La serpentinita es una roca metamórfica compuesta predominantemente por minerales del grupo serpentino formados por serpentinización de rocas máficas o ultramáficas . El origen antiguo del nombre es incierto, puede deberse a la similitud de su textura o color con la piel de serpiente. [1] El farmacólogo griego Dioscórides (50 d. C.) recomendaba comer esta roca para prevenir las mordeduras de serpiente. [2]
La serpentinita se ha denominado serpentina o roca serpentina , particularmente en textos geológicos más antiguos y en entornos culturales más amplios. [3] [4] [5] [6] [7]
La mayoría de las reacciones químicas necesarias para sintetizar acetil-CoA , esencial para las vías bioquímicas básicas de la vida, tienen lugar durante la serpentinización. Por lo tanto, se considera que las fumarolas termales de serpentinita son candidatas al origen de la vida en la Tierra.
La serpentinita se forma por serpentinización casi completa de rocas máficas o ultramáficas . [8] La serpentinita se forma a partir de roca máfica que se hidrata con agua de mar deficiente en dióxido de carbono que se presiona en la roca a grandes profundidades debajo del fondo del océano. [9] Esto ocurre en las dorsales oceánicas y en el manto del antearco de las zonas de subducción . [10] [11]
La composición mineral final de la serpentinita suele estar dominada por antigorita , lizardita , crisotilo (minerales del subgrupo serpentina ) y magnetita ( Fe 3 O 4 ), con brucita ( Mg(OH) 2 ) menos comúnmente presente. La lizardita, el crisotilo y la antigorita tienen aproximadamente la fórmula Mg 3 (Si 2 O 5 )(OH) 4 o (Mg 2+ , Fe 2+ ) 3 Si 2 O 5 (OH) 4 , pero difieren en componentes menores y en forma. [10] Los minerales accesorios, presentes en pequeñas cantidades, incluyen awaruita , otros minerales metálicos nativos y minerales de sulfuro . [12]
La reacción de serpentinización que implica la transformación de fayalita (miembro del extremo Fe del olivino ) por agua en magnetita y cuarzo también produce hidrógeno molecular H 2 de acuerdo con la siguiente reacción:
Esta reacción se parece mucho a la reacción de Schikorr, que también produce gas hidrógeno por oxidación de iones Fe 2+ en iones Fe 3+ por los protones H + del agua. Luego, dos H + se reducen a H 2 .
En la reacción de Schikorr, los dos H + reducidos a H2 son estos dos aniones OH− , luego transformados en dos aniones óxido ( O2− ) incorporados directamente a la red cristalina de magnetita mientras que el agua en exceso se libera como un subproducto de la reacción.
El hidrógeno producido por la reacción de serpentinización es importante porque puede impulsar la actividad microbiana en el ambiente subterráneo profundo. [ cita requerida ]
Los respiraderos hidrotermales de aguas profundas ubicados sobre serpentinita cerca del eje de las dorsales oceánicas generalmente se parecen a las fumarolas negras ubicadas sobre basalto , pero emiten moléculas de hidrocarburos complejas . El campo Arcoiris de la dorsal mesoatlántica es un ejemplo de tales respiraderos hidrotermales. La serpentinización por sí sola no puede proporcionar el suministro de calor para estos respiraderos, que deben ser impulsados principalmente por magmatismo . Sin embargo, el campo hidrotermal de la Ciudad Perdida , ubicado fuera del eje de la dorsal mesoatlántica, puede ser impulsado únicamente por el calor de la serpentinización. Sus respiraderos son diferentes a las fumarolas negras, ya que emiten fluidos relativamente fríos (40 a 75 °C (104 a 167 °F)) que son altamente alcalinos , altos en magnesio y bajos en sulfuro de hidrógeno . Los respiraderos forman chimeneas muy grandes, de hasta 60 metros (200 pies) de altura, compuestas de minerales de carbonato y brucita. Exuberantes comunidades microbianas están asociadas con los respiraderos. Aunque los respiraderos en sí no están compuestos de serpentinita, están alojados en serpentinita que se estima que se formó a una temperatura de aproximadamente 200 °C (392 °F). [13] Los depósitos de sepiolita en las dorsales oceánicas pueden haberse formado a través de la actividad hidrotermal impulsada por la serpentinita . [14] Sin embargo, los geólogos siguen debatiendo si la serpentinización por sí sola puede explicar el flujo de calor del campo de Lost City. [13]
El antearco de la zona de subducción de las Marianas alberga grandes volcanes de lodo serpentinítico , que expulsan lodo serpentinítico que se eleva a través de fallas desde el manto serpentinizado subyacente del antearco . El estudio de estos volcanes de lodo proporciona información sobre los procesos de subducción, y los fluidos de alto pH emitidos en los volcanes sustentan una comunidad microbiana . [15] [11] La perforación experimental en la capa de gabro de la corteza oceánica cerca de las dorsales oceánicas ha demostrado la presencia de una población escasa de bacterias degradadoras de hidrocarburos . Estas pueden alimentarse de hidrocarburos producidos por la serpentinización de la roca ultramáfica subyacente . [16] [17]
Los respiraderos termales de serpentinita son candidatos para el entorno en el que se originó la vida en la Tierra. [15] La mayoría de las reacciones químicas necesarias para sintetizar acetil-CoA , esencial para las vías bioquímicas básicas de la vida, tienen lugar durante la serpentinización. [18] Los grupos de sulfuro-metal que activan muchas enzimas se parecen a los minerales de sulfuro formados durante la serpentinización. [19]
La cobertura del suelo sobre el lecho rocoso de serpentinita tiende a ser delgada o ausente. El suelo con serpentina es pobre en calcio y otros nutrientes importantes para las plantas , pero rico en elementos tóxicos para las plantas, como el cromo y el níquel . [20] Algunas especies de plantas, como Clarkia franciscana y ciertas especies de manzanita , están adaptadas a vivir en afloramientos de serpentinita . Sin embargo, debido a que los afloramientos de serpentinita son pocos y aislados, sus comunidades de plantas son islas ecológicas y estas especies distintivas a menudo están en gran peligro. [21] Por otro lado, las comunidades de plantas adaptadas a vivir en los afloramientos de serpentina de Nueva Caledonia resisten el desplazamiento por especies introducidas que están mal adaptadas a este entorno. [22]
Los suelos serpentinos están ampliamente distribuidos en la Tierra, en parte reflejando la distribución de las ofiolitas y otras rocas que contienen serpentinas. [23] Hay afloramientos de suelos serpentinos en la península de los Balcanes , Turquía , la isla de Chipre , los Alpes , Cuba y Nueva Caledonia . En América del Norte, los suelos serpentinos también están presentes en áreas pequeñas pero ampliamente distribuidas en la vertiente oriental de los Montes Apalaches en el este de los Estados Unidos y en las cordilleras del Pacífico de Oregón y California. [ cita requerida ]
Se han encontrado notables apariciones de serpentinita en Thetford Mines , Quebec ; Lake Valhalla, Nueva Jersey ; Gila County, Arizona ; Lizard Complex , Lizard Point, Cornwall ; y en localidades de Grecia, Italia y otras partes de Europa. [24] Entre las ofiolitas notables que contienen serpentinita se incluyen la ofiolita Semail de Omán , la ofiolita Troodos de Chipre , las ofiolitas de Terranova y el cinturón ofiolítico principal de Nueva Guinea . [25]
Los minerales del grupo de la serpentina tienen una dureza de Mohs de 2,5 a 3,5, por lo que la serpentinita se talla fácilmente . [26] Los grados de serpentinita con mayor contenido de calcita , junto con la verd antique ( forma brecha de serpentinita), se han utilizado históricamente como piedras decorativas por sus cualidades similares al mármol. College Hall en la Universidad de Pensilvania , por ejemplo, está construido con serpentina. Las fuentes populares en Europa antes del contacto con las Américas eran la montañosa región del Piamonte de Italia y Larisa, Grecia . [27] Las serpentinitas se utilizan de muchas formas en las artes y la artesanía. Por ejemplo, la roca se ha torneado en Zöblitz en Sajonia durante varios cientos de años. [28]
Los inuit y otros pueblos indígenas de las zonas árticas y, en menor medida, de las zonas meridionales, utilizaban lámparas qulliq o kudlik de serpentina talladas en forma de cuenco con mecha para quemar aceite o grasa y calentarse, hacer luz y cocinar. Los inuit fabricaban herramientas y, más recientemente, tallas de animales para el comercio. [29]
En Val d'Anniviers , Suiza, se encuentra una variedad de esquisto talco clorítico asociado con serpentinita alpina que se usaba para hacer "piedras de horno" ( en alemán : Ofenstein ), una base de piedra tallada debajo de una estufa de hierro fundido . [30]
La serpentinita tiene una cantidad significativa de agua ligada , por lo que contiene abundantes átomos de hidrógeno capaces de ralentizar los neutrones por colisión elástica ( proceso de termalización de neutrones ). Debido a esto, la serpentinita se puede utilizar como relleno seco dentro de las camisas de acero en algunos diseños de reactores nucleares . Por ejemplo, en la serie RBMK , como en Chernóbil , se utilizó para el blindaje superior contra la radiación para proteger a los operadores de los neutrones que se escapaban. [31] La serpentina también se puede añadir como agregado al hormigón especial utilizado en el blindaje de reactores nucleares para aumentar la densidad del hormigón (2,6 g/cm 3 (0,094 lb/cu in)) y su sección transversal de captura de neutrones . [32] [33]
Debido a que absorbe fácilmente el dióxido de carbono , la serpentinita puede ser útil para secuestrar el dióxido de carbono atmosférico . [34] Para acelerar la reacción, la serpentinita puede reaccionar con dióxido de carbono a temperatura elevada en reactores de carbonatación. El dióxido de carbono también puede reaccionar con desechos mineros alcalinos de depósitos de serpentina, o puede inyectarse directamente en formaciones de serpentinita subterráneas. [35] La serpentinita también puede usarse como fuente de magnesio junto con celdas electrolíticas para la depuración de CO2 . [ 36]
Es la roca estatal de California , EE. UU. y la Legislatura de California especificó que la serpentina era "la roca estatal oficial y el emblema litológico". [4] En 2010, se presentó un proyecto de ley que habría eliminado el estatus especial de la serpentina como roca estatal debido a que potencialmente contenía amianto crisotilo . [37] El proyecto de ley encontró resistencia por parte de algunos geólogos de California, quienes señalaron que el crisotilo presente no es peligroso a menos que se movilice en el aire como polvo . [38] [ necesita actualización ]
El término serpentina
