Articles

Geologi ugens ord: O er for Ophiolite-Georneys

august 6, 2021 by admin

skygger over Oman mantle peridotit, januar 2009.

def. Ophiolit:
En ophiolit er et segment af havskorpe og mantel tektonisk udsat på land ved obduktion (overthrust), normalt når et havbassin lukker. En ophiolit sekvens består af variabelt ændrede oceaniske klipper, herunder marine sedimenter, havskorpen og en del af kappen. Navnet ophiolit betyder ” snakestone “fra” ophio “(slange) og” lithos ” (sten) på græsk. Klippesekvensen er opkaldt efter de strålende grønne, slangelignende serpentinmineraler, der dannes i ændret havskorpe og kappe. Ophiolitter er sjældne, men ikke desto mindre findes i hele verden. Bemærkelsesværdige ophiolitter findes på Cypern, det nordvestlige USA, Alperne, Papua Ny Guineaog Oman.
Jeg er havgeolog, men jeg snyder ofte og arbejder på land. Til et af mine ph.d.-generelle eksamensprojekter arbejdede jeg på klipper fra Island, som er en del af Mid-Atlantic Ridge, der har opbygget sig over havets overflade på grund af et hotspot. Til min specialeforskning arbejder jeg i Samail Ophiolite, som ligger i Oman og De Forenede Arabiske Emirater og er en af de største, bedst bevarede og bedst udsatte ophiolitter i verden. For begge projekter studerer jeg marine klipper, der er blevet udsat på land på grund af usædvanlige omstændigheder. Selvom sådanne klipper er unormale og derfor ikke er perfekte analogier til dine gennemsnitlige havbundssten, der er store fordele ved at være i stand til faktisk at se, røre ved, og– hvis det er nødvendigt til identifikation– smag marine klipper i forbindelse med en outcrop.

traditionel havgeologi er dyr og vanskelig. Da havbunden generelt er dækket af flere kilometer vand, kan havgeologer ikke studere havbunden ved hjælp af traditionelle geologiske metoder. Det vil sige, marine geologer kan ikke gå rundt med deres kort, hamre, og Brunton kompasser og observere geologien fra første hånd. I stedet skal havgeologer gå ud på skibe og bruge fjernmetoder til at foretage observationer og prøve havbunden. At gå ud på skibe er meget dyrt og koster titusinder af dollars om dagen. For eksempel er en af de bedste måder at observere havbunden på at gå ned i en bemandet dybhavs nedsænkning som Alvin. Imidlertid er driftsomkostningerne for Alvin, inklusive skibsomkostningerne, omkring $40.000 pr. Dette er utroligt dyrt, og selv Alvin tillader dig ikke at gå på klipperne med din Brunton. Til sammenligning koster en måneds feltarbejde i Oman omkring $10.000 for mig selv og en assistent– omkring $3.000 for to returbilletter, omkring $4.000 for en leje 4 gange 4, $500 for gas, $500 for mad og vand, måske $500 for et par nætter på et hotel (vi camperer resten af tiden) og $1.500 for forsyninger og forsendelse af klipper. Så for 1/4 af omkostningerne ved drift af Alvin i en enkelt dag kan jeg udføre en måned med feltarbejde på marine klipper udsat i Samail Ophiolite. Oman er et dyrt land, så mange af disse omkostninger (såsom lejebilen) reduceres, når man arbejder på andre ophiolitter.

der er forskellige fjernmetoder til at observere havbundens geologi. Topografien på havbunden kan kortlægges fra et skib ved hjælp af multibeam bathymetri (hoppende lydbølger fra bunden af havet for at beregne topografi) eller ved satellithøjdemåling (ved hjælp af højden på havbølger til at se efter tyngdekraftsanomalier og udlede topografien nedenfor). Yderligere fjerninstrumenter (skib eller satellit) giver marine geologer mulighed for at måle egenskaber, såsom magnetisme og tyngdekraft (som kan give information om topografi og densitet) af marine klipper. Seismiske bølger-passiv kilde (genereret naturligt af jorden, såsom under et jordskælv) og aktiv kilde (genereret af mennesket, ofte ved en eksplosion)– kan overvåges for at lære om strukturen af de marine klipper. For eksempel kan hastigheden af seismiske bølger gennem forskellige dele af skorpen og kappen bruges til at udlede densitet. Seismiske bølger bevæger sig hurtigere gennem mere tætte lag (såsom hård sten som basalt eller gabbro) og bevæger sig langsommere gennem mindre tætte lag (såsom blødt havsediment).

der er også forskellige metoder til prøveudtagning af havbunden. En af de bedste måder at prøve havbunden på er at bruge en dybhavs nedsænkning som Alvin, da dette giver dig mulighed for at se nøjagtigt, hvor de klipper, du prøver, kommer fra. Men da Alvin og andre undervandsfartøjer er så dyre, er en meget almindelig metode til prøveudtagning af havbunden uddybning— dybest set kaster en metalkurv over skibets side og trækker den langs havbunden. Denne enkle teknik kan være meget effektiv. Som et eksempel, da jeg deltog i et to-måneders krydstogt langs Ninetyeast Ridge, opnåede vi omkring 3.000 kg klipper ved uddybning. Imidlertid, opmudring giver kun begrænset geologisk kontekst for prøverne og har også en tendens til at samle løse overfladeklipper, der måske eller måske ikke er repræsentative for outcrop. For eksempel, disse klipper kan have rullet ned ad bakke fra andre steder. En anden metode til prøveudtagning er boring af kerner fra havbunden. Siden slutningen af 1960 ‘ erne har der været en global indsats for at få kerner fra havbunden i form af først Dybhavsboringsprojektet, derefter Havboringsprogrammet og endelig det integrerede Havboringsprogram. Kerner er gode, fordi de prøver den faktiske havbund (ikke kun løse klipper) og kan også prøve dybt ind i skorpen. Imidlertid, som jeg diskuterede i mit indlæg om litosfæren, ingen havboringsindsats har formået at nå skorpe-mantelgrænsen. Kerner har også deres begrænsninger. De er kun et par inches i diameter, og så de giver kun smalle cylinder snapshots af den samlede geologi. Nogle kerner er ret dybe, men andre kan kun prøve de øverste få meter af havbunden. Boring er også meget mere tidskrævende og dyrt end opmudring.

fordi det er så udfordrende og dyrt at studere geologien i selve havbunden, arbejder mange havgeologer også på Island– det eneste sted, du kan gå langs en aktiv Midthavsryg-og på ophiolitter, som er fragmenter af havskorpe og kappe, der er blevet udsat på land på grund af usædvanlige tektoniske omstændigheder. Tæt oceanisk skorpe subducerer næsten altid under lettere og mere flydende kontinentale skorpe. Dette er den traditionelle pladetektoniske situation, som du lærer om i indledende Jordvidenskabskurser. Imidlertid, under visse omstændigheder kan havskorpen– i det mindste små skiver– skubbes op på land. For eksempel sker dette ofte, når havbassiner lukker, især hvis havskorpen er ung og relativt varm og flydende. Skiver af havskorpen kan også blive kastet på land i et forearc miljø. Forearc er det område, der ligger mellem en subduktionssone og dens tilknyttede vulkanske bue. Ny kontinental skorpe er ofte accreted i forearc miljøer, og denne accretion omfatter ofte små bit af havskorpen.

som et eksempel er her en forenklet version af obduktion (overthrust) af Samail Ophiolite i Oman:

Samail Ophiolite obduktion. Kontinental skorpe angivet med kryds, oceanisk skorpe
ved mørkere skygge. Figur taget fra Coleman (1981). Klik på figuren for at se større.

der er en anden vigtig grund til, at marine geologer ofte studerer ophiolitter: ud over at udsætte havskorpen udsætter ophiolitter også ofte en del af det underliggende mantel. Da forskere aldrig har boret dybt nok ned i jorden til at observere kappen, er ophiolitter vigtige, fordi de er steder, hvor geologer kan observere store dele af mantelklipper direkte. Geologer kan også studere mantelklipper, der er blevet løftet op til havbunden gennem tektoniske processer, men igen gør alt det vand observation vanskeligt.

nedenfor er et kort, der viser globale eksponeringer af mantle (aka “ultramafic”) klipper. Dette kort er lidt dateret, da det blev offentliggjort i 1982. Siden da er der opdaget mange flere manteleksponeringer, især på havbunden. Kortet giver dig dog en god generel ide om, hvor på jorden ophiolitter (linjer på kontinenter) kan findes, og hvor mantelklipper (prikker og kasser på oceaner) er blevet bragt til overfladen af havbunden.

verdenskort, der viser placeringer af ophiolitter (linjer på kontinenter) og eksponeringer af mantel
klipper på havbunden (prikker og kasser på oceaner). Figur taget fra Hekinian (1982).
Klik på figuren for at se større.

i definitionen ovenfor nævner jeg en ophiolitsekvens. Den klassiske ophiolitsekvens, såsom den, der findes i Oman, er marine sediment derefter vulkansk basalt derefter plutonisk gabbro (den samme kemiske sammensætning som basalt, men krystalliseret dybt snarere end ved havbundens overflade) derefter mantel (for det meste peridotit). Disse klassiske ophiolite lag har fået tal, som marine geologer bruger som kort hånd. Tallene er:

1 – dybhavssediment
2-Basalt
3 – Gabbro
4 – peridotit

Nogle af disse lag er blevet yderligere adskilt i underlag baseret på densitet og teksturelle træk:

1 – Dybhavssediment-ingen underinddeling.
2-Basalt – ofte yderligere opdelt i A, B og C. lag 2a repræsenterer overfladepude lavabasalt, mens 2C repræsenterer et område med arkede diger, der afkøles langsommere og er gabbroiske i sammensætning. 2B er en slags overgangsområde. Nogle geologer nedbryder bare lag 2 til 2A (overflade vulkaner) og 2b (sheeted diger).
3-Gabbro-ofte opdelt i 3A (almindelig gabbro) og 3B (lagdelt gabbro).
4-peridotit – normalt ikke opdelt, selvom der også er regelmæssig og lagdelt peridotit.

Ocean skorpe (og kappe) lag. Figur modificeret fra brun og Mussett (1993) og
taget fra min Marine Geologi & Geofysik i kursus noter. Klik på figuren for at se større.

i mange år baserede marine geologer deres forståelse af strukturen og sammensætningen af havskorpen og mantlen på ophiolites struktur og sammensætning. Nu forstår marine geologer, at strukturen af den faktiske havskorpe og mantel ofte adskiller sig lidt fra ophiolites. For eksempel er havskorpen og mantellagene ofte tykkere i det faktiske hav end i ophiolitter (se ovenstående figur). Ikke desto mindre giver ophiolitter fremragende, let tilgængelige analoger til havskorpen og mantlen.

nedenfor er et par fotografier fra mit eget feltarbejde i peridotitlaget af Samail Ophiolite i Oman. Til min afhandling studerer jeg de unikke måder, hvorpå peridotit– som er en mantelsten og ikke hører hjemme på jordens overflade– ændrer sig, når den løftes op på land. Især studerer jeg dannelsen af carbonatmineraler. Når peridotit ændrer sig, dannes mange carbonatmineraler (f.eks. calcit, dolomit, magnesit). Kulsyre (CO2) i disse carbonater kommer fra atmosfæren. Thus, formation of carbonate minerals in peridotite is a natural process that removes CO2 from the atmosphere and stores this CO2 in solid mineral form.