Articles

Geologi veckans Ord: O är för Ophiolite-Georneys

augusti 6, 2021 by admin

skuggor över Oman mantel peridotit, januari 2009.

def. Ophiolite:
en ophiolite är ett segment av havskorpa och mantel tektoniskt utsatt på land genom obduktion (overthrust), vanligtvis när ett havsbassäng stängs. En ophiolite-sekvens består av varierande förändrade oceaniska bergarter, inklusive marina sediment, havskorpa och en del av manteln. Namnet ophiolite betyder ” ormsten ”från” ophio ”(orm) och” lithos ” (sten) på grekiska. Rocksekvensen är uppkallad efter de lysande gröna, ormliknande serpentinmineralerna som bildas i förändrad havskorpa och mantel. Ophioliter är sällsynta men finns ändå över hela världen. Anmärkningsvärda ophioliter finns i Cypern, nordvästra USA, Alperna, Papua Nya Guinea och oman.
Jag är en marin geolog, men jag fuskar ofta och arbetar på land. För ett av mina doktorandprojekt arbetade jag på stenar från Island, som är en del av Mid-Atlantic Ridge som har byggts upp över havet på grund av en hotspot. För min avhandling forskning, jag arbetar i Samail Ophiolite, som ligger i Oman och Förenade Arabemiraten och är en av de största, bäst bevarade, och bäst exponerade ophiolites i världen. För båda projekten studerar jag marina stenar som har exponerats på land på grund av ovanliga omständigheter. Även om sådana stenar är avvikande och därmed inte är perfekta analogier för dina genomsnittliga havsbotten stenar, det finns stora fördelar med att kunna faktiskt se, röra, och– om det behövs för identifiering– smak marina stenar i samband med en häll.

traditionell marin geologi är dyr och svår. Eftersom havsbotten i allmänhet täcks av flera kilometer vatten kan Marina geologer inte studera havsbotten med traditionella geologiska metoder. Det vill säga, Marina geologer kan inte gå runt med sina kartor, hammare, och Brunton kompasser och observera geologin första hand. Istället måste Marina geologer gå ut på fartyg och använda Avlägsna metoder för att göra observationer och prova havsbotten. Att gå ut på fartyg är väldigt dyrt och kostar tiotusentals dollar per dag. Till exempel är ett av de bästa sätten att observera havsbotten att gå ner i en bemannad djuphavsdämpare som Alvin. Driftskostnaderna för Alvin, inklusive skeppskostnaderna, är dock cirka 40 000 dollar per dag. Det här är otroligt dyrt, och även Alvin tillåter dig inte att gå på klipporna med din Brunton. Som jämförelse kostar en månad fältarbete i Oman cirka 10 000 dollar för mig själv och en assistent– cirka 3 000 dollar för två flygbiljetter, cirka 4 000 dollar för en hyra 4 x 4, 500 dollar för gas, 500 dollar för mat och vatten, kanske 500 dollar för några nätter på ett hotell (vi läger resten av tiden) och 1 500 dollar för leveranser och fraktstenar. Så, för 1/4 av kostnaden för att driva Alvin för en enda dag, kan jag utföra en månad fältarbete på marina stenar utsatta i Samail Ophiolite. Oman är ett dyrt land, så många av dessa kostnader (som hyrbilen) reduceras när man arbetar med andra ophioliter.

det finns olika avlägsna metoder för att observera geologin på havsbotten. Topografin på havsbotten kan kartläggas från ett fartyg med hjälp av multibeam batymetri (studsande ljudvågor från havets botten för att beräkna topografi) eller via satellithöjdmätning (med hjälp av havsvågornas höjd för att leta efter gravitationsanomalier och härleda topografin nedan). Ytterligare fjärrinstrument (ombord eller satellit) gör det möjligt för marina geologer att mäta egenskaper, såsom magnetism och gravitation (som kan ge information om topografi och densitet), av marina stenar. Seismiska vågor-passiv källa (genereras naturligt av jorden, till exempel under en jordbävning) och aktiv källa (genereras av människan, ofta av en explosion)– kan övervakas för att lära sig om strukturen hos de marina klipporna. Till exempel kan hastigheten på seismiska vågor genom olika delar av skorpan och manteln användas för att härleda densitet. Seismiska vågor färdas snabbare genom tätare lager (som hårdrock som basalt eller gabbro) och färdas långsammare genom mindre täta lager (som mjukt Marint sediment).

det finns också olika metoder för provtagning av havsbotten. Ett av de bästa sätten att prova havsbotten är att använda en djuphavsdykbar som Alvin eftersom det här låter dig se exakt var klipporna du tar prov kommer ifrån. Men eftersom Alvin och andra nedsänkbara är så dyra, är en mycket vanlig metod för provtagning av havsbotten muddring— i princip kastar en metallkorg över fartygets sida och drar den längs havsbotten. Denna enkla teknik kan vara mycket effektiv. Som ett exempel, när jag deltog i en tvåmånaders kryssning längs Ninetyeast Ridge, fick vi cirka 3000 kilo stenar genom muddring. Muddring ger emellertid endast begränsat geologiskt sammanhang för proverna och tenderar också att plocka upp lösa ytbergar som kanske eller inte är representativa för hällen. Till exempel kan dessa stenar ha rullat nedförsbacke från andra platser. En annan metod för provtagning är borrkärnor från havsbotten. Sedan slutet av 1960-talet har det gjorts en global insats för att få kärnor från havsbotten, i form av först Djuphavsborrningsprojektet, sedan Havsborrningsprogrammet och slutligen det integrerade Havsborrningsprogrammet. Kärnor är bra eftersom de provar själva havsbotten (inte bara lösa stenar) och kan också prova djupt in i skorpan. Men som jag diskuterade i mitt inlägg på litosfären har ingen havsborrning lyckats nå jordskorpans mantelgräns. Kärnor har också sina begränsningar. De är bara några inches i diameter, och så de ger endast smala cylinder ögonblicksbilder av den totala Geologi. Vissa kärnor är ganska djupa, men andra kan bara prova de övre få meter av havsbotten. Borrning är också mycket mer tidskrävande och dyrt än muddring. eftersom det är så utmanande och dyrt att studera geologin på själva havsbotten, arbetar många marina geologer också på Island– det enda stället du kan gå längs en aktiv Mid-Ocean Ridge– och vid ophioliter, som är fragment av havskorpa och mantel som har exponerats på land på grund av ovanliga tektoniska omständigheter. Tät oceanisk skorpa subdukter nästan alltid under lättare och mer flytande kontinentalskorpa. Detta är den traditionella plattektoniska situationen som du lär dig om i inledande geovetenskapliga klasser. Men under vissa omständigheter kan havskorpa– åtminstone små slivers– kastas upp på land. Till exempel händer detta ofta när havsbassängerna stänger, särskilt om havskorpan är ung och relativt varm och flytande. Slivers av havskorpa kan också kastas på land i en forearc-miljö. Fore Arc är det område som ligger mellan en subduktionszon och dess tillhörande vulkanbåge. Nya kontinentala skorpa ofta accreted i Fore Arc miljöer, och denna accretion innehåller ofta små bitar av hav skorpa.

som ett exempel är här en förenklad version av obduktionen (overthrust) av Samail Ophiolite i Oman:

Samail Ophiolite obduction. Kontinental skorpa indikeras av kors,oceanisk skorpa
genom mörkare skuggning. Figur hämtad från Coleman (1981). Klicka på figuren för att se större.

det finns en annan viktig anledning till att Marina geologer ofta studerar ophioliter: förutom att exponera havskorpa exponerar ophioliter också ofta en del av den underliggande manteln. Eftersom forskare aldrig har borrat tillräckligt djupt i jorden för att observera manteln är ophioliter viktiga eftersom de är platser där geologer kan observera stora delar av mantelstenar direkt. Geologer kan också studera mantelstenar som har lyfts upp till havsbotten genom tektoniska processer, men återigen gör allt detta vatten observation svårt.

nedan är en karta som visar globala exponeringar av mantel (aka ”ultramafic”) stenar. Denna karta är lite daterad som den publicerades 1982. Sedan dess har många fler mantelexponeringar upptäckts, särskilt på havsbotten. Kartan ger dig dock en bra allmän uppfattning om var på jorden ophioliter (linjer på kontinenter) kan hittas och där mantelstenar (prickar och lådor på oceaner) har förts till ytan av havsbotten.

världskarta som visar platser av ophioliter (linjer på kontinenter) och exponeringar av mantel
stenar på havsbotten (prickar och lådor på oceaner). Figur hämtad från Hekinian (1982).
Klicka på bilden för att se större.

i definitionen ovan nämner jag en ophiolit-sekvens. Den klassiska ophiolite-sekvensen, som den som finns i Oman, är marint sediment sedan vulkanisk basalt sedan plutonisk gabbro (samma kemiska sammansättning som basalt, men kristalliserad djupt snarare än vid havsbotten) sedan mantel (mestadels peridotit). Dessa klassiska ophiolit lager har fått siffror som Marina geologer använder som kort hand. Siffrorna är:

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

några av dessa lager har ytterligare särskiljats i underlager baserat på densitet och texturfunktioner:

1 – Djuphavssediment-ingen underavdelning.
2-Basalt-ofta vidare uppdelad i A, B och C. Lager 2a representerar ytkudde lavabasalt medan 2C representerar en zon med plåtdikar, som kyls långsammare och är gabbroiska i komposition. 2B är en slags övergångszon. Vissa geologer bryter bara ner Lager 2 i 2A (ytvulkaner) och 2b (plåtdikar).
3-Gabbro-ofta uppdelad i 3A (vanlig gabbro) och 3B (skiktad gabbro).
4-peridotit – vanligtvis inte uppdelad, men det finns också regelbunden och skiktad peridotit.

havskorpa (och mantel) lager. Figur modifierad från Brown och Mussett (1993) och
hämtad från min Marina Geologi & geofysik i kursanteckningar. Klicka på figuren för att se större.

under många år baserade Marina geologer sin förståelse för strukturen och sammansättningen av havskorpan och manteln på strukturen och sammansättningen av ophioliter. Nu förstår Marina geologer att strukturen hos den faktiska havskorpan och manteln ofta skiljer sig något från ophiolites. Till exempel är havskorpan och mantelskikten ofta tjockare i själva havet än i ophioliter (se figuren ovan). Icke desto mindre ger ophioliter utmärkta, lättillgängliga analoger för havskorpan och manteln.

nedan är några fotografier från mitt eget fältarbete i peridotitskiktet av Samail Ophiolite i Oman. För min avhandling studerar jag de unika sätt på vilka peridotit– som är en mantelsten och inte hör hemma på jordens yta– förändras när den lyfts upp på land. I synnerhet studerar jag bildandet av karbonatmineraler. När peridotit förändras bildas många karbonatmineraler (t.ex. kalcit, dolomit, magnesit). Koldioxiden (CO2) i dessa karbonater kommer från atmosfären. 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.