Введение
Образование серпентинита в результате гидратации и метаморфической трансформации оливина
Серпентинизация – это процесс гидратации и метаморфического преобразования ферромагнезиальных минералов, таких как оливин и пироксен, в мафических и ультрамафических породах, приводящий к образованию серпентинита. Минералы, формирующиеся при серпентинизации, включают минералы серпентиновой группы (антигорит, лизардит, хризотил), бруцит, тальк, сплавы Ni-Fe и магнетит.
Метан и другие углеводороды
Лабораторные эксперименты подтвердили, что при определенной температуре и давлении 500 бар оливин серпентинизируется с выделением водородного газа. Кроме того, метан и сложные углеводороды образуются в результате восстановления углекислого газа. Процесс может катализироваться магнетитом, образовавшимся в ходе серпентинизации. Его присутствие в серпентините указывает либо на то, что серпентинизация происходила при необычно высоких давлении и температуре, либо на то, что порода испытала метаморфизм более высокой степени после завершения серпентинизации. Бруцит быстро превращается в магнезит, а серпентиновые минералы (кроме антигорита) превращаются в тальк. Наличие псевдоморф по оригинальным минералам серпентинита показывает, что это изменение происходит после серпентинизации. В 2022 году было сообщено, что микроскопическое исследование метеорита ALH 84001, прибывшего с Марса, показало, что органическое вещество, которое он содержит, было образовано в результате серпентинизации, а не биологическими процессами. Используя данные, полученные в 2010–2012 годах в ходе пролетов космического аппарата "Кассини", ученые смогли подтвердить, что у спутника Сатурна Энцелада, вероятно, под его ледяной поверхностью существует океан жидкой воды. Модель предполагает, что океан на Энцеладе имеет щелочной pH 11–12. Высокий pH интерпретируется как ключевое следствие серпентинизации хондритовой породы, приводящее к генерации , геохимического источника энергии, способного поддерживать как абиотический, так и биологический синтез органических молекул.
Окружающая среда образования
Серпентинизация происходит на срединно-океанических хребтах, в мантии переддуговой области зон субдукции, в офиолитных комплексах и в ультрамафических интрузиях.
Мантия передней дуги
Серпентинизация – важное явление в зонах субдукции, оказывающее значительное влияние на круговорот воды и геодинамику зоны субдукции. Здесь мантийные породы охлаждаются субдуцирующей плитой до температур, при которых серпентинит становится стабильным, и флюиды в больших количествах высвобождаются из субдуцирующей плиты в ультрамафические мантийные породы. Поскольку серпентинизация снижает плотность исходной породы, она может приводить к поднятию или эксгумации серпентинитов на поверхность, как это произошло с серпентинитом, обнаженным в Президио Сан-Франциско после прекращения субдукции. Серпентинизированные ультрамафические породы встречаются во многих офиолитах. Офиолиты – это фрагменты океанической литосферы, надвинутые на континенты в процессе, называемом обдукцией. Обычно они состоят из слоя серпентинизированного гарцбургита (иногда называемого альпийским перидотитом в старых публикациях), слоя гидротермально измененных диабазов и подушечных базальтов, а также слоя глубоководных осадков, содержащих радиоляриевый ленточный херт.
Ограничение землетрясения
Исследования сейсмических волн могут обнаружить наличие крупных массивов серпентинита в коре и верхней мантии, поскольку серпентинизация оказывает значительное влияние на скорость сдвиговых волн. Более высокая степень серпентинизации приводит к снижению скорости сдвиговых волн и увеличению коэффициента Пуассона. Серпентинизация может формировать инвертированную границу Мохоровичича, при которой сейсмическая скорость резко уменьшается при переходе через границу кора-мантия, что противоположно обычному поведению. Серпентинит обладает высокой пластичностью, создавая асейсмическую зону в передней части дуги, где серпентиниты скользят со скоростью движения плиты. Наличие серпентинита может ограничивать максимальную глубину возникновения мегатолчковых землетрясений, препятствуя распространению разрыва в мантию передней дуги.