Serpentinit

Serpentinit nastaja iz olivina v vec reakcijah, od katerih so nekatere komplementarne. Olivin je trdna raztopina med magnezijevim koncnim clanom forsteritom in zelezovim koncnim clanom fajalitom. V serpentinitskih reakcijah 1a in 1b pride do izmenjave kremena med forsteritom in fajalitom, pri cemer nastaja serpentinska skupina mineralov in magnetit. Obe reakciji sta zelo eksotermni.

fajalit3 Fe2SiO4 + voda2 H2O - magnetit2 Fe3O4 + ortosilicijeva kislina3 SiO2 + vodik2 H2

(Reakcija 1a)

forsterit3 Mg2SiO4 + ortosilicijeva kislinaSiO2 + 4 H2O - serpentin2 Mg3Si2O5(OH)4

(Reakcija 1b)

forsterit2 Mg2SiO4 + voda3 H2O - serpentinMg3Si2O5(OH)4 + brucitMg(OH)2

(Reakcija 1c)

Reakcija 1c prikazuje hidratacijo olivina, s katero nastajata serpentin in Mg(OH)₂ (brucit). Serpentin je stabilen pri visokih pH v prisotnosti brucita kot je na primer stabilen kalcijev silikat hidrat (C-S-H faza), ki nastane skupaj s portlanditom v strjeni pasti portlandskega cementa po hidrataciji belita (Ca₂SiO₄), umetnega kalcijevega ekvivalenta forsterita.

belit2 Ca2SiO4 + voda4 H2O - C-S-H faza3 CaO * 2 SiO2 * 3 H2O + portlanditCa(OH)2

(Reakcija 1d)

Reakcija 1d je analogna reakciji 1c, samo da je vanjo namesto forsterita (Mg₂SiO₄) vkljucen belit (Ca₂SiO₄) in poteka med strjevanjem portlandskega cementa.

V reakcijah nastajajo slabo topni produkti (ortosilicijeva kislina, magnezijevi ioni), ki se z difuzijo ali advekcijo (krozenjem vode) izluzijo iz serpentinizirane cone.

Podoben niz reakcij vkljucuje piroksensko skupino mineralov, ceprav so manj reaktivni. Reakcije so bolj zapletene zaradi dodatnih koncnih produktov, ki so posledica bolj sirokih sestav piroksena in zmesi piroksen-olivin. Mozna produkta sta lojevec in magnezijev klorit skupaj s serpentinskimi minerali antigorit (listasta oblika rombicnega serpentina), lizardit (psevdomorfoza serpentina po enstatitu) in krizotil (vlaknati monoklinski serpentin). Koncna mineralogije je odvisna od sestave kamnine in tekocine, temperature in tlaka. Antigorit nastaja z metamorfizmom pri temperaturah, ki lahko presezejo 600 degC. Je temperaturno najbolj obstojen mineral iz serpentinske skupine mineralov. Lizardit in krizotil lahko nastajata pri nizkih temperaturah zelo blizu Zemljine povrsine. Tekocine, vkljucene v nastajanja serpentina, so obicajno zelo reaktivne in lahko prenasajo kalcij in druge elemente iz okoliskih kamnin. Reakcije tekocine s temi kamninami lahko tvorijo metasomatske reakcijske cone, obogatene s kalcijem. Imenujejo se rodingiti.

V prisotnosti ogljikovega dioksida lahko s serpentinizacijo nastaneta magnezit (MgCO₃) ali metan (CH₄). Domneva se, da lahko pri serpentinizaciji v oceanski skorji nastane tudi nekaj plinastih ogljikovodikov.

2O}} + {{overset|[[ogljikov dioksid]]|CO₂}} - {{overset|serpentin|Mg₃Si₂O₅(OH)₄}} + {{overset|magnetit|Fe₃O₄}} + {{overset|[[metan]]|CH₄}}\n"},"3":{"wt":"{{EquationRef|Reakcija 2a}}"}},"i":0}}]}">

olivin(Fe,Mg)2SiO4 + vodan*H2O + ogljikov dioksidCO2 - serpentinMg3Si2O5(OH)4 + magnetitFe3O4 + metanCH4

(Reakcija 2a)

ali v uravnotezeni obliki:

18 Mg2SiO4 + 6 Fe2SiO4 + 26 H2O + CO2 - 12 Mg3Si2O5(OH)4 + 4 Fe3O4 + CH4

(Reakcija 2a')

2O}} + {{overset|ogljikov dioksid|CO₂}} - {{overset|serpentin|Mg₃Si₂O₅(OH)₄}} + {{overset|[[magnetit]]|Fe₃O₄}} + {{overset|[[magnezit]]|MgCO₃}} + {{overset|kremen|SiO₂}}\n"},"3":{"wt":"{{EquationRef|Reakcija 2b}}"}},"i":0}}]}">

olivin(Fe,Mg)2SiO4 + vodan*H2O + ogljikov dioksidCO2 - serpentinMg3Si2O5(OH)4 + magnetitFe3O4 + magnezitMgCO3 + kremenSiO2

(Reakcija 2b)

Reakcija 2a prevladuje v serpentinitih, siromasnih z magnezijem, ali ce ni dovolj ogljikovega dioksida za tvorbo lojevca. Reakcija 2b prevladuje v okoljih, bogatih z magnezijem, in pri nizkih parcialnih tlakih ogljikovega dioksida.

Stopnja, do katere v ultramaficnih kamninah potece serpentinizacija, je odvisna od zacetne sestave kamnine in prisotnosti/odsotnosti tekocin, ki iz procesov odnasajo kalcij, magnezij in druge elemente. Ce je v olivinu dovolj fajalita, lahko olivin v zaprtih sistemih z vodo popolnoma metamorfira v serpentin in magnetit. V vecini ultramaficnih kamnin, nastalih v Zemljinem plascu, je v olivinu priblizno 90% forsteritnega koncnega clana, zato se taksen olivin v celoti pretvori v serpentin, ce se le magnezij izloci iz reakcijske mase.

Serpentinizacija peridotitne mase obicajno unici vse prejsnje teksture, ker so serpentinski minerali mehansko neodporni in prilagodljivi. Nekatere mase serpentinita se kljub temu manj deformirajo, kar kazejo teksture, ki so jih nasledile od peridotita. Taksni serpentiniti se obnasajo kot toge tvorbe.

V reakciji sodelujejo tri molekule fajalita (Fe₂(SiO₄)) s skupaj sestimi ioni Fe²⁺. Stirje ioni oksidirajo v Fe³⁺, dva pa ostaneta v prvotnem stanju. Ce se zanemari ortosilikatne anione, ki ne sodelujejo v redoks reakciji, bi se reakcijo morda lahko zapisalo v naslednji obliki:

4 Fe2+ + 2 H2O - 4 Fe3+ + 2 O2- + 2 H2

(Reakcija 3a)

Reakcija je zanimiva, ker se v njej sprosca plinast vodik.

Dva neoksidirana Fe²⁺ iona se nazadnje vezeta s feri kationi Fe³⁺ in anioni O^2- v magnetit (Fe₃O₄).

Ker se morajo vzporedno s temi procesi ortosilikatni anioni pretvoriti v kremen (SiO₂) in prosto kisikova anione (O^2-), je skupno reakcijo anaerobne oksidacije in hidrolize fajalita mogoce zapisati z naslednjo masno bilanco:

fajalit3 Fe2SiO4 + voda2 H2O - magnetit2 Fe3O4 + kremen3 SiO2 + vodik2 H2

(Reakcija 3b)

Reakcija spominja na Schikorrjevo reakcijo pri anaerobni oksidaciji fero hidroksida s stiku z vodo:

fero hidroksid3 Fe(OH)2 - magnetitFe3O4 + voda2 H2O + vodikH2

(Reakcija 3c)

Sledovi metana v Marsovi atmosferi bi ob predpostavki, da je produkt bakterij, lahko sluzili kot morebitni dokaz za obstoj zivljenja na Marsu. Alternativni nebioloski vir metana bi lahko bila serpentinizacija.^[4]

Podatki z vesoljske sonde Cassini-Huygens, pridobljeni v letih 2010-2012, morda potrjujejo hipotezo, da je na Saturnovi luni Enkelad pod zamrnjeno povrsino ocean tekoce vode. Model kaze, da je voda alkalna (pH 11-12).^[5] Visok pH se interpretira kot kljucna posledica serpentinizacije hondritske kamnine, v kateri se sprosca vodik. Proces je geotermalen vir energije, ki bi lahko podprl tako abiotsko kot biolosko sintezo organskih molekul.^[5][6]

Serpentiniti z visoko vsebnostjo kalcita so se ob verd antique (brecasta oblika serpentinita) v preteklosti zaradi marmorju podobne kakovosti uporabljali kot okrasni kamen. V Evropi so bili pred odkritjem Amerike glavni viri serpentinita v goratih predelih Piemonta, Italija, in v okolici Larise, Grcija.^[8]

Inuiti, ljudstvo iz arkticnega dela Evrope in Severne Amerike, uporabljajo za razsvetljavo in kuhanje skledaste oljenke s stenjem, izdelane iz serpentinita, imenovane kulik ali kudlik. Iz serpentinita so izdelovali tudi orodje in skulpture zivali za prodajo.

Skriljevec iz Val d'Anniviers, Svica, razlicek kloritnega lojevca, ki je spremljal alpski serpentinit, so domacini rezljali in uporabljali za podstavke (nemsko Ofenstein) litozeleznih peci.^[9]

Serpentinit vsebuje obilo vode, torej tudi veliko vodikovih ionov, sposobnih upocasniti nevtrone z elasticno kolizijo (termalizacija nevtronov). Serpentinit se zato lahko uporabi kot suhi filter znotraj jeklenih plascev nekaterih izvedb jedrskih reaktorjev. V reaktorjih RBMK se uporablja kot zgornji radiacijski scit, ki sciti operaterja pred pobeglimi nevtroni.^[10] Serpentinit se lahko dodaja tudi posebnemu betonu za oklepe jedrskih reaktorjev, ker poveca gostoto betona (2,6 g/cm³) in njegovo sposobnost absorbiranja nevtronov.^[11][12]