Az óceán karbonát üledékei oxidálhatják a föld köpenyét • Vladislav Strekopytov • Tudományos hírek a "Elemekről" • Geokémia

Az óceán karbonát üledékei oxidálhatják a föld köpenyét

Ábra. 1. A gránátok gyémánt kristályok mikrobefoglalása. Fotó: ualberta.ca

A dél-afrikai Yakersfonteynből származó kimberlite csőből származó gyémántok által körülvevő gránátok tanulmányozása érdekes mintát fedezett fel: a vas granulált oxidációjának mértéke növekszik az ásványi képződés mélységével. 240 km mélységben ez a paraméter 0,08, és 500 km mélységben – már 0,30. Mivel a felső köpeny alsó részében már nincs szabad oxigén, valamilyen más oxidálószernek kell működnie. A szerzők azt sugallják, hogy ezek lehetnek óceáni karbonátos lerakódások, amelyek az aljzat zónáiban a víz alá esnek, és az elmerült óceáni litoszferikus lemez.

A kémia szempontjából a környezet legfontosabb paramétere a hőmérséklet és a nyomás, valamint a nyomás, a redox körülmények között, amelyek egyik mutatója a vas oxidációs foka, a negyedik legelterjedtebb eleme a föld kéreg. A Föld belsejében tanulmányozó geokémikusok esetében ezeknek a feltételeknek a meghatározása általában az első számú kérdés, mivel a különböző mélységek hőmérsékletét és nyomását is könnyen kiszámítással lehet elérni.De annak érdekében, hogy megértsük ezt a kérdést, akkor azonnal be kell szereznünk az anyagot tanulmányozásra.

A Föld belsejében a nyomást a sűrűségi modell alapján számítják ki. A nyomás növekedése a felszíntől való távolsággal több okból adódik:
1) a túlnyúló héjak súlyának (lithosztatikus nyomás) nyomása;
2) a fázistranszferek egységes kémiai összetételű héjakban (különösen a köpenyben);
3) a kagyló kémiai összetételének különbsége (kéreg és köpeny, köpeny és mag).

A kontinentális kéreg lábánál a nyomás körülbelül 1 GPa. A köpenyben a nyomás fokozatosan növekszik, elérve a 135 GPa-t a köpeny és a mag határán.

A bolygó belsejében lévő hőmérsékletek kiszámításához geotermikus gradiens fogalmát alkalmazzuk (hőmérséklet-emelkedés mélységgel). A litoszféra számításai szerint körülbelül 100 km mélységben a hőmérséklet körülbelül 1300 ° C, mélysége 410 km – 1500 ° C, 670 km – 1800 ° C mélységben, a mag és a köpeny határán – 2500 ° C, 5150 km mélységben 3300 ° С, a Föld közepén – 3400 ° С. Ebben az esetben csak a fő (és legvalószínűbb a mély zónák esetében) hőforrást veszik figyelembe – a mély gravitációs differenciálódás energiája, vagyis a kémiai és fázisátalakítások során a hő kibocsátás az anyag sűrűségének újraelosztása során.Az ilyen átalakítások fő tényezője a nyomás.

Már írtuk, hogy a kimberlite csövek rendkívül mély, természetes "mélyedések", amelyek lehetővé teszik, hogy mélyen a Földre nézzenek (lásd például a nitridek és az alsó köpenyből származó karbonitridek segíthetnek az elveszett nitrogén megtalálásában, "Elements", 2010.11.17.). A kimberlite magma által megragadott és a felszínre hozott mély kőzetek (xenoliths) alapvető információkat szolgáltatnak a felső köpeny anyagának összetételéről (kb. 200 km mélységig). Először is, ebben az esetben peridotit xenolithsról beszélünk. Az ilyen xenolithák számos mintáját már korábban tanulmányozták, ami a vas oxidált állapotának részletes elképzelését eredményezte legfeljebb 200 km mélységben (2. Érdekes szabályosságot találtunk: a vas oxidációjának mértéke a mélységgel nőtt, és nem csökkent, ahogy azt elvárnánk, azon az alapon, hogy a szabad oxigén a fő oxidálószer, és mélységgel csökken. A b-ra vonatkozó állapot továbbra is kérdéses.körülbelülmélyebb mélységeket. A 200 km-t meghaladó mélységű vasból készült természetes minták rendkívül ritkák, és csak kimberlite csövek gyémántjaiban találhatók zárványok (mindenekelőtt a granulák mikroinclusziója).Általában a kimberlite csövek gyémántjaiból származó ásványi zárványok lényegében a több száz kilométeres mélységből, a felső köpeny aljától (200-410 km) vagy a felső és az alsó köpeny közötti átmeneti zónából (" 419-660 km).

Ábra. 2. A vas-oxid (Fe3+) a Yakhersfontein-ból származó gyémántok gránit-zárványok teljes vastartalmára vonatkozóan (piros körök, a tárgyalt cikk szerzői szerint) és a peridotit xenolithosokból származó lithospheric granulákban (egyéb ikonok, más kutatók szerint). Vízszintesen alatta jelzett nyomás (GPa-ban), a tetején – mélység (km-ben). Átmeneti zóna – a köpeny átmeneti zónája. Ábra a tárgyalt cikkből Természetföldtudomány

Az Egyesült Királyságban az Oxfordi Egyetem és a németországi Bayreuth Egyetem geokémiai csapata nagy mélységben sikerült kitöltenie az oxidáló környezet ismeretét, és megértette, hogy a Föld mélyén milyen formában van a vas. Tanulmányozták a vas minta oxidációjának mértékét 13 gránátalma mintaként (0,1-0,3 mm méretű) a Yahersfontein kimberlite csőből Dél-Afrikában (lásd Jagersfontein bánya). A magasnyomású gránátok nagynyomású (nagy nyomású)melyet elsősorban a majoritával (majorit) mutattunk be, szinkrotron Mössbauer spektroszkópiával (SMS), amelyet egykristályos röntgendiffrakció (XRD) egészített ki.

Az ásványi anyagok képződésének mélységének meghatározásához a geokémikusok az úgynevezett geokémiai geobarométereket használják, amelyek bizonyos típusú ásványi anyagok bizonyos körülmények között átmeneti reakciói másoknak. Természetesen figyelembe kell vennie a hőmérsékletet, de a nyomás sokkal fontosabb, mivel ez a paraméter egyértelműen jelzi az ásványi anyag képződésének mélységét. Különösen ismert, hogy a 7,5 GPa-t meghaladó nyomáson a piroxén feloldódik a gránátban, amely összetételében fázissal (Mg, Fe)4Si4O12 és Na2MgSi5O12. A gránátos fázisok tartalma meglehetősen pontos képet nyújt az ásványgyártás körülményei között. Például mintegy 500 km mélységű szubtuváló bazaltos litoszferikus lemezeken az egész piroxén egy granatit aggregátumba kerül, amely körülbelül 95% fő és körülbelül 5% sztovovitból áll (a szilícium-dioxid sűrűbb módosítása).

A tudósok felfedezték, hogy mélységgel a vas oxidációs fokának növekedése folytatódik, bár a felső köpeny és az átmeneti zóna alsó szakaszaihoz tartozó mélységekben,a szabad oxigén teljesen hiányzik, logikusabb volt, ha nem fémes vas, akkor legalább vas (bivalens). A köpeny átmeneti zónájából nagyon mély gránátok kétszer annyi Fe-t tartalmaznak3+mint a felsőbb köpenytől leginkább oxidált gránátok. A felső köpeny felsõ része körülbelül 6,3 tömeg% vasat tartalmaz, amely elsõsorban kétkomponensû vasat képvisel a legfontosabb kõzetképzõ ásványokban: olivin, piroxén, spinell és gránát. A peridotit xenolithosokból vagy a piroxenitekből származó ásványi anyagok Mössbauer-spektroszkópiai analíziséből régebben végzett vizsgálatok szerint a felső köpeny felső része nagyon kicsi a háromértékű (oxidos) vasban (Fe arány3+/ (Fe3+ + Fe2+) körülbelül 0,036). Ez azt jelenti, hogy a felső köpeny alsó részében a tápközeg jobban oxidáló, mint a felső részében, és néhány erős oxidálószer is működik ott!

Ez a tény egyetért azzal a hipotézissel, hogy az oxidálószer ebben az esetben karbonátos folyadékok vagy olvadékok alakultak ki nagy mélységben a karbonát anyag olvadása során, amely szubszuciációs zónákban az óceáni lemeztől legalább 550 km mélységig kicsapódott.Ezen a mélységen van, hogy az alátétlemez anyaga megolvadt, a karbonátok reagálnak a környező kőzetekre, és a reakció során felszabaduló szén lehet az anyag forrása a gyémántok kialakulásához. Az anyag fejlődésének lehetséges sémájaként a szerzők idézik a Mg. Reakciót2Si2O6 (enstatit) + 2MgCO3 (magnezit) = 2 mg2SiO4 (olivin) + 2 (gyémánt) + 2O2.

A cikkben bemutatott adatok lehetővé teszik számunkra, hogy frissen nézzük meg a szén geokémiai ciklusát – a szén különböző formáinak ciklusát a Föld minden borítékában. Most nyilvánvaló, hogy az óceánok karbonátos üledékei fontos szerepet játszanak ebben a rendszerben.

Forrás: Ekaterina S. Kiseeva, Denis M. Vasiukov, Bernard J. Wood, Catherine McCammon, Thomas Stachel, Maxim Bykov, Elena Bykova, Aleksandr Chumakov, Valerio Cerantola, Jeff W. Harris, Leonid Dubrovinsky. Oxidált vas granulátumok a köpeny átmeneti zónájából // Természetföldtudomány. 2018. DOI: 10.1038 / s41561-017-0055-7.

Vladislav Strekopytov


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: