Перидотит: состав, свойства и происхождение ультраосновной горной породы.

Введение

Грубозернистый ультрамафический магматический тип породы

Перидотит (/US/'/p//ɛ//r//ɪ//d//oʊ/,/t//aɪ//t//, //p//ə/'/r//ɪ//d//ə// / PERRihdohtyte, pəRIDə) – плотная, грубозернистая магматическая порода, состоящая преимущественно из силикатных минералов оливина и пироксена. Перидотит является ультрамафической породой, поскольку содержание кремнезёма в ней составляет менее 45%. Он богат магнием (Mg2+), что отражает высокое содержание оливина, обогащённого магнием, с заметным содержанием железа. Перидотит образуется из мантии Земли в виде цельных блоков и фрагментов или в виде кристаллов, выросших из магмы, образовавшейся в мантии. Состав перидотитов из этих слоистых магматических комплексов сильно варьируется в зависимости от соотношения пироксена, хромита, плагиоклаза и амфибола. Перидотит является основной породой верхней части мантии Земли. Особый интерес представляют составы перидотитовых ксенолитов, встречающихся в некоторых базальтах, а также кимберлитовые трубки, поскольку они предоставляют образцы мантии Земли, поднятые с глубин от 30 км до 200 км и более. Некоторые из этих ксенолитов сохраняют изотопные соотношения осмия и других элементов, отражающие процессы, происходившие при формировании Земли, и поэтому представляют особый интерес для палеогеологов, поскольку дают представление о раннем составе мантии Земли и сложности протекавших процессов. Название «перидотит» происходит от драгоценного камня перидота, представляющего собой бледно-зелёный оливин. Классический перидотит имеет яркий зелёный цвет с отдельными вкраплениями чёрного, хотя большинство образцов в руке обычно более тёмно-зелёные. Места выхода перидотитов обычно имеют цвет от землисто-жёлтого до тёмно-зелёного, так как оливин легко выветривается, образуя иддингсит. Хотя зелёный и жёлтый – наиболее распространённые цвета, перидотитовые породы могут демонстрировать широкий спектр цветов, включая синий, коричневый и красный.

Состав

Перидотит мантии сильно обогащен магнием, с типичным числом магния 89. Иными словами, из общего содержания железа и магния, 89 моль% приходится на магний. Это отражается в составе мафических минералов, составляющих перидотит. Оливин – основной минерал, присутствующий во всех перидотитах. Это магниевый ортосиликат, содержащий некоторое количество железа, с переменной формулой (Mg,Fe)₂SiO₄. Оливин, богатый магнием, в перидотитах обычно имеет оливково-зеленый цвет. Пироксены – это цепочечные силикаты с переменной формулой (Ca,Na,Fe²⁺,Mg)(Cr,Al,Fe³⁺,Mg,Mn,Ti,V)Si₂O₆, объединяющие большую группу различных минералов. Они подразделяются на ортопироксены (с орторомбической кристаллической структурой) и клинопироксены (с моноклинической кристаллической структурой). Это различие существенно при классификации пироксиновых перидотитов.

Распространение и местоположение

Перидотит является доминирующей породой мантии Земли на глубинах более 400 км; ниже этой глубины оливин преобразуется в минерал вадслеит, устойчивый при более высоком давлении. Океанические плиты состоят из перидотита мощностью до 100 км, покрытого тонкой корой. Кора, обычно толщиной около 6 км, сложена базальтами, габбро и незначительным количеством осадочных пород. Перидотит, залегающий под океанической корой, называемый "абиссальным перидотитом", встречается на стенках рифтовых зон на дне океана. Океанические плиты обычно субдуцируются обратно в мантию в зонах субдукции. Однако фрагменты могут внедряться в континентальную кору или наезжать на неё в результате процесса, называемого обдукцией, вместо того чтобы быть унесенными в мантию. Это внедрение может происходить во время орогенезов, например, при столкновении континентов друг с другом или с островными дугами. Фрагменты океанических плит, внедренные в континентальную кору, называются офиолитами. Типичные офиолиты состоят в основном из перидотита и сопутствующих пород, таких как габбро, подушечный базальт, диабазовые силлы и дамбовые комплексы, а также красный херт. Альпийский перидотит или орогенный перидотитовый массив – это устаревший термин для офиолита, внедренного в горный пояс в результате столкновения континентальных плит. Перидотиты также встречаются в виде фрагментов (ксенолитов), поднимаемых магмой из мантии. К породам, которые обычно содержат перидотитные ксенолиты, относятся базальт и кимберлит. Хотя кимберлит является разновидностью перидотита, он также рассматривается как брекчиевидный вулканический материал. Такие ксенолиты происходят с глубин до почти или более. Вулканическим эквивалентом перидотитов являются коматиты, которые в основном извергались на ранних этапах истории Земли и редки в породах моложе архейского возраста. Небольшие фрагменты перидотита были обнаружены в лунных брекчиях. Породы семейства перидотитов редки на поверхности и крайне нестабильны, поскольку оливин быстро реагирует с водой при типичных температурах верхней коры и на поверхности Земли. Многие, если не большинство, поверхностных выходов были по крайней мере частично изменены в серпентинит, в результате чего пироксены и оливины превращаются в зеленый серпентин. Серпентиниты механически слабы и поэтому легко текут в земной коре. На почвах, образованных на серпентините, произрастают характерные растительные сообщества из-за необычного состава основной породы. Один из минералов группы серпентина, хризотил, является разновидностью асбеста.

Peridotite is the dominant rock of the Earth's mantle above a depth of about 400 km; below that depth, olivine is converted to the higher pressure mineral wadsleyite. Oceanic plates consist of up to about 100 km of peridotite covered by a thin crust. The crust, commonly about 6 km thick, consists of basalt, gabbro, and minor sediments. The peridotite below the ocean crust, "abyssal peridotite," is found on the walls of rifts in the deep sea floor. Oceanic plates are usually subducted back into the mantle in subduction zones. However, pieces can be emplaced into or overthrust on continental crust by a process called obduction, rather than carried down into the mantle. The emplacement may occur during orogenies, as during collisions of one continent with another or with an island arc. The pieces of oceanic plates emplaced within continental crust are referred to as ophiolites. Typical ophiolites consist mostly of peridotite plus associated rocks such as gabbro, pillow basalt, diabase sill and dike complexes, and red chert. Alpine peridotite or orogenic peridotite massif is an older term for an ophiolite emplaced in a mountain belt during a continent continent plate collision. Peridotites also occur as fragments (xenoliths) carried up by magmas from the mantle. Among the rocks that commonly include peridotite xenoliths are basalt and kimberlite. Although kimberlite is a variant of peridotite, kimberlite is also considered as brecciated volcanic material as well, Such xenoliths originate from depths of up to nearly or more. The volcanic equivalent of peridotites are komatiites, which were mostly erupted early in the Earth's history and are rare in rocks younger than Archean in age. Small pieces of peridotite have been found in lunar breccias. The rocks of the peridotite family are uncommon at the surface and are highly unstable, because olivine reacts quickly with water at typical temperatures of the upper crust and at the Earth's surface. Many, if not most, surface outcrops have been at least partly altered to serpentinite, a process in which the pyroxenes and olivines are converted to green serpentine. Serpentinites are mechanically weak and so flow readily within the earth. Distinctive plant communities grow in soils developed on serpentinite, because of the unusual composition of the underlying rock. One mineral in the serpentine group, chrysotile, is a type of asbestos.

Цвет, морфология и текстура

Большинство перидотитов имеют зелёный цвет из-за высокого содержания оливина. Однако, окраска перидотитов может варьироваться от зеленовато-серого до почти чёрного и бледно-жёлто-зелёного. Перидотит выветривается, образуя характерную коричневую корку при атмосферном выветривании и глубокий оранжевый цвет при подводном выветривании. Перидотиты могут встречаться в массивном виде или в виде слоёв различного масштаба. Слоистые перидотиты могут формировать основания слоистых интрузий. Для них характерны кумулятивные текстуры, представленные структурой из крупных (>5 мм) сростков взаимопроникающих эугедральных (хорошо огранённых) кристаллов в основной массе из более мелких кристаллов, образовавшихся из заключенной в кумуляте жидкой магмы. Многие из них демонстрируют поикилитическую текстуру, при которой кристаллизация этой жидкости привела к образованию кристаллов, врастающих в и заключающих первоначальные кумулятивные кристаллы (называемые хадрокристаллами). Другой тип текстуры – хорошо отмурованная текстура, состоящая из равноосных анэдральных кристаллов с прямыми границами зёрен, пересекающимися под углом 120°. Это может возникать при медленном охлаждении, позволяющем рекристаллизации минимизировать поверхностную энергию. Катаклистическая текстура, проявляющаяся в виде неправильных трещин и деформационного сближения зёрен оливина, часто встречается в перидотитах из-за деформаций, связанных с их тектоническим механизмом внедрения.

Происхождение

Перидотиты имеют два основных способа образования: как мантийные породы, сформировавшиеся в процессе аккреции и дифференциации Земли, или как кумулятивные породы, образованные путем осаждения оливина ± пироксенов из базальтовых или ультрамафических магм. Эти магмы в конечном счете образуются из верхней мантии в результате частичного плавления мантийных перидотитов. Мантийные перидотиты встречаются в виде офиолитов в зонах коллизии горных хребтов, в виде ксенолитов в базальтах или кимберлитах, или как абиссальные перидотиты (полученные с океанического дна). Слоистые перидотиты являются магматическими осадочными породами и формируются в результате механического накопления плотных кристаллов оливина. Они образуются из магм, происходящих из мантии, например, базальтового состава. Перидотиты, связанные с ультрамафическими комплексами Аляскинского типа, являются кумулятами, которые, вероятно, образовались в корневых зонах вулканов. Кумулятивные перидотиты также формируются в потоках лавы коматитов.

Связанные породы

Коматиты — высокотемпературные частичные расплавы перидотита, характеризующиеся высокой степенью частичного плавления на большой глубине под поверхностью. Эклогит, по составу сходный с базальтом, состоит главным образом из омфацита (натриевого клинопироксена) и граната, богатого пиропом. Эклогит встречается вместе с перидотитом в некоторых проявлениях ксенолитов, а также в породах, подвергшихся метаморфизму при высоких давлениях в процессах, связанных с субдукцией.

Экономическая геология

Перидотит может быть потенциально использован в качестве недорогого, безопасного и постоянного метода улавливания и хранения атмосферного CO2 в рамках секвестрации парниковых газов, связанной с изменением климата. Уже было известно, что перидотит реагирует с CO2, образуя твердый карбонат, подобный известняку или мрамору; и этот процесс можно ускорить в миллион раз и более с помощью простого бурения и гидравлического разрыва пласта для обеспечения закачки CO2 в подземные перидотитовые формации. Перидотит получил свое название в честь драгоценного камня перидота – стекловидного зеленого самоцвета, изначально добывавшегося на острове Святого Иоанна в Красном море, а ныне добываемого на территории резервации индейцев-апачей Сан-Карлос в Аризоне. Перидотит, подвергшийся гидратации при низких температурах, является прородитом для серпентинита, который может содержать хризотиловый асбест (форма серпентина) и тальк. Слоистые интрузии с кумулятивным перидотитом обычно ассоциируются с сульфидными или хромитовыми рудами. Сульфиды, связанные с перидотитами, формируют никелевые руды и платиноиды; большая часть платины, используемой в мире сегодня, добывается из магматического комплекса Бушвельд в Южной Африке и Великого Дайка в Зимбабве. Хромитовые прослои, встречающиеся в перидотитах, являются основным мировым источником хрома.