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La serpentinisation est une hydratation et une transformation métamorphique de minéraux ferromagnésiens, tels que l'olivine et le pyroxène , dans des roches mafiques et ultramafiques pour produire de la serpentinite . Les minéraux formés par serpentinisation comprennent les minéraux du groupe de la serpentine ( antigorite , lizardite , chrysotile ), la brucite , le talc , les alliages Ni-Fe et la magnétite . L' altération minérale est particulièrement importante au fond de la mer aux limites des plaques tectoniques .
Formation et pétrologie
Français La serpentinisation est une forme de métamorphisme à basse température (0 à ~600 °C) des minéraux ferromagnésiens dans les roches mafiques et ultramafiques , telles que la dunite , la harzburgite ou la lherzolite . Il s'agit de roches pauvres en silice et composées principalement d' olivine ( (Mg 2+ , Fe 2+ ) 2 SiO 4 ), de pyroxène ( XY(Si,Al) 2 O 6 ) et de chromite (approximativement FeCr 2 O 4 ). La serpentinisation est en grande partie provoquée par l'hydratation et l'oxydation de l'olivine et du pyroxène en minéraux du groupe de la serpentine (antigorite, lizardite et chrysotile), de brucite ( Mg(OH) 2 ), de talc ( Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 ) et de magnétite ( Fe 3 O 4 ). Dans les conditions chimiques inhabituelles qui accompagnent la serpentinisation, l'eau est l'agent oxydant et est elle-même réduite en hydrogène, H
2Cela conduit à d'autres réactions qui produisent des minéraux rares du groupe du fer , tels que l'awaruite ( Ni
3Fe ) et fer natif ; méthane et autres composés hydrocarbonés ; et sulfure d'hydrogène .
Lors de la serpentinisation, de grandes quantités d'eau sont absorbées par la roche, ce qui augmente le volume, réduit la densité et détruit la structure d'origine. La densité passe de 3,3 à 2,5 g/cm3 ( 0,119 à 0,090 lb/cu in) avec une augmentation de volume simultanée de l'ordre de 30 à 40 %. La réaction est hautement exothermique , libérant jusqu'à 40 kilojoules (9,6 kcal) par mole d'eau réagissant avec la roche, et les températures de la roche peuvent être augmentées d'environ 260 °C (500 °F), cheminées hydrothermales non volcaniques . L'hydrogène, le méthane et le sulfure d'hydrogène produits lors de la serpentinisation sont libérés dans ces cheminées et fournissent des sources d'énergie aux micro-organismes chimiotrophes des grands fonds .
Formation de minéraux serpentiniques
L'olivine est une solution solide de forstérite , le membre terminal de magnésium de (Mg 2+ , Fe 2+ ) 2 SiO 4 , et de fayalite , le membre terminal de fer , la forstérite constituant généralement environ 90 % de l'olivine dans les roches ultramafiques. La serpentine peut se former à partir de l'olivine via plusieurs réactions :
| Forstérite3 mg 2SiO 4+dioxyde de siliciumSiO 2+ 4 H 2O →serpentin2 mg 3Si 2O 5(OH) 4 |
( ) |
| Forstérite2 mg 2SiO 4+eau3 heures 2O→serpentinMg 3Si 2O 5(OH) 4+bruciteMg(OH) 2 |
( ) La réaction 1a lie étroitement la silice, abaissant son activité chimique aux valeurs les plus basses observées dans les roches communes de la croûte terrestre . La serpentinisation se poursuit ensuite par l'hydratation de l'olivine pour produire de la serpentine et de la brucite (réaction 1b). Le mélange de brucite et de serpentine formé par la réaction 1b a la plus faible activité de silice dans la serpentinite , de sorte que la phase brucite est très importante pour comprendre la serpentinisation. Cependant, la brucite est souvent mélangée à la serpentine de sorte qu'elle est difficile à identifier sauf par diffraction des rayons X , et elle est facilement altérée dans des conditions d'altération de surface. Une série de réactions similaires implique des minéraux du groupe des pyroxènes :
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