 + 26 hodin2O + CO2 → 12 Mg3Si2Ó5(ACH)4 + 4 Fe3Ó4 + CH4
(Reakce 2a ')
- + + → + + +
(Reakce 2b)
Reakce 2a je upřednostňována, pokud je serpentinit chudý na Mg nebo pokud není dostatek oxidu uhličitého k podpoře mastek formace. Reakce 2b je upřednostňována ve vysoce hořčíkových kompozicích a při nízkém parciálním tlaku oxidu uhličitého.
Míra, do jaké je hmota ultramafické horniny podrobena serpentinizaci, závisí na výchozím složení horniny a na tom, zda je či není transport tekutin vápník, hořčík a další prvky během procesu. Pokud olivínová kompozice obsahuje dostatečné množství fayalitu, může se olivín plus voda v uzavřeném systému zcela proměnit na hadovité a magnetitové. Ve většině ultramafických hornin vznikajících v Zemský plášť olivin je však asi 90% forsteritového konce a aby tento olivín zcela reagoval na serpentin, musí být hořčík transportován z reakčního objemu.
Serpentinitizace masy peridotitu obvykle ničí všechny předchozí texturní důkazy, protože hadovité minerály jsou slabé a chovají se velmi tažně. Některé masy serpentinitu jsou však méně silně deformovány, o čemž svědčí zjevné zachování textury zděděné od peridotitů a hadi se mohli chovat přísně.
Produkce vodíku anaerobní oxidací fayalitových železných iontů
Serpentin je produktem reakce mezi vodou a železem fayalitu (Fe2+) ionty. Tento proces je zajímavý, protože generuje plynný vodík:[6][7]
- + → + +
(Reakce 1a)
Na reakci lze zjednodušeně pohlížet následovně:[5][8]
- → + +
(Reakce 3e)
Tato reakce připomíná Schikorrova reakce pozorováno při anaerobní oxidaci hydroxid železnatý při kontaktu s vodou.
Mimozemská produkce metanu serpentinizací
Přítomnost stop metan v atmosféře Marsu byla předpokládána jako možný důkaz pro život na Marsu pokud byl metan vyroben bakteriální aktivita. Jako alternativní nebiologický zdroj pro pozorované stopy metanu byla navržena serpentinizace.[9][10]
Pomocí údajů z Cassini Díky průletům sondy získaných v letech 2010–12 byli vědci schopni potvrdit, že Saturnův měsíc Enceladus pravděpodobně má pod zamrzlou hladinou oceán kapalné vody. Model naznačuje, že oceán na Enceladu má zásaditý obsah pH z 11. – 12.[11] Vysoké pH je interpretováno jako klíčový důsledek serpentinizace chondritická hornina, což vede ke generování H2, geochemický zdroj energie, který může podporovat abiotickou i biologickou syntézu organických molekul.[11][12]
Dopad na zemědělství
Pokrytí půdy nad serpentinitovým podložím bývá tenké nebo chybí. Půda s serpentinem je chudá na vápník a další hlavní rostlinné živiny, ale je bohatá na prvky toxické pro rostliny, jako je chrom a nikl.[13]
Použití
Dekorativní kámen v architektuře
Stupně serpentinitu vyšší v kalcitu spolu s verd starožitný (brekcie forma hada), se historicky používají jako dekorativní kameny pro své vlastnosti podobné mramoru. College Hall na University of Pennsylvania, například, je konstruován ze serpentinu. Populární zdroje v Evropě před kontaktem s Amerikou byly hornaté Piemont region Itálie a Itálie Larissa, Řecko.[14]
Carvingstone nástroje, olejová lampa známá jako socha Qulliq a Inuit
Inuité a domorodí obyvatelé arktických oblastí a méně jižních oblastí používali vyřezávaný hadovitý hadovitý Qulliq nebo Kudlik lampa s knotem, aby se spaloval olej nebo tuk, aby se zahřál, rozsvítila se a vařila Inuité vyráběli nástroje a v nedávné době i řezbářské práce pro zvířata.
Magnetický hadí mrož
Inuit Starší pečuje o Qulliq, ceremoniální olejovou lampu vyrobenou z hada.
Švýcarský kamen
Různé chloritan mastek břidlice spojený s alpínským hadím se nachází v Val d'Anniviers, Švýcarsko a byl používán k výrobě "kamenů" (Ger. Ofenstein), vyřezávaný kamenný podstavec pod litinovou kamnou.[15]
Neutronový štít v jaderných reaktorech
Serpentinit má značné množství vázaná voda, proto obsahuje hojné vodík atomy schopné zpomalit neutrony podle elastická kolize (neutron termalizace proces). Z tohoto důvodu lze serpentinit použít jako suché plnivo uvnitř ocel bundy v některých provedeních jaderné reaktory. Například v RBMK série to bylo používáno pro top radiační stínění chránit operátory před únikem neutronů.[16] Serpentin lze také přidat jako agregát speciální beton používá se ve stínění jaderných reaktorů ke zvýšení hustoty betonu (2,6 g / cm3) a jeho zachycení neutronů průřez.[17][18]
Kulturní odkazy
Je to státní skála Kalifornie USA a kalifornská legislativa upřesnily, že hadec je „oficiálním státním rockem a litologickým znakem“.[19] V roce 2010 byl představen návrh zákona, který by odstranil zvláštní postavení hada jako státní horniny kvůli tomu, že potenciálně obsahuje chrysotilový azbest.[20] Návrh zákona narazil na odpor některých kalifornských geologů, kteří poznamenali, že přítomný chrysotil není nebezpečný, pokud není mobilizován ve vzduchu jako prach.[21]
Viz také
- Usazování uhlíku - Zachycení a dlouhodobé skladování atmosférického oxidu uhličitého
- Cement chemická notace, také užitečné pro silikátové a oxidové reakce v mineralogii
- Dehydratace chrysotilu - Nejčastěji se vyskytující forma azbestu
- Běžný redox minerální pufr - FMQ: fayalit-magnetit-křemen
- Geologie ještěrského poloostrova
- Hydratace belitu v cementu (analogicky k hydrataci forsteritu)
- Ztracené město hydrotermální pole - Hydrotermální pole ve středoatlantickém oceánu
- Nefrit - Různé nefrit
- Schikorrova reakce, zahrnující také tvorbu magnetitu a vodíku velmi podobným mechanismem
- Hadovitá půda - Půdní typ, půda získaná z hadovitých minerálů
- Hadovitá podskupina - Minerály nalezené v hadovitých horninách, hlavních minerálech obsahujících hadovitý kámen
- Mastek
- Karbonát mastku
- Vodíkový cyklus
Reference
- ^ Schoenherr, Allan A. (11. července 2017). Přirozená historie Kalifornie: Druhé vydání. Univ of California Press. str. 35–. ISBN 9780520295117. Citováno 6. května 2017.
- ^ "Hadí definice". Slovník geologie. Citováno 23. října 2018.
- ^ A b C Serpentinizace: Tepelný motor ve Ztraceném městě a houba oceánské kůry
- ^ Coleman, Robert G. (1977). Ofiolity. Springer-Verlag. 100–101. ISBN 978-3540082767.
- ^ A b Russell, M. J .; Hall, A. J .; Martin, W. (2010). "Serpentinizace jako zdroj energie na počátku života". Geobiologie. 8 (5): 355–371. doi:10.1111 / j.1472-4669.2010.00249.x. PMID 20572872.
- ^ „Tvorba metanu a vodíku z hornin - zdroje energie pro život“. Citováno 6. listopadu 2011.
- ^ Sleep, N.H .; A. Meibom, Th. Fridriksson, R.G. Coleman, D.K. Bird (2004). „H2-bohaté tekutiny ze serpentinizace: Geochemické a biotické důsledky ". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 101 (35): 12818–12823. Bibcode:2004PNAS..10112818S. doi:10.1073 / pnas.0405289101. PMC 516479. PMID 15326313.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
- ^ Schrenk, M. O .; Brazelton, W. J .; Lang, S. Q. (2013). "Serpentinizace, uhlík a hluboký život". Recenze v mineralogii a geochemii. 75 (1): 575–606. Bibcode:2013RvMG ... 75..575S. doi:10,2138 / rmg.2013.75.18.
- ^ Baucom, Martin (březen – duben 2006). "Život na Marsu?". Americký vědec. 94 (2): 119–120. doi:10.1511/2006.58.119. JSTOR 27858733.
- ^ esa. „Tajemství metanu“. Evropská kosmická agentura. Citováno 22. dubna 2019.
- ^ A b R. Glein, Christopher; Baross, John A .; Waite, Hunter (16. dubna 2015). "PH oceánu Enceladus". Geochimica et Cosmochimica Acta. 162: 202–219. arXiv:1502.01946. Bibcode:2015GeCoA.162..202G. doi:10.1016 / j.gca.2015.04.017. S2CID 119262254.
- ^ Wall, Mike (7. května 2015). „Oceán na Saturnu Měsíc Enceladus může mít potenciální zdroj energie na podporu života“. ProfoundSpace.org. Citováno 8. května 2015.
- ^ „Web CVO - hadí a hadí“ Archivováno 19. října 2011 v Wayback Machine, USGS / NPS geologie na webových stránkách parků, Září 2001, zpřístupněno 27. února 2011.
- ^ Ashurst, John. Dimes, Francis G. Konzervace stavebního a dekorativního kamene. Elsevier Butterworth-Heinemann, 1990, str. 51.
- ^ Talkózová břidlice z kantonského Wallis. Autor: Thomags Bonney, (Geol. Mag., 1897, N.S., [iv], 4, 110–116) abstrakt
- ^ Litevský energetický institut (28. května 2011). „Návrh konstrukcí, komponent, zařízení a systémů“. Kniha zdrojů Ignalina. Citováno 28. května 2011.
- ^ Aminian, A .; Nematollahi, M.R .; Haddad, K .; Mehdizadeh, S. (3. – 8. Června 2007). Stanovení parametrů stínění pro různé typy betonů metodami Monte Carlo (PDF). ICENES 2007: Mezinárodní konference o rozvíjejících se systémech jaderné energie. Sekce 12B: Účinky záření. Istanbul, Turecko. p. 7.
- ^ Abulfaraj, Waleed H .; Salah M. Kamal (1994). "Hodnocení hadovitého betonu ilmenitu a běžného betonu jako stínění jaderného reaktoru". Fyzika záření a chemie. 44 (1–2): 139–148. Bibcode:1994RaPC ... 44..139A. doi:10.1016 / 0969-806X (94) 90120-1. ISSN 0969-806X.
- ^ Kalifornský vládní zákon, § 425.2; vidět „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 28. června 2009. Citováno 24. prosince 2009.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
- ^ Fimrite, Peter (16. července 2010). „Geologové protestují proti návrhu zákona o odstranění státní skály“. SFGate. Citováno 17. dubna 2018.
- ^ Frazell, Julie; Elkins, Rachel; O'Geen, Anthony; Reynolds, Robert; Meyers, Jamesi. „Fakta o hadovité hornině a půdě obsahující azbest v Kalifornii“ (PDF). Katalog ANR. University of California Division of Agriculture and Natural Resources. Citováno 17. dubna 2018.
externí odkazy
- [1] Hydrotermální pole Ztraceného města, Středoatlantický hřeben: serpentinizace, hnací síla systému.
- H2-bohaté tekutiny ze serpentinizace: Geochemické a biotické důsledky: Sborník Národní akademie věd.