Группа серпентина




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Группа серпентина

Группа серпентина

19.08.2017


Главными минералами группы серпентина (от лат. serpens - змея) являются антигорит (по месту находки: долина Антигорио в Италии), хризотил (от греч. chrusos - золотой и tilos — волокно) и лизардит (по месту находки: мыс и полуостров в графстве Корнуолл, Англия). Лизардит и хризотил имеют формулу - Mg3Si2O5(OH)4, антигорит-(Mg,Fe)48Si34O85(OH)62.
Плотная опаловидная разновидность серпентина называется серпофит. Минералы группы серпентина - типичные продукты метаморфического преобразования пород ультраосновного состава.
Химизм и особенности изоморфизма

Серпентины в большинстве случаев сложены оксидами магния, кремния и гидроксил-ионами, содержание последних составляет около 13 мас.%. Среди изоморфных замещений можно выделить Fe <-> Mg и 2Al <-> (Mg,Si), но в природе они имеют довольно ограниченный характер (не более первых мас.%). В структуру серпентина) могут также входить Ni, Mn, Fe3+, F, As, Sb, В, Li, Cs, Pb, U, Ba, Sr и Cl. Содержание хлора в гипербазитах складчатых областей и морского дна, как правило, не превышает десятые доли мас.%, в то время как в серпентинизированных кимберлитах может достигать 2 мас.%.
Структура

Минералы группы серпентина являются триоктаэдрическими слоистыми силикатами. Основу их структуры составляют двуслойные пакеты, один слой в них образован кремнекислородными тетраэдрами, другой (бруситовый) - октаэдрами, заселенными Mg (реже Fe, Al). Вершины октаэдров сложены ионами О2- и (ОН)-. Каждый пакет имеет нулевой суммарный заряд, и потому связь между пакетами весьма слабая, поддерживается вандерваальсовыми связями. Взаимное положение между тетраэдрической и октаэдрической сетками в пакетах предопределяет различие свойств между основными минералами группы серпентина (рис. 1.80): лизардит имеет идеальную слоистую структуру, антигорит - волнистую вдоль оси а (с переменной ориентировкой вершин тетраэдров), в хризотиле слои свернуты в трубку.
Свойства и особенности в шлифах

Антигорит и лизардит образуют листоватые, таблитчатые, чешуйчатые, скорлуповатые кристаллы или плотные массы. Для антигорита иногда отмечаются игольчатые агрегаты, а для хризотила -волокнистые. Твердость серпентинов 2.5-4, плотность 2.6. Цвет макроскопически от светло (бледно)-зеленого до зеленого разных оттенков и черного. Спайность совершенная по (001).
Антигорит и хризотил кристаллизуются в моноклинной сингонии, а лизардит - в тригональной.
В шлифах серпентин бесцветный до светло-зеленого, обладает низким рельефом (np = 1.546-1.568; nm = 1.551-1.571; ng = 1.552-1.572) и прямым погасанием. Для антигорита и хризотила характерно низкое двупреломление первого порядка (0.006-0.004), для лизардита двупреломление выше и может доходить до 0.012 (второй порядок). Кристаллы лизардита оптически одноосные (могут быть и слабо двуосными), антигорита и хризотила - двуосные: 2V=27-60°. Рассмотренные минералы являются оптически отрицательными.

Парагенезисы и распространение в природе

Серпентинизация — крупномасштабный процесс метаморфического преобразования гипербазитов в областях срединно-океаиических хребтов, зон субдукции и складчатых поясов. Самым низкотемпературным из серпентинитовых минералов является лизардит (90-450°С), самым высокотемпературным - антигорит (300-650°С). Лизардит, хризотил и антигорит не являются нолиморфами и поля их термодинамической стабильности перекрываются. Вследствие этого нередко наблюдается их совместное (всех трех или по парам) нахождение в одной породе. Породы, состоящие преимущественно из минералов группы серпентина, называются серпентинитами. Из серпентинитовых минералов наиболее детально изучены фазовые отношения для антигорита (рис. 1.81). Этот минерал устойчив в очень широком диапазоне P-T условий. Появляясь при низкотемпературных (300°С и ниже) и приповерхностных (первые бары) процессах, антигорит может сохранять стабильность в глубинных условиях зон субдукции и коллизии (температура до 650°С, давление до 45-50 кбар).

Продуктами разложения антигорита являются оливин, ортопироксен, тальк или фаза А; их появление в той или иной ассоциации определятся тремя минеральными реакциями, каждая из которых отвечает более высокобарическим условиям, чем предыдущая (рис. 1.81):

Обратим внимание, что даже небольшое количество Al2O3 (первые мас.%) в структуре антигорита значительно расширяют поле стабильности этого минерала: температура увеличивается более чем на 100°C при давлении 20 кбар, а давление - на 25 кбар при температуре 500°С. Связано это с тем, что в продуктах разложения глина земистого антигорита наряду с энстатитом и форстеритом (реакция 1.3) появляется хлорит. Это позволяет сохранить часть воды в связанном состоянии. В целом же, реакции разложения антигорита сопровождаются выделением больших объемов водного флюида (часто с хлором и фтором), так как серпентин является одним из крупнейших контейнеров воды среди породообразующих силикатов. Примечательно, что разложение антигорита происходит в условиях более высоких температур и давлений, чем серпентинизация перидотитов (рис. 1.81). В основе процесса серпентинизании перидотитов лежат две основные реакции гидратации оливина:

С реакцией 1.4 связано наличие в серпентинитах гнезд, прожилков и жил брусита.
Обе реакции имеют исключительное значение для геодинамических процессов, так как наряду с масштабностью они:
1) обладают колоссальными объемными эффектами (до 40%), создающими значительные напряжения и приводящие к разрушению сплошности пород;
2) приводят к значительному разуплотнению пород: плотность перидотита снижается с ~3.3 т/м до —2.6 т/м3;
3) имеют экзотермический характер, т.е. сопровождаются выделением тепла;
4) коренным образом изменяют реологические свойства ультраосновных пород, превращая их из наиболее прочных пород на Земле в наиболее хрупкие. Экспериментальные исследования показывают, что прочность перидотита с 10% серпентинизации сопоставима с прочностью серпентинита;
5) наполняют безводный перидотитовый субстрат водой (связанной в структуре минералов), галогенами, редкими и рассеянными элементами, которые впоследствии транспортируются на мантийные глубины (до 180 км).
Серпентинизация ортопироксена, являющегося важнейшей составляющей большинства перидотитов, происходит посредством промежуточной реакции, в ходе которой образуются тальк и оливин:

с последующим замещением оливина серпентином по реакциям 1.4 или 1.5.
Серпентинизация ультраосновного субстрата океанической литосферы является своеобразной фабрикой по производству водорода и метана. Связано это с тем, что серпентин, являясь более магнезиальным минералом, чем исходный оливин, не может поглотить все железо, которое находилось в оливине. В результате железистый минал оливина преобразуется не в серпентин (как это было с магнезиальным миналом, см. реакцию 1.6), а в магнетит, кремнезем и водород (источником флюида является морская вода с растворенными в ней солями и CO2):

Так в серпентинитах появляется обильный тонко распыленный магнетит. Выделившийся по этой реакции и растворенный во флюиде кремнезем взаимодействует с магнезиальным оливином, способствуя образованию серпентина (реакция 1.5); попадающий во флюед водород восстанавливает углекислый газ до метана:
СО2 +4Н2 = СН4 +Н2О.

Выделяемые при серпентинизации океанической литосферы водород и метан рассматриваются некоторыми учеными как начальный этап образования абиогенных месторождений нефти и газа.
При наличии в водном флюиде углекислотной составляющей, серпентинизация перидотитов будет сопровождаться выделением магнезита

Локальное развитие серпентина наблюдается в ряде магнезиальных скарнов, где серпентин находится в ассоциациях с кальцитов доломитом и (или) флогопитом.
Более подробные сведения о минералах группы серпентита можно найти в обзорных работах.