La serpentinita es una roca compuesta predominantemente por uno o más minerales del grupo serpentino formados por una serpentinización casi completa de rocas máficas a ultramáficas . Su nombre se originó por la similitud de la textura de la roca con la de la piel de una serpiente . [1] La serpentinita ha sido llamada serpentina o roca serpentina , particularmente en textos geológicos más antiguos y en entornos culturales más amplios. [2] [3] [4] [5] [6]
Debido a que 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, las fuentes térmicas de serpentinita son candidatas para el entorno en el que se originó la vida en la Tierra.
La serpentinita se forma por una serpentinización casi completa de rocas máficas a ultramáficas . [7] La serpentinita se puede formar dondequiera que la roca ultramáfica sea infiltrada por agua pobre en dióxido de carbono . [8] Esto ocurre en las dorsales oceánicas y en el manto del antearco de las zonas de subducción . [9] [10]
La composición mineral final de la serpentinita suele estar dominada por lagardita , crisotilo (dos minerales del subgrupo de las serpentinas ) y magnetita ( Fe 3 O 4 ). La brucita ( Mg(OH) 2 ) y la antigorita están presentes con menos frecuencia. Lagardita, crisotilo y 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. [9] Los minerales accesorios, presentes en pequeñas cantidades, incluyen awaruita , otros minerales metálicos nativos y minerales de sulfuro . [11]
La reacción de serpentinización que implica la transformación de fayalita (miembro terminal Fe del olivino ) por agua en magnetita y cuarzo también produce hidrógeno molecular H2 de acuerdo con la siguiente reacción :
Esta reacción se parece mucho a la reacción de Schikorr y 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 H2 .
En la reacción de Schikorr, los dos H + reducidos a H 2 son estos de dos aniones OH − , luego transformados en dos aniones óxido ( O 2− ) directamente incorporados a la red cristalina de magnetita mientras que el agua en exceso se libera como reacción por -producto.
El hidrógeno producido por la reacción de serpentinización es importante porque puede alimentar la actividad microbiana en el ambiente profundo del subsuelo. [ cita necesaria ]
Los respiraderos hidrotermales de aguas profundas ubicados sobre serpentinita cerca del eje de las dorsales oceánicas generalmente se parecen a los fumadores negros ubicados sobre basalto , pero emiten moléculas de hidrocarburos complejas . El campo Rainbow de la Cordillera del Atlántico Medio 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 Cordillera del Atlántico Medio, puede ser impulsado únicamente por el calor de la serpentinización. Sus respiraderos son diferentes a los fumadores negros, ya que emiten fluidos relativamente fríos (40 a 75 °C (104 a 167 °F)) que son altamente alcalinos , ricos 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 carbonatados 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 se formó a una temperatura de aproximadamente 200 °C (392 °F). [12] Los depósitos de sepiolita en las dorsales oceánicas pueden haberse formado a través de la actividad hidrotermal impulsada por la serpentinita . [13] Sin embargo, los geólogos continúan debatiendo si la serpentinización por sí sola puede explicar el flujo de calor del campo de la Ciudad Perdida. [12]
El antearco de la zona de subducción de las Marianas alberga grandes volcanes de lodo serpentinita , que hacen erupción de lodo serpentinita que se eleva a través de fallas desde el manto serpentinizado subyacente del antearco . El estudio de estos volcanes de lodo brinda información sobre los procesos de subducción y los fluidos de alto pH emitidos en los volcanes sustentan una comunidad microbiana . [14] [10] La perforación experimental en la capa de gabro de la corteza oceánica cerca de las dorsales oceánicas ha demostrado la presencia de una escasa población de bacterias que degradan los hidrocarburos . Estos pueden alimentarse de hidrocarburos producidos por la serpentinización de la roca ultramáfica subyacente . [15] [16]
Los respiraderos termales de serpentinita son candidatos para el entorno en el que se originó la vida en la Tierra. [14] 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. [17] Los grupos de sulfuro-metal que activan muchas enzimas se parecen a los minerales de sulfuro formados durante la serpentinización. [18]
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 . [19] 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 están aislados, sus comunidades de plantas son islas ecológicas y estas especies distintivas a menudo están en grave peligro de extinción. [20] Por otro lado, las comunidades de plantas adaptadas a vivir en los afloramientos serpentinos de Nueva Caledonia resisten el desplazamiento de especies introducidas que están mal adaptadas a este entorno. [21]
Los suelos serpentinos están ampliamente distribuidos en la Tierra, lo que refleja en parte la distribución de las ofiolitas y otras rocas con contenido serpentino. [22] 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 necesaria ]
Se encuentran apariciones notables de serpentinita en Thetford Mines , Quebec ; Lago Valhalla , Nueva Jersey ; Condado de Gila, Arizona ; Complejo Lizard , Lizard Point, Cornwall ; y en localidades de Grecia, Italia y otras partes de Europa. [23] Las ofiolitas notables que contienen serpentinita incluyen la ofiolita Semail de Omán , la ofiolita Troodos de Chipre , las ofiolitas de Terranova y el cinturón principal de ofiolitas de Nueva Guinea . [24]
Los minerales del grupo de las serpentinas tienen una dureza de Mohs de 2,5 a 3,5, por lo que la serpentinita se talla fácilmente . [25] Los grados de serpentinita con mayor contenido de calcita , junto con el verde antiguo ( forma de brecha de serpentinita), se han utilizado históricamente como piedras decorativas por sus cualidades similares al mármol. El College Hall de la Universidad de Pensilvania , por ejemplo, está construido con serpentina. Las fuentes populares en Europa antes del contacto con América eran la región montañosa del Piamonte en Italia y Larissa, Grecia . [26] Las serpentinitas se utilizan de muchas maneras en las artes y oficios. En Zöblitz , en Sajonia , la roca se trabaja desde hace varios cientos de años. [27]
Los inuit y otros pueblos indígenas de las zonas árticas y, en menor medida, de las zonas del sur utilizaban la lámpara qulliq o kudlik de serpentinita tallada en forma de cuenco con mecha, para quemar aceite o grasa para calentar, encender y cocinar. Los inuit fabricaban herramientas y, más recientemente, tallas de animales para el comercio. [28]
Una variedad de esquisto de talco clorito asociado con serpentinita alpina se encuentra en Val d'Anniviers , Suiza , y se utilizaba para fabricar "piedras de horno" ( en alemán : Ofenstein ), una base de piedra tallada debajo de una estufa de hierro fundido . [29]
La serpentinita tiene una cantidad significativa de agua unida , por lo que contiene abundantes átomos de hidrógeno capaces de frenar los neutrones mediante colisión elástica ( proceso de termalización de neutrones ). Debido a esto, la serpentinita se puede utilizar como relleno seco dentro de camisas de acero en algunos diseños de reactores nucleares . Por ejemplo, en la serie RBMK , como en Chernobyl , se utilizó como blindaje radiológico superior para proteger a los operadores del escape de neutrones. [30] La serpentina también se puede agregar como agregado al concreto especial utilizado en el blindaje de reactores nucleares para aumentar la densidad del concreto (2,6 g/cm 3 (0,094 lb/cu in)) y su sección transversal de captura de neutrones . [31] [32]
Debido a que absorbe fácilmente dióxido de carbono , la serpentinita puede ser útil para secuestrar dióxido de carbono atmosférico . [33] Para acelerar la reacción, la serpentinita se puede hacer 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 dióxido de carbono directamente en formaciones de serpentinita subterráneas. [34] La serpentinita también se puede utilizar como fuente de magnesio junto con celdas electrolíticas para la depuración de CO 2 . [35]
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". [3] En 2010, se presentó un proyecto de ley que habría eliminado el estatus especial de la serpentina como roca estatal debido a que potencialmente contiene asbesto crisotilo . [36] 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 en forma de polvo . [37] [ necesita actualización ]
