구불구불화

Serpentinization
슬로바키아산 크리소타일로 부분적으로 만들어진 구불구불한 자철석

서펜타니제이션은 감람석과 파이록센과 같은 강자성체 광물을 맥픽과 울트라마픽 암석에서 수화 및 변성시켜 서펜타니트를 [1]생성하는 것입니다.구불구불화에 의해 형성된 광물로는 구불구불한 그룹광물(안티고라이트, 도마뱀자리, 크리소타일), 브루사이트, 활석, Ni-Fe 합금, [1][2]자철석 등이 있습니다.해저 지각 판 [3][4]경계에서 광물 변화는 특히 중요합니다.

형성 및 암각화

구불구불화는 규산염, 하르츠부르크암 또는 헤르졸라이트와 같은 암석 및 극초암질 암석에서 강자성 광물의 저온(0 ~ 600 °C) 변성의 한 형태입니다.이것들은 실리카 함량이 낮고 대부분 감람석으로 구성된 암석입니다. (Mg2+, Fe2+)2SiO4), pyroxene (XY(Si,Al)2O6), chromite (대략 FeCrO24).구불구불화는 주로 감람석과 피록센을 구불구불한 그룹 광물(안티고라이트, 도마뱀자리, 크리소틸), 브루사이트(Mg(OH)),2 탈크(MgSiO3410(OH))2, 및 자철석(FeO34)[2]로 수화 및 산화시킴으로써 촉진됩니다.구불구불화에 수반되는 특이한 화학적 조건에서, 물은 산화제이고, 그 자체가 수소, H로
2 환원됩니다.이것은 아와라이트(NiFe
3)와 천연 철, 메탄과 다른 탄화수소 화합물, [1][6]황화수소와 같은 희귀한 철 그룹 원소 광물을 생성하는 추가적인 반응으로 이어집니다.

구불구불한 상태에서 많은 양의 물이 암석에 흡수되어 부피가 증가하고 밀도가 감소하며 원래의 [7]구조물이 파괴됩니다.밀도는 3.3~2.5 g/cm3(0.119~0.090 lb/cuin)로 변화하며, 30~40%[8]의 동시 부피 증가가 있습니다.이 반응은 매우 발열적이어서 암석과 반응하는 물 몰 당 최대 40 킬로 줄(9.6 kcal)을 방출하며 암석 온도는 약 260 °C(500 °F)[9][10]까지 상승할 수 있어 비화산 [11]열수 분출구 형성을 위한 에너지원을 제공합니다.구불구불한 상태에서 생성된 수소, 메탄 및 황화수소는 이러한 환기구에서 방출되며 심해 화학영양 [12][9]미생물의 에너지원을 제공합니다.

구불구불한 광물 형성

올리빈은 (Mg2+, Fe2+)2SiO의4 마그네슘 말단 부재인 포르스테라이트와 철 말단 부재인 파얄라이트의 고용체로, 일반적으로 포르스테라이트는 초암질 [13]암석에서 올리빈의 약 90%를 구성합니다.구불구불한은 올리빈으로부터 몇 가지 반응을 통해 형성될 수 있습니다.

Forsterite 3 MgSiO + 이산화규소SiO + 4 HO → serpentine 2 MgSiO(OH)

(반응 1a)

Forsterite2 MgSiO + water3 HO → serpentineMgSiO(OH) + bruciteMg(OH)

(반응 1b)

반응 1a는 실리카를 단단히 결합시켜 화학적 활성을 [14]지각의 일반적인 암석에서 볼 수 있는 가장 낮은 값으로 낮춥니다.그러고 나서 구불구불한 상태가 감람석의 수화를 통해 구불구불한 상태와 브루카이트를 생성합니다(반응 1b).[15]반응 1b에 의해 형성된 브루사이트와 스펜타인의 혼합물은 스펜타인사이트에서 실리카 활성이 가장 낮기 때문에 스펜타인화를 [14]이해하는데 브루사이트 상이 매우 중요합니다.그러나, 브루사이트는 종종 구불구불한 물질과 섞여서 X선 회절 외에는 식별하기 어렵고, 표면 풍화 조건에서는 쉽게 [16]변형됩니다.

유사한 반응은 파이록센 그룹 광물을 포함합니다.

Enstatite3 MgSiO + 이산화규소SiO + HO → talcMgSiO(OH)

(반응 2a)

엔스타이트 6 MgSiO + 3 HO → 구불구불한 MgSiO(OH) + talcMgSiO(OH)

(반응 2b)

반응 2a는 실리카를 사용할 수 없게 됨에 따라 빠르게 정지되고, 반응 2b는 [17]그 자리를 이어받습니다.감람석이 풍부할 때 실리카 활성이 충분히 낮아져서 활석이 감람석과 반응하기 시작합니다.

Forsterite 6 MgSiO + talcMgSiO(OH) + 물 9 HO → serpentine 5 MgSiO(OH)

(반응 3)

이 반응은 브루사이트가 [16]형성되는 온도보다 더 높은 온도를 요구합니다.

최종 광물학은 암석과 유체의 구성물, 온도, 그리고 압력 둘 다에 달려 있습니다.안티고라이트는 변성 과정에서 600 °C (1,112 °F)를 넘는 온도에서 반응을 일으키며, 최고 온도에서 안정적인 구불구불한 그룹 광물입니다.도마뱀붙이와 번데기는 지구 [18]표면의 아주 가까운 낮은 온도에서 형성될 수 있습니다.

디옵사이드 분해 및 로딩사이트 형성

극초산암은 종종 칼슘이 풍부한 파이록센(디옥사이드)을 함유하고 있으며, 이는 반응에 따라 분해됩니다.

Diopside 3 CaMgSiO + 6H → 구불구불한 MgSiO(OH) + 3 Ca + HO + 이산화규소 4 SiO

(반응 4)

이것은 종종 매우 높은 값으로 pH와 구불구불한 액체의 칼슘 함량을 모두 상승시킵니다.이 유체들은 반응성이 높고 칼슘과 다른 원소들을 주변의 암석으로 운반할 수 있습니다.이러한 암석과의 유체 반응은 로딩사이트라고 불리는 칼슘이 풍부하고 실리카가 고갈된 메타매토마틱 [19]반응 구역을 형성할 수 있습니다.

자철석과 수소의 생성

참고 항목:스키코르 반응

대부분의 지각 암석에서 산소의 화학적 활성은 fayalite-magnetite-quartz([20]FMQ) 버퍼에 의해 매우 낮은 값으로 떨어지는 것을 방지합니다.구불구불한 상태에서 실리카의 매우 낮은 화학적 활성은 이 버퍼를 제거하여 구불구불한 상태가 [14]고도로 감소할 수 있게 합니다.이러한 조건에서 물은 페알라이트 내의 철(Fe2+
) 이온을 산화시킬 수 있습니다.이 과정은 수소 [1][21][22]가스를 발생시키기 때문에 관심의 대상이 됩니다.

파얄라이트3 FeSiO + 물2 HO → 마그네타이트2 FeO + 이산화규소3 SiO + 수소2H

(반응 5)

그러나 구불구불한 광물에 대한 연구는 철광물이 먼저 페로안 브루카이트, 즉 Fe(OH)2[23]를 함유한 브루카이트로 전환되고, 구불구불한 [24][25]혐기성 조건에서 스키코르 반응을 거치게 된다고 제안합니다.

6 Fe(OH) 수산화철 → 2 Fe오마그네틱 + 4 HO water + 2 H 수소

(반응 6)

최대 환원 조건 및 수소의 최대 생산 속도는 구불구불화 온도가 200 ~ 315 °C (392 ~ 599 [26]°F) 사이이고 유체가 탄산염 [1]과포화 상태일 때 발생합니다.감람석이 풍부한 원래의 극초유성 암석(원석)이 페리도타이트일 경우 상당한 양의 자철석과 수소가 생성됩니다.원석이 감람석보다 더 많은 파이록센을 함유한 파이록세나이트인 경우, 철이 풍부한 탈크는 자철석 없이 소량의 수소만 생성됩니다.구불구불한 상태에서 실리카를 함유하는 유체의 침투는 브루사이트의 형성과 그에 따른 [27]수소의 생성을 모두 억제할 수 있습니다.

원시석에 존재하는 크로마이트는 구불구불한 온도에서 크롬이 풍부한 자철석으로 변하게 됩니다.더 높은 온도에서는 철이 풍부한 크롬([28]페릿-크롬)으로 바뀝니다.구불구불한 상태에서 암석은 염소, 붕소, 불소, 황으로 농축됩니다.황은 황화수소와 황화광물로 환원될 것이지만, 상당한 양이 구불구불한 광물에 포함되고,[29] 일부는 나중에 무수물과 같은 황산염 광물로 재산화될 수 있습니다.생성되는 황화물에는 맥키나와이트와 [30]같은 니켈이 풍부한 황화물이 포함됩니다.

메탄 및 기타 탄화수소

실험실 실험 결과 감람석은 300°C(572°F)의 온도와 500 bar의 압력에서 수소 가스의 방출로 구불구불한 상태임이 확인되었습니다.또한, 메탄과 복합 탄화수소는 이산화탄소의 환원을 통해 형성됩니다.이 과정은 구불구불한 [6]상태에서 형성된 자철석에 의해 촉매될 수 있습니다.한 가지 반응 경로는 다음과 같습니다.[24]

포스테라이트 18 MgSiO + 파얄라이트 6 FeSiO + 26 HO + CO → 구불구불한 12 MgSiO(OH) + 마그네타이트 4 FeO + 메탄CH

(반응 7)

높은 압력과 온도에서 변태현상이 발생함

도마뱀자리와 크리소타일은 낮은 온도와 압력에서 안정적인 반면 안티고라이트는 높은 온도와 압력에서 안정적입니다.[31] 구불구불한 암석에 존재한다는 것은 구불구불한 높은 압력과 온도에서 구불구불한 현상이 일어났거나 구불구불한 현상이 [2]완료된 후 암석이 더 높은 등급의 변태를 경험했다는 것을 나타냅니다.

CO-함유2 유체의 구불구불한질로의 침투는 독특한 탈크-카보네이트 변화를 [32]야기합니다.브루카이트는 빠르게 마그네사이트로 전환되고 구불구불한 광물(안티고라이트 이외)은 탈크로 전환됩니다.원래 구불구불한 광물의 유사형이 존재한다는 것은 구불구불한 [2]후에 이러한 변화가 일어난다는 것을 보여줍니다.

구불구불석은 클로라이트(필로규산 광물), 트레몰라이트(Ca2(MgFe5.0-4.52+0.0-0.5)SiO822(OH),2 변성 올리빈 및 디옵사이드(칼슘이 풍부한 파이록센)를 포함할 수 있습니다.이것은 구불구불한 자철석이 더 강한 변성을 받아 상부 녹색편암 또는 양서암석 변성체에 [2]도달했음을 나타냅니다.

약 450°C (842°F) 이상에서는 안티고라이트가 분해되기 시작합니다.따라서 구불구불한 자철석은 더 높은 [12]변성면에서 존재하지 않습니다.

구불구불화에 의한 메탄의 외계 생성

화성의 대기에 메탄의 흔적이 존재한다는 것은 만약 메탄이 박테리아 활동에 의해 생성된다면 화성의 생명체에 대한 가능한 증거가 될 것이라고 가설이 세워졌습니다.관찰된 메탄 [33][34]흔적에 대한 대체적인 비생물학적 공급원으로 구불구불화가 제안되었습니다.2022년에 화성에서 온 ALH 84001 운석을 현미경으로 관찰한 결과, 실제로 포함된 유기물이 생명체 과정이 [35][36]아닌 구불구불하게 형성된 것으로 나타났습니다.

2010-12년에 획득한 카시니 탐사선 플라이바이의 데이터를 사용하여, 과학자들은 토성의 위성 엔셀라두스가 그것의 얼어붙은 표면 아래에 액체 상태의 바다를 가지고 있을 가능성이 있다는 것을 확인할 수 있었습니다.한 모델에 따르면 엔셀라두스의 바다는 알칼리성 pH가 11-12라고 [37]합니다.높은 pH는 연골암의 구불구불화의 핵심 결과로 해석되며, 이는 유기 분자의 비생물학적 [37][38]및 생물학적 합성을 모두 지원할 수 있는 지구화학적 에너지원인 H의 생성으로
2 이어집니다.

형성환경

뉴펀들랜드 그로스몬 국립공원의 오피올라이트.오피오라이트는 특징적으로 구불구불한 성분을 가지고 있습니다.

구불구불화는 대양 중간 능선, 섭입대의 앞 부분 맨틀, 오피올라이트 패키지 및 극초유성 침입에서 발생합니다.

미드오션 리지스

조건은 바다 중간 [8]능선을 따라 천천히 퍼져 나가는 매우 느린 속도에서 구불구불한 상태에 매우 느립니다.여기서 지각 확장 속도는 마그마의 부피에 비해 높으며, 극초유성 맨틀 암석을 표면에 매우 가깝게 만들어 해수가 [11]암석에 침투할 수 있게 합니다.

천천히 퍼져나가는 대양 중간 능선에서 구불구불하게 되면 지진 Moho 불연속성이 정상적인 암석학적 [39][8]기준에 의해 정의된 지각의 기저가 아닌 구불구불하게 되는 것을 초래할 수 있습니다.이탈리아 알프스의 란조 마시프(Lanzo Massif)는 유구한 지진 [40]모호일 수도 있는 날카로운 구불구불화 전선을 보여줍니다.

서브덕션 존

포어아크 맨틀

구불구불화는 섭입대의 물의 순환과 지구역학을 강력하게 제어하는 섭입대의 중요한 현상입니다.[41] 여기서 맨틀암은 서펜타나이트가 안정적인 온도까지 서브덕팅슬래브에 의해 냉각되고 유체는 서브덕팅슬래브로부터 울트라마틱 [41]맨틀암으로 대량 방출됩니다.마리아나 제도의 섬호에서 구불구불화가 일어나고 있다는 직접적인 증거는 구불구불한 진흙 화산의 활동에 의해 제공됩니다.하르츠부르크암과 (흔히는) 두나이트의 크세놀리스는 가끔 진흙 화산에 의해 분출되어 [42]원석의 본질에 대한 단서를 제공합니다.

구불구불화는 원래 암석의 밀도를 낮추기 때문에, 구불구불화는 구불구불한 암석을 지표면으로 상승시키거나 분출하게 할 수 있으며,[43] 이는 구불구불한 암석이 섭입이 중단된 후 샌프란시스코 프레지디오에서 노출된 상태에서 발생한 것과 같습니다.

구불구불한 초유질 암석은 많은 아편암에서 발견됩니다.오피올라이트는 대륙으로 밀려온 해양 암석권의 파편으로, 이 과정을 오피오라이트라고 합니다.[44] 그것들은 일반적으로 구불구불한 하르츠부르크암(구대 문헌에서 때때로 고산 페리도타이트라고 불림) 층, 수열에 의해 변형된 디아병과 베개 현무암 층, 그리고 방사선학적 리본 [45]셰르트를 포함하는 깊은 물 침전물 층으로 구성됩니다.

서브덕팅 플레이트의 더 깊은 부분에서 배출되는 물에 의한 포어아크 맨틀의 수화.힌드먼과 피코크에서 각색 (2003)

시사점

지진깊이제한

지진파 연구는 지각과 상부 맨틀에 거대한 구불구불한 물체가 존재하는 것을 감지할 수 있는데, 구불구불한 현상은 전단파 속도에 큰 영향을 미치기 때문입니다.구불구불한 정도가 높으면 전단파 속도가 낮아지고 포아송 [46]비율이 높아집니다.지진 측정 결과 구불구불한 현상이 앞악 [47]맨틀에 만연한 것으로 확인됐습니다.구불구불화는 지각-맨틀 경계에 걸쳐 지진 속도가 갑자기 감소하는 역모호 불연속을 생성할 수 있으며, 이는 일반적인 행동과는 반대입니다.구불구불한 구불구불한 자반은 변형성이 매우 강하여, 구불구불한 자반이 안정적인 판 속도로 미끄러지는 전호부에 지진대를 형성합니다.구불구불한 자철석의 존재는 거대 신뢰 지진의 최대 깊이를 제한할 수 있는데, 이는 거대 신뢰 지진이 앞 부분 [46]맨틀로의 파열을 방해하기 때문입니다.

참고 항목

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