Articles

Geologia Word of the Week: O is for Ophiolite – Georeys

6 sierpnia, 2021 by admin

Shadows over Oman mantle peridotite, January 2009.

def. Ophiolit:
ophiolit to segment skorupy oceanicznej i płaszcza tektonicznie odsłonięty na lądzie przez obduction (overthrust), zwykle po zamknięciu basenu oceanicznego. Sekwencja ophiolitu składa się z zmiennie zmienionych skał oceanicznych, w tym osadów morskich, skorupy oceanicznej i części płaszcza. Nazwa ophiolite oznacza ” kamień węża „od” ophio „(wąż) i” lithos ” (kamień) w języku greckim. Nazwa sekwencji skalnej pochodzi od jasnozielonych, wężopodobnych minerałów, które tworzą zmienioną skorupę oceaniczną i płaszcz. Ofiolity są rzadkie, ale mimo to występują na całym świecie. Godne uwagi ofiolity występują na Cyprze, północno-zachodnich Stanach Zjednoczonych, w Alpach, Papui – Nowej Gwinei i Omanie.
jestem geologiem morskim, ale często oszukuję i pracuję na lądzie. W ramach jednego z moich badań doktoranckich pracowałem na skałach z Islandii, która jest częścią grzbietu śródatlantyckiego, który wzniósł się nad poziomem morza z powodu gorącego miejsca. Do moich badań magisterskich pracuję w Ophiolicie Samail, który znajduje się w Omanie i Zjednoczonych Emiratach Arabskich i jest jednym z największych, najlepiej zachowanych i najlepiej eksponowanych ophiolitów na świecie. W przypadku obu projektów badam skały morskie, które zostały odsłonięte na lądzie z powodu nietypowych okoliczności. Chociaż takie skały są anomalne, a zatem nie są idealnymi analogiami dla przeciętnych skał dna morskiego, istnieją wielkie zalety, aby móc faktycznie zobaczyć, dotknąć i– jeśli jest to potrzebne do identyfikacji– skosztować skał morskich w kontekście wychodni.

tradycyjna Geologia morska jest droga i trudna. Ponieważ dno oceanu jest na ogół pokryte kilkoma kilometrami wody, geolodzy morscy nie mogą badać dna oceanu przy użyciu tradycyjnych metod geologicznych. Oznacza to, że geolodzy morscy nie mogą chodzić z mapami, młotami i Kompasami Bruntona i obserwować geologii z pierwszej ręki. Zamiast tego geolodzy morscy muszą wychodzić na statki i używać zdalnych metod do obserwacji i próbkowania dna oceanu. Wyjście na statki jest bardzo drogie, kosztuje dziesiątki tysięcy dolarów dziennie. Na przykład, jednym z najlepszych sposobów obserwacji dna oceanicznego jest zejście w załogowym głębinowym statku podwodnym, takim jak Alvin. Jednak koszty operacyjne Alvina, w tym koszty statku, wynoszą około 40 000 dolarów dziennie. To jest niesamowicie drogie, a nawet Alvin nie pozwala Ci chodzić po skałach z Twoim Bruntonem. Dla porównania, miesiąc pracy w terenie w Omanie kosztuje około $10,000 dla mnie i asystenta-około $ 3,000 za dwa bilety lotnicze w obie strony, około $4,000 za wynajem 4 x 4, $ 500 za gaz, $ 500 za jedzenie i wodę, może $500 za kilka nocy w hotelu (obozujemy resztę czasu) i $1,500 za zapasy i wysyłkę skał. Więc, za 1/4 kosztów eksploatacji Alvina przez jeden dzień, mogę przeprowadzić miesięczne badania terenowe na skałach morskich odsłoniętych w Samail Ophiolite. Oman jest drogim krajem, więc wiele z tych kosztów (takich jak wynajem pojazdu) zmniejsza się podczas pracy na innych ofiolitach.

istnieją różne zdalne metody obserwacji geologii dna oceanu. Topografia dna oceanu może być odwzorowana ze statku za pomocą batymetrii wielopasmowej (odbijanie fal dźwiękowych od dna oceanu w celu obliczenia topografii) lub za pomocą wysokościomierze satelitarnej (używanie wysokości fal oceanicznych do wyszukiwania anomalii grawitacyjnych i wnioskowania o topografii poniżej). Dodatkowe przyrządy zdalne (pokładowe lub satelitarne) pozwalają geologom morskim mierzyć właściwości, takie jak magnetyzm i przyciąganie grawitacyjne (które mogą dostarczyć informacji na temat topografii i gęstości) skał morskich. Fale sejsmiczne-pasywne źródło (generowane naturalnie przez Ziemię, na przykład podczas trzęsienia ziemi) i aktywne źródło (generowane przez człowieka, często przez eksplozję)– mogą być monitorowane, aby dowiedzieć się o strukturze skał morskich. Na przykład prędkość fal sejsmicznych przez różne części skorupy i płaszcza może być wykorzystana do wnioskowania gęstości. Fale sejsmiczne przemieszczają się szybciej przez bardziej gęste warstwy (takie jak twarde skały, takie jak bazalt lub gabro) i podróżują wolniej przez mniej gęste warstwy (takie jak miękki osad morski).

istnieją również różne metody pobierania próbek dna oceanu. Jednym z najlepszych sposobów próbkowania dna oceanicznego jest użycie głębinowego okrętu podwodnego, takiego jak Alvin, ponieważ pozwala to dokładnie zobaczyć, skąd pochodzą skały, z których pobierasz próbki. Ponieważ jednak Alvin i inne okręty podwodne są tak drogie, bardzo powszechną metodą próbkowania dna morskiego jest pogłębianie-w zasadzie rzucanie metalowym koszem na burtę statku i przeciąganie go wzdłuż dna morskiego. Ta prosta technika może być bardzo skuteczna. Jako przykĹ 'ad, kiedy braĹ’ em udziaĹ 'w dwumiesiÄ ™ cznym rejsie wzdĹ’ uĹź gĂłry XIX wieku, uzyskaliĺ „my okoĹ’ o 3000 kg skaĺ ’ przez pogłębianie. Jednak pogłębianie zapewnia tylko ograniczony kontekst geologiczny dla próbek,a także ma tendencję do zbierania luźnych skał powierzchniowych, które mogą, ale nie muszą być reprezentatywne dla wychodni. Na przykład, skały te mogły stoczyć się w dół z innych miejsc. Inną metodą pobierania próbek jest wiercenie rdzeni z dna oceanu. Od końca 1960 roku, nie było globalne wysiłki w celu uzyskania rdzeni z dna oceanu, w postaci najpierw projektu wiercenia głębinowego, następnie programu wiercenia oceanicznego, a wreszcie Zintegrowany Program wiercenia oceanicznego. Rdzenie są świetne, ponieważ pobierają próbki dna morskiego (nie tylko luźne skały), a także mogą pobierać próbki głęboko w skorupie. Jednak, jak omówiłem w moim poście na temat litosfery, żaden wysiłek wiercenia oceanów nie zdołał osiągnąć granicy skorupa-płaszcz. Rdzenie również mają swoje ograniczenia. Mają tylko kilka cali średnicy, a więc zapewniają tylko wąskie migawki cylindra z ogólnej geologii. Niektóre rdzenie są dość głębokie, ale inne mogą pobierać próbki tylko z kilku górnych metrów dna oceanu. Wiercenie jest również znacznie bardziej czasochłonne i kosztowne niż pogłębianie.

ponieważ badanie geologii dna oceanu jest tak trudne i kosztowne, wielu geologów morskich pracuje również w Islandii– jedynym miejscu, w którym można chodzić po aktywnym grzbiecie Śródoceanicznym-oraz w ofiolitach, które są fragmentami skorupy oceanicznej i płaszcza, które zostały odsłonięte na lądzie z powodu nietypowych okoliczności tektonicznych. Gęsta skorupa oceaniczna prawie zawsze subducts pod lżejszą i bardziej wyporną skorupą kontynentalną. Jest to tradycyjna sytuacja tektoniczna płyt, o której dowiadujemy się na wprowadzających zajęciach z nauk o Ziemi. Jednak w pewnych okolicznościach skorupa oceaniczna– co najmniej małe odłamki– może zostać wepchnięta na ląd. Na przykład, zdarza się to często, gdy baseny oceaniczne zamykają się, szczególnie jeśli skorupa oceaniczna jest młoda, stosunkowo gorąca i pływająca. Skrawki skorupy oceanicznej mogą być również wyrzucane na ląd w środowisku przednim. Przedni to obszar położony pomiędzy strefą subdukcji a związanym z nią łukiem wulkanicznym. Nowa skorupa kontynentalna jest często akrecjowana w środowiskach przednich, a ta akrecja często obejmuje małe kawałki skorupy oceanicznej.

jako przykład, oto uproszczona wersja obdukcji (overthrust) Samail Ophiolite w Omanie:

samail Ophiolite obduction. Skorupa kontynentalna oznaczona krzyżami, skorupa oceaniczna
ciemniejszym cieniowaniem. Postać zaczerpnięta z filmu Coleman (1981). Kliknij na rysunek, aby powiększyć.

istnieje inny ważny powód, dla którego geolodzy morscy często badają ofiolity: oprócz eksponowania skorupy oceanicznej, ofiolity również często eksponują część płaszcza. Ponieważ naukowcy nigdy nie wwiercili się wystarczająco głęboko w ziemię, aby obserwować płaszcz, ofiolity są ważne, ponieważ są to miejsca, w których geolodzy mogą bezpośrednio obserwować duże odcinki skał płaszcza. Geolodzy mogą również badać skały płaszczowe, które zostały podniesione do dna morskiego w wyniku procesów tektonicznych, ale znowu cała ta woda utrudnia obserwację.

Poniżej znajduje się mapa, która pokazuje globalne odsłonięcia skał płaszcza (aka „ultramafic”). Ta mapa jest trochę przestarzała, ponieważ została opublikowana w 1982 roku. Od tego czasu odkryto znacznie więcej ekspozycji płaszcza, szczególnie na dnie oceanu. Jednak mapa daje dobre ogólne pojęcie o tym, gdzie na Ziemi można znaleźć ofiolity (linie na kontynentach) i gdzie skały płaszcza (kropki i pudełka na oceanach) zostały sprowadzone na powierzchnię dna oceanu.

Mapa Świata pokazująca lokalizacje ofiolitów (linie na kontynentach) i ekspozycji płaszcza
skał na dnie oceanu (kropki i pola na oceanach). Postać zaczerpnięta z Hekiniana (1982).
Kliknij na rysunek, aby powiększyć.

w powyższej definicji wymieniam sekwencję ophiolitową. Klasyczna Sekwencja ofiolitu, taka jak ta znaleziona w Omanie, to osad morski, potem wulkaniczny bazalt, potem plutonowy gabro (ten sam skład chemiczny co bazalt, ale skrystalizowany głębiej niż na powierzchni dna oceanu), a następnie płaszcz (głównie perydotyt). Te klasyczne warstwy ofiolitu otrzymały numery, których geolodzy morscy używają jako krótkiej ręki. Liczby są:

1 – osad głębinowy
2-bazalt
3 – gabro
4 – perydotyt

niektóre z tych warstw zostały dodatkowo wyróżnione na podwarstwy na podstawie gęstości i cech teksturalnych:

1 – osad głębinowy-brak podziału.
2-bazalt-często dalej podzielony na A, B i C. warstwa 2A reprezentuje powierzchniowy bazalt lawowy, podczas gdy 2C reprezentuje strefę z płaszczowymi groblami, które ochładzają się wolniej i są gabroiczne w składzie. 2B jest swego rodzaju strefą przejściową. Niektórzy geolodzy po prostu rozkładają warstwę 2 Na 2A (wulkany powierzchniowe) i 2b (wały płaszczowe).
3-gabro – często dzieli się na 3A (zwykłe gabro) i 3b (warstwowe gabro).
4 – perydotyt-zazwyczaj nie dzielony, choć istnieje również peridotyt regularny i warstwowy.

warstwy skorupy oceanicznej (i płaszcza). Rysunek zmodyfikowany z Brown i Mussett (1993) i
zaczerpnięty z mojej Geologii morskiej & Geofizyka i notatki z kursu. Kliknij na rysunek, aby powiększyć.

przez wiele lat geolodzy morscy opierali swoje zrozumienie struktury i składu skorupy oceanicznej i płaszcza na strukturze i składzie ofiolitów. Geolodzy morscy rozumieją, że struktura rzeczywistej skorupy oceanicznej i płaszcza często nieznacznie różni się od struktury ofiolitów. Na przykład skorupa oceaniczna i warstwy płaszcza są często grubsze w rzeczywistym oceanie niż w ofiolitach (patrz powyżej rysunek). Niemniej jednak, ofiolity stanowią doskonałe, łatwo dostępne analogi dla skorupy oceanicznej i płaszcza.

poniżej kilka zdjęć z moich własnych prac terenowych w warstwie perydotytowej Ophiolitu Samail w Omanie. Dla mojej pracy magisterskiej badam unikalne sposoby, w jakie perydotyt– który jest skałą płaszcza i nie należy do powierzchni Ziemi– zmienia się, gdy jest podniesiony na lądzie. W szczególności badam powstawanie minerałów węglanowych. Po przemianie perydotytu powstaje wiele minerałów węglanowych (np. kalcyt, dolomit, magnezyt). Dwutlenek węgla (CO2) w tych węglanach pochodzi z atmosfery. 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.