La serpentinita es una roca compuesta por uno o más minerales del grupo serpentino , el nombre se origina por la similitud de la textura de la roca con la de la piel de una serpiente. [1] Los minerales de este grupo, que son ricos en magnesio y agua, de color verde claro a oscuro, de aspecto graso y resbaladizo, se forman por serpentinización , una hidratación y transformación metamórfica de la roca ultramáfica del manto terrestre . La alteración mineral es particularmente importante en el fondo del mar en los límites de las placas tectónicas . [2]
Formación y petrología [ editar ]
Serpentinización es una geológica baja temperatura metamórfica proceso que implica calor y agua en la que baja sílice mafic y ultramáficas son rocas oxidan (oxidación anaerobia de Fe 2+ por los protones de agua que conduce a la formación de H 2 ) y se hidroliza con agua en serpentinita . La peridotita , incluida la dunita , en y cerca del lecho marino y en los cinturones montañosos se convierte en serpentina , brucita , magnetita y otros minerales, algunos raros, como la awaruita (Ni 3Fe), e incluso hierro nativo . En el proceso, la roca absorbe grandes cantidades de agua aumentando el volumen, reduciendo la densidad y destruyendo la estructura. [3]
La densidad cambia de 3,3 a 2,7 g / cm 3 con un aumento de volumen simultáneo del orden del 30-40%. La reacción es altamente exotérmica y la temperatura de la roca puede elevarse en aproximadamente 260 ° C (500 ° F), [3] proporcionando una fuente de energía para la formación de respiraderos hidrotermales no volcánicos . Las reacciones químicas de formación de magnetita producen gas hidrógeno en condiciones anaeróbicas que prevalecen en las profundidades del manto , lejos de la atmósfera terrestre . Los carbonatos y sulfatos se reducen posteriormente con hidrógeno y forman metano y sulfuro de hidrógeno.. El hidrógeno, el metano y el sulfuro de hidrógeno proporcionan fuentes de energía para los microorganismos quimiotrofos de aguas profundas . [3]
Formación de serpentinita [ editar ]
La serpentinita se puede formar a partir de olivino a través de varias reacciones. La olivina es una solución sólida de forsterita , el miembro final de magnesio , y fayalita , el miembro final de hierro .
- + + 4 H 2 O →
( Reacción 1b )
- + → +
( Reacción 1c )
La reacción 1c describe la hidratación del olivino para producir serpentina y Mg (OH) 2 ( brucita ). [4] La serpentina es estable a pH alto en presencia de brucita como silicato de calcio hidratado, fases ( CSH ) formadas junto con portlandita (Ca (OH) 2 ) en pasta de cemento Portland endurecida después de la hidratación de belita (Ca 2 SiO 4 ) , el calcio artificial equivalente de forsterita.
Analogía de la reacción 1c con la hidratación de belita en cemento Portland ordinario :
- + → +
( Reacción 1d )
Después de la reacción, los productos de reacción poco solubles ( sílice acuosa o iones de magnesio disueltos ) pueden transportarse en solución fuera de la zona serpentinizada por difusión o advección .
Un conjunto similar de reacciones involucra los minerales del grupo piroxeno , aunque con menos facilidad y con la complicación de los productos finales adicionales debido a las composiciones más amplias de mezclas de piroxeno y piroxeno-olivino. El talco y el clorito de magnesio son posibles productos, junto con los minerales serpentinos antigorita , lizardita y crisotilo . La mineralogía final depende tanto de la composición de las rocas como de los fluidos, la temperatura y la presión. La antigorita se forma en reacciones a temperaturas que pueden superar los 600 ° C (1112 ° F) durante el metamorfismo, y es el grupo serpentino.mineral estable a las más altas temperaturas. La lagarita y el crisotilo se pueden formar a bajas temperaturas muy cerca de la superficie de la Tierra. Los fluidos involucrados en la formación de serpentinita comúnmente son altamente reactivos y pueden transportar calcio y otros elementos a las rocas circundantes; La reacción fluida con estas rocas puede crear zonas de reacción metasomáticas enriquecidas en calcio y llamadas rodingitas .
Sin embargo, en presencia de dióxido de carbono, la serpentinización puede formar magnesita (MgCO 3 ) o generar metano (CH 4 ). Se cree que algunos gases de hidrocarburos pueden ser producidos por reacciones de serpentinita dentro de la corteza oceánica.
- + + → + +
( Reacción 2a )
o, en forma equilibrada: [5]
- 18 Mg 2 SiO 4 + 6 Fe 2 SiO 4 + 26 H 2 O + CO 2 → 12 Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 + 4 Fe 3 O 4 + CH 4
( Reacción 2a ' )
- + + → + + +
( Reacción 2b )
La reacción 2a se ve favorecida si la serpentinita es pobre en Mg o si no hay suficiente dióxido de carbono para promover la formación de talco . La reacción 2b se ve favorecida en composiciones con alto contenido de magnesio y baja presión parcial de dióxido de carbono.
El grado en que una masa de roca ultramáfica se somete a serpentinización depende de la composición de la roca inicial y de si los fluidos transportan calcio , magnesio y otros elementos durante el proceso. Si una composición de olivino contiene suficiente fayalita, entonces el olivino más agua puede metamorfosearse completamente en serpentina y magnetita en un sistema cerrado. Sin embargo, en la mayoría de las rocas ultramáficas formadas en el manto de la Tierra , el olivino es aproximadamente un 90% del miembro terminal de forsterita, y para que el olivino reaccione completamente con la serpentina, el magnesio debe ser transportado fuera del volumen de reacción.
La serpentinización de una masa de peridotita generalmente destruye toda la evidencia de textura previa porque los minerales serpentinos son débiles y se comportan de una manera muy dúctil. Sin embargo, algunas masas de serpentinita están deformadas menos severamente, como lo demuestra la aparente preservación de las texturas heredadas de la peridotita, y las serpentinitas pueden haberse comportado de manera rígida.
Producción de hidrógeno por oxidación anaeróbica de iones ferrosos fayalita [ editar ]
La serpentina es el producto de la reacción entre el agua y los iones ferrosos (Fe 2+ ) de la fayalita . El proceso es de interés porque genera gas hidrógeno: [6] [7]
- + → + +
( Reacción 1a )
La reacción se puede ver de forma simplista de la siguiente manera: [5] [8]
- → + +
( Reacción 3e )
Esta reacción se asemeja a la reacción de Schikorr observada en la oxidación anaeróbica del hidróxido ferroso en contacto con el agua.
Producción extraterrestre de metano por serpentinización [ editar ]
Se ha planteado la hipótesis de que la presencia de trazas de metano en la atmósfera de Marte es una posible evidencia de vida en Marte si el metano fuera producido por actividad bacteriana . Se ha propuesto la serpentinización como una fuente no biológica alternativa para las trazas de metano observadas. [9] [10]
Utilizando datos de los sobrevuelos de la sonda Cassini obtenidos en 2010-2012, los científicos pudieron confirmar que la luna de Saturno, Encelado, probablemente tiene un océano de agua líquida debajo de su superficie congelada. Un modelo sugiere que el océano de Encelado tiene un pH alcalino de 11-12. [11] El pH alto se interpreta como una consecuencia clave de la serpentinización de la roca condrítica , que conduce a la generación de H 2 , una fuente geoquímica de energía que puede soportar la síntesis tanto abiótica como biológica de moléculas orgánicas. [11] [12]
Impacto en la agricultura [ editar ]
La capa de suelo sobre el lecho de roca de serpentinita tiende a ser delgada o ausente. El suelo con serpentina es pobre en calcio y otros nutrientes vegetales importantes, pero rico en elementos tóxicos para las plantas como el cromo y el níquel. [13]
Usos [ editar ]
Piedra decorativa en arquitectura [ editar ]
Los grados de serpentinita más altos en calcita, junto con el verd antiguo ( forma brecha de serpentinita), se han utilizado históricamente como piedras decorativas por sus cualidades de mármol. College Hall de la Universidad de Pensilvania , por ejemplo, está construido con serpentina. Las fuentes populares en Europa antes del contacto con las Américas eran la región montañosa del Piamonte de Italia y Larissa, Grecia . [14]
Herramientas de piedra tallada, lámpara de aceite, conocida como Qulliq y escultura inuit [ editar ]
Los inuit e indígenas de las áreas árticas y menos de las áreas del sur usaban la lámpara Qulliq o Kudlik de serpentinita tallada en forma de cuenco con mecha, para quemar aceite o grasa para calentar, encender y cocinar. Los inuit fabricaban herramientas y, más recientemente, tallas de animales para el comercio.
Morsa Serpentina Magnética
Anciano Inuit atendiendo el Qulliq, una lámpara de aceite ceremonial hecha de serpentinita.
Piedra de horno suiza [ editar ]
En Val d'Anniviers , Suiza , se encuentra una variedad de esquisto de clorito y talco asociado con la serpentinita alpina y se usaba para hacer "piedras de horno" (Ger. Ofenstein ), una base de piedra tallada debajo de una estufa de hierro fundido. [15]
Escudo de neutrones en reactores nucleares [ editar ]
La serpentinita tiene una cantidad significativa de agua unida , por lo que contiene abundantes átomos de hidrógeno capaces de ralentizar los neutrones por colisión elástica ( proceso de termalización de neutrones ). Debido a esto, la serpentinita se puede utilizar como relleno seco dentro de camisas de acero en algunos diseños de reactores nucleares . Por ejemplo, en la serie RBMK , como en Chernobyl , se utilizó como blindaje superior contra la radiación para proteger a los operadores de los neutrones que escapan. [16] La serpentina también se puede agregar como agregado a concreto especial.utilizado en el blindaje de reactores nucleares para aumentar la densidad del hormigón (2,6 g / cm 3 ) y su sección transversal de captura de neutrones . [17] [18]
Referencias culturales [ editar ]
Es la roca estatal de California , EE. UU. Y la Legislatura de California especificó que la serpentina era "la roca estatal oficial y el emblema litológico". [19] En 2010, se presentó un proyecto de ley que habría eliminado el estatus especial de la serpentina como roca estatal debido a que podría contener amianto crisotilo. [20] El proyecto de ley encontró resistencia por parte de algunos geólogos de California, quienes señalaron que el crisotilo presente no es peligroso a menos que se movilice en el aire en forma de polvo. [21]
Ver también [ editar ]
- Secuestro de carbono : captura y almacenamiento a largo plazo de dióxido de carbono atmosférico
- Notación química de cemento , también útil para reacciones de óxido y silicato en mineralogía
- Deshidratación del crisotilo : la forma más común de asbesto
- Tampón mineral redox común - FMQ: fayalita-magnetita-cuarzo
- Geología de la península de Lizard
- Hidratación de belita en cemento (análoga a la hidratación de forsterita)
- Campo hidrotermal de la ciudad perdida - Campo hidrotermal en el Océano Atlántico medio
- Nefrita : una variedad de jade
- Reacción de Schikorr , que implica también la formación de magnetita e hidrógeno por un mecanismo muy similar.
- Suelo serpentino : tipo de suelo, un suelo derivado de minerales serpentinos.
- Subgrupo de serpentina : filosilicato de hierro de magnesio hidratado formador de rocas, los principales minerales que comprenden la serpentinita
- Esteatita
- Carbonato de talco
- Ciclo de hidrógeno
Referencias [ editar ]
- ^ Schoenherr, Allan A. (11 de julio de 2017). Una historia natural de California: segunda edición . Prensa de la Universidad de California. págs. 35–. ISBN 9780520295117. Consultado el 6 de mayo de 2017 .
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- ^ Frazell, Julie; Elkins, Rachel; O'Geen, Anthony; Reynolds, Robert; Meyers, James. "Datos sobre la roca serpentina y el suelo que contiene asbesto en California" (PDF) . Catálogo ANR . División de Agricultura y Recursos Naturales de la Universidad de California . Consultado el 17 de abril de 2018 .
Enlaces externos [ editar ]
- [1] El campo hidrotermal de la Ciudad Perdida, Cordillera del Atlántico Medio : serpentinización, la fuerza impulsora del sistema.
- Fluidos ricos en H 2 de la serpentinización: implicaciones geoquímicas y bióticas : Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
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