Articles

Viikon Geologian sana: O on Ophiolite-Georneys

6 elokuun, 2021 by admin

Shadows over Oman mantle peridotite, tammikuu 2009.

def. Ophioliitti:
ophioliitti on valtamerten kuoren ja vaipan osa, joka paljastuu tektonisesti maalla obduktion (ylijännitteen) vaikutuksesta, yleensä kun valtameriallas sulkeutuu. Ophioliittisekvenssi koostuu vaihtelevasti muuttuneista merellisistä kivilajeista, kuten merisedimenteistä, valtameren kuoresta ja osasta vaippaa. Nimi ophiolite tarkoittaa ” käärmekiveä ”kreikan kielen sanoista” ophio ”(käärme) ja” lithos ” (Kivi). Kivijakso on saanut nimensä kirkkaanvihreistä, käärmemäisistä serpentiinimineraaleista, joita muodostuu muuttuneessa valtameren kuoressa ja vaipassa. Ophioliitit ovat harvinaisia, mutta siitä huolimatta niitä esiintyy kaikkialla maailmassa. Merkittäviä ophioliitteja tavataan Kyproksella, Yhdysvaltain luoteisosissa, Alpeilla, Papua-Uudessa-Guineassa ja Omanissa.
olen merigeologi, mutta usein huijaan ja teen töitä maalla. Yksi minun PhD yleinen tentti hankkeita, työskentelin kiviä Islannista, joka on osa Atlantin Keskiselänteen, joka on rakennettu merenpinnan yläpuolella, koska hotspot. Väitöskirjatutkimustani varten työskentelen Samail Ophioliitissa, joka sijaitsee Omanissa ja Yhdistyneissä Arabiemiirikunnissa ja on yksi maailman suurimmista, parhaiten säilyneistä ja parhaiten altistuneista ophioliiteista. Molemmissa hankkeissa tutkin meren kiviä, jotka ovat paljastuneet maalla epätavallisten olosuhteiden vuoksi. Vaikka tällaiset kivet ovat poikkeavia eivätkä siten ole täydellisiä analogioita keskimääräisille merenpohjan kiville, on olemassa suuria etuja siitä, että ne voivat todella nähdä, koskettaa ja– jos niitä tarvitaan tunnistamiseen– maistaa meren kiviä ulkoseinän yhteydessä.

perinteinen merigeologia on kallista ja vaikeaa. Koska merenpohjaa peittää yleensä useita kilometrejä vettä, merigeologit eivät voi tutkia merenpohjaa perinteisin geologisin menetelmin. Toisin sanoen merigeologit eivät voi kävellä karttojensa, vasaroidensa ja Bruntonin kompassiensa kanssa ja tarkkailla geologiaa omakohtaisesti. Sen sijaan merigeologien täytyy mennä laivoille ja tehdä etämenetelmillä havaintoja ja ottaa näytteitä merenpohjasta. Laivoilla käyminen on hyvin kallista ja maksaa kymmeniä tuhansia dollareita päivässä. Esimerkiksi yksi parhaista tavoista tarkkailla merenpohjaa on mennä alas Alvinin kaltaisella miehitetyllä syvänmeren sukellusaluksella. Alvinin käyttökustannukset laivakustannukset mukaan lukien ovat kuitenkin noin 40 000 dollaria päivässä. Tämä on uskomattoman kallista, eikä edes Alvin anna sinun kävellä kallioilla Bruntonisi kanssa. Vertailun vuoksi, kuukauden kenttätyö Omanissa maksaa noin 10000 dollaria itselleni ja avustajalle– noin 3000 dollaria kahdesta edestakaisesta lentolipusta, noin 4000 dollaria vuokrasta 4 x 4, 500 dollaria bensasta, 500 dollaria ruoasta ja vedestä, ehkä 500 dollaria muutamasta yöstä hotellissa (leiriydymme loppuajan) ja 1500 dollaria tarvikkeista ja kuljetuskivistä. Joten, 1/4 Alvinin käyttökustannuksista yhden päivän ajan, – voin suorittaa kuukauden kenttätyötä samail Ophioliitissa paljastuneilla meren kivillä. Oman on kallis maa, joten monet näistä kustannuksista (kuten vuokra-auto) vähenevät, kun työskennellään muiden ophiolites.

merenpohjan geologian havainnointiin on olemassa erilaisia etämittausmenetelmiä. Merenpohjan topografia voidaan kartoittaa aluksesta käyttäen monipyöreää kylpymetriaa (merenpohjasta pomppivat ääniaallot topografian laskemiseksi) tai satelliittikorkeusmittausta (meren aaltojen korkeuden avulla etsitään painovoimapoikkeamia ja päätellään alla oleva topografia). Lisäksi kauko-ohjattavien (laiva-tai satelliittivälitteisten) mittalaitteiden avulla merigeologit voivat mitata meren kivien ominaisuuksia, kuten magnetismia ja vetovoimaa (joista voi saada tietoa pinnanmuodoista ja tiheydestä). Seismisiä aaltoja-passiivista lähdettä (jota maa tuottaa luonnollisesti esimerkiksi maanjäristyksen aikana) ja aktiivista lähdettä (jota ihminen synnyttää usein räjähdyksessä)– voidaan seurata, jotta saadaan tietoa meren kivien rakenteesta. Tiheyttä voidaan päätellä esimerkiksi maankuoren ja vaipan eri osien läpi kulkevien seismisten aaltojen nopeudesta. Seismiset aallot kulkevat nopeammin tiheämpien kerrosten läpi (kuten kova kivi, kuten basaltti tai gabro) ja kulkevat hitaammin harvempien kerrosten läpi (kuten pehmeä Merisedimentti).

merenpohjasta on myös erilaisia näytteenottotapoja. Yksi parhaista tavoista kokeilla merenpohjaa on käyttää syvänmeren sukellusalusta, kuten Alvin, koska näin voit nähdä tarkalleen, mistä kivet ovat näytteenotto ovat peräisin. Koska Alvin ja muut sukellusveneet ovat kuitenkin niin kalliita, hyvin yleinen tapa näytteenotossa merenpohjasta on ruoppaus— periaatteessa metallikorin heittäminen laivan kyljen yli ja sen raahaaminen merenpohjaa pitkin. Tämä yksinkertainen tekniikka voi olla erittäin tehokas. Esimerkiksi kun osallistuin kahden kuukauden risteilylle yhdeksäntoista harjua pitkin, saimme ruoppaamalla noin 3000 kiloa kiviä. Ruoppaus tarjoaa näytteille kuitenkin vain rajallisen geologisen kontekstin, ja sillä pyritään myös poimimaan irtonaisia pintakiviä, jotka saattavat edustaa tai olla edustamatta ojitusta. Nämä kivet ovat saattaneet esimerkiksi vieriä alamäkeen muista paikoista. Toinen näytteenottotapa on ydinten poraaminen merenpohjasta. 1960-luvun lopulta lähtien merenpohjasta on pyritty maailmanlaajuisesti saamaan ydintä ensin Deep Sea Drilling Projectin, sitten Ocean Drilling Programin ja lopuksi Integrated Ocean Drilling Programin muodossa. Ytimet ovat suuria, koska ne näyte todellinen merenpohjan (ei vain irtokiviä) ja voi myös näyte syvälle kuoreen. Litosfääriä käsittelevässä kirjoituksessani käsittelin kuitenkin sitä, että mikään valtameriporausyritys ei ole onnistunut saavuttamaan kuoren ja vaipan rajaa. Ytimillä on myös rajoituksensa. Ne ovat vain muutaman sentin läpimittaisia, joten ne tarjoavat vain kapeita sylinterimäisiä tilannekuvia koko geologiasta. Jotkin ytimet ovat melko syviä, mutta toiset voivat ottaa näytteitä vain muutaman metrin ylemmästä merenpohjasta. Poraus on myös paljon aikaa vievää ja kallista kuin ruoppaus.

koska varsinaisen merenpohjan geologian tutkiminen on niin haastavaa ja kallista, monet merigeologit työskentelevät myös Islannissa– ainoassa paikassa, jossa voi kävellä aktiivista valtameren Keskiseläntettä pitkin-ja ophioliiteissa, jotka ovat maankuoren ja vaipan palasia, jotka ovat paljastuneet maalla epätavallisten tektonisten olosuhteiden vuoksi. Tiheä valtamerten kuori subduktoituu lähes aina kevyemmän ja kelluvamman mantereisen kuoren alle. Tämä on perinteinen laattatektoninen tilanne, että opit johdanto Earth Science luokat. Tietyissä olosuhteissa valtameren kuori– ainakin pieni lohkare-voidaan kuitenkin työntää ylös maalle. Näin käy usein esimerkiksi valtamerten syvänteiden sulkeutuessa, varsinkin jos valtameren kuori on nuori ja suhteellisen kuuma ja kelluva. Merenkuoren sirpaleita voi myös työntyä maahan etualalla. Forearc on alue, joka sijaitsee subduktiovyöhykkeen ja siihen liittyvän vulkaanisen kaaren välissä. Uusia mannerkuoria kertyy usein forearc-ympäristöissä, ja tämä kertymä sisältää usein pieniä osia valtameren kuoresta.

esimerkkinä on yksinkertaistettu versio Omanin Samail Ophioliitin obduktiosta (overthrust):

Samail Ophioliitin obduktiosta. Mannerkuori merkitty risteillä, valtamerikuori
tummemmalla varjostuksella. Kuva otettu Colemanista (1981). Klikkaa kuvaa nähdäksesi suuremmaksi.

on toinenkin tärkeä syy, miksi merigeologit usein tutkivat ophioliitteja: valtameren kuoren lisäksi ophioliitit paljastavat usein myös osan alla olevasta vaipasta. Koska tiedemiehet eivät ole koskaan poranneet tarpeeksi syvälle maahan havaitakseen vaipan, ophioliitit ovat tärkeitä, koska ne ovat paikkoja, joissa geologit voivat havaita suuria osia vaipan kivistä suoraan. Geologit voivat tutkia myös mannerlaattojen kautta merenpohjaan kohonneita manttelikiviä, mutta jälleen kaikki tuo vesi vaikeuttaa havainnointia.

alla on kartta, joka näyttää maailmanlaajuiset altistumat manttelikiville (eli ”ultramafisille”). Tämä kartta on hieman päivätty, koska se julkaistiin vuonna 1982. Sen jälkeen erityisesti merenpohjasta on löydetty paljon enemmän vaippapaljastumia. Kartta antaa kuitenkin hyvän yleiskuvan siitä, mistä päin maapalloa ophioliitteja (viivoja mantereilla) löytyy ja mistä manttelikiviä (pisteitä ja laatikoita valtamerissä) on tuotu merenpohjan pinnalle.

maailmankartta, jossa näkyvät ophioliittien sijainnit (viivoja mantereilla) ja alleajot
kiviä merenpohjassa (pisteitä ja laatikoita valtamerissä). Kuva on otettu Hekinianista (1982).
Klikkaa kuvaa nähdäksesi isomman.

edellä olevassa määritelmässä mainitsen ophioliittijakson. Klassinen ophioliitti sekvenssi, kuten että löytyy Omanissa, on Merisedimentti sitten vulkaaninen basaltti sitten plutoninen gabro (sama kemiallinen koostumus kuin basaltti, mutta kiteytynyt syvällä eikä merenpohjan pinnalla) sitten vaippa (enimmäkseen peridotiitti). Näille klassisille ophioliittikerroksille on annettu numeroita, joita merigeologit käyttävät lyhytkätisinä. Numerot ovat:

1 – syvänmeren sedimentti
2-basaltti
3 – Gabbro
4 – peridotiitti

osa näistä kerroksista on edelleen eroteltu alikerroksiksi tiheyden ja teksturaalisten piirteiden perusteella:

1 – syvänmeren sedimentti-no subdivision.
2-basaltti-usein edelleen jaettuna A: han, B: hen ja C: hen.kerros 2A edustaa pintatyynyn laavabasalttia, kun taas 2C edustaa vyöhykettä, jossa on sheetattuja patoja, jotka jäähtyvät hitaammin ja ovat koostumukseltaan gabroisia. 2B on eräänlainen siirtymävyöhyke. Jotkut geologit vain hajottavat kerroksen 2 2a: ksi (pintavulkaniikka) ja 2B: ksi (peitealtaat).
3-Gabbro-jaetaan usein 3a: han (tavallinen gabbro) ja 3b: hen (kerrostettu gabbro).
4-peridotiitti-ei yleensä jakaudu, joskin on myös säännöllistä ja kerrostunutta peridotiittia.

valtameren kuoren (ja vaipan) kerrokset. Kuva muokattu Brown and Mussettista (1993) ja
otettu Merigeologiastani & geofysiikan I kurssimuistiinpanoista. Klikkaa kuvaa nähdäksesi suuremmaksi.

monien vuosien ajan merigeologit perustivat käsityksensä valtameren kuoren ja vaipan rakenteesta ja koostumuksesta ophioliittien rakenteeseen ja koostumukseen. Nyt merigeologit ymmärtävät, että varsinaisen valtameren kuoren ja vaipan rakenne poikkeaa usein hieman ophioliittien rakenteesta. Esimerkiksi valtameren kuori-ja vaippakerrokset ovat usein paksumpia varsinaisessa meressä kuin ophioliiteissa (katso yllä oleva kuva). Ophioliitit tarjoavat kuitenkin erinomaisia, helposti saatavilla olevia analogeja valtameren kuorelle ja vaipalle.

alla muutama valokuva omasta kenttätyöstäni Samail Ophioliitin peridotiittikerroksessa Omanissa. Tutkielmaani varten tutkin ainutlaatuisia tapoja, joilla peridotiitti– joka on manttelikivi eikä kuulu maan pinnalle-muuttuu, kun se kohotetaan maalle. Tutkin erityisesti karbonaattimineraalien muodostumista. Peridotiitin muuttuessa muodostuu monia karbonaattimineraaleja (esimerkiksi kalsiitti, dolomiitti, magnesiitti). Näiden karbonaattien sisältämä hiilidioksidi (CO2) tulee ilmakehästä. 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.