Zmienno litosfery oceanicznej i jej przyczyny
Piotr Wojtulek, 08 kwietnia 2011
Trzy czwarte globalnego magmatyzmu i jedna czwarta utraty ciepa Ziemi odbywa si wzdu stref spreadingu podczas procesów tektonicznych, magmowych i hydrotermalnych. Strefy te nie s jednak jednorodne, a nowa skorupa oceaniczna generowana w ich obrbie wykazuje zrónicowan budow w zalenoci od typu grzbietu oceanicznego. Ma to take wpyw na rodzaj systemów hydrotermalnych które towarzysz grzbietom.

Wstp
Badania den oceanicznych pod koniec lat szedziesitych XX wieku wykazay obecno stref w których generowana jest nowa skorupa. Proces jej akrecji nazwano spreadingiem. Obecnie szacuje si, e rocznie powstaje w ten sposób okoo 3 km2 nowego dna wzdu liczcych ponad 60 000 km dugoci grzbietów oceanicznych. Grzbiety te nie s jednak jednolite: róne jest tempo spreadingu który odbywa si w ich obrbie, co powoduje powstanie specyficznych sekwencji skalnych.

Róne rodzaje grzbietów oceanicznych
Na poniszej mapie widoczne jest rozmieszczenie grzbietów oceanicznych na Ziemi. Oznaczono take w ramk te które najczciej su w literaturze jako przykad do ogólnych rozwaa na temat procesów zachodzcych w strefach spreadingu: EPR – East Pacific Ridge, MAR – Mid Atlantic Ridge oraz SWIR – South West Indian Ridge.
EPR jest grzbietem oceanicznym, który okrela si powszechnie jako ten, w którym tempo spreadingu jest najwiksze. Na przeciwnym biegunie jest MAR, gdzie akrecja nowej skorupy zachodzi znacznie wolniej. A zatem wyróni moemy dwa typy grzbietów oceanicznych:
1) szybko spreadingujce (fast spreading ridges)
2) wolno spreadingujce (slow spreading ridges)


 
Grzbiety szybko spreadingujce (typ EPR)
Szybko akrecji nowego dna oceanicznego uzaleniona jest od wielkoci dostawy magmy. W miejscach gdzie wystpuje silny magmatyzm, pozwala on na kompensacj tempa ekstensji. Dziki temu powstaje homogeniczna i stratyfikowana sekwencja skalna, która na Konferencji Penrose’a w 1972 r. zostaa okrelona mianem sekwencji ofiolitowej. Budow takiego grzbietu obrazuje poniszy schemat.


Zasadnicz cech grzbietów typu EPR jest agodna morfologia powierzchni dna oceanicznego. W miejscach tych mamy do czynienia najczciej ze stosunkowo cienk soczewk stopu (melt), która jest otoczona przez stref póplastyczn, czciowo skrystalizowanych ska (crystal mush zone) oraz stref przejciow (transition zone). W obrbie strefy spreadingu pojawia si zogniskowany, ograniczony system hydrotermalny (o czym w dalszej czci) .Komentujc przekrój poduny zauway mona, i nie wszdzie mamy do czynienia z silnym magmatyzmem. Powoduje to i budowa grzbietu typu EPR nie jest homogeniczna na caej jego dugoci.

Grzbiety wolno spreadingujce (typ MAR)
Powstaj w miejscach gdzie magmatyzm jest sabszy. Nie kompensuje on zatem tempa spreadingu. Powoduje to powstanie heterogenicznej, zrónicowanej sekwencji skalnej. Proces ten jest zobrazowany na poniszym rysunku.

Topografia grzbietu typu MAR jest bardzo urozmaicona. Wpyw na ni maj tzw. uskoki z odkucia (detachment fault). S to uskoki powstajce w reimie ekstensyjnym, powstajce w paszczynie prostopadej do kierunku ekstensji. Uskokowanie to pojawia si gdy dostawa magmy jest nieznaczna, co powoduje rozrywanie rozciganej skorupy. W efekcie powstaje struktura imbrykacyjna. Jak ju wspomniano, dostawa magmy jest sabsza, co powoduje e rzadko mamy do czynienia z podmorskim wulkanizmem. Wrcz przeciwnie, najczciej magma zastyga w postaci rozproszonych cia gabrowych. Czsto bywa równie, e po stronie skrzyda spgowego (footwall) odsonite zostan skay maficzne (gabra) i ultramaficzne (perydotyty). Tworz one wówczas struktury kopuowe (dome structure), rozwijajce si obok osi grzbietu.

Podsumowujc: w zalenoci od typu spreadingu powstaje róna jest budowa geologiczna dna oceanicznego, co obrazuje poniszy schemat.

Proces serpentynizacji
Struktury kopuowe przecinane s przez liczne uskoki, które czsto tn take dopiero co powstae intruzje gabrowe. S one wietnymi kanaami do migracji wody oceanicznej i ciepa tych cia. Powoduje to powstanie dugotrwaych systemów hydrotermalnych które powoduj liczne zmiany ska kopuy. Nastpuje wówczas proces serpentynizacji perydotytów, polegajcy przede wszystkim na reakcji oliwinu z wod morsk, wskutek czego powstaje parageneza mineralna (mineral assemblage) serpentyn + magnetyt. Reakcja ta zachodzi nastpujco:

1. fajalit + H20 → magnetyt + krzemionka + H2
3Fe2SiO4 + 2H2O → 2Fe3O4 + 3SiO2 + 2H2

2. forsteryt + H20 → serpentyn + brucyt
2Mg2SiO4 + 3H2O → Mg3Si2O5(OH)4 + Mg(OH)2

Dziki temu z pierwotnych perydotytów powstaj serpentynity.
Analizujc przekrój poduny, dostrzec mona e nie na wszystkich odcinkach mamy do czynienia z ubogim magmatyzmem. Tam gdzie dostawa magmy jest dua, powstaa skorupa homogeniczna, ciga i stratyfikowana. Jeli dostawa magmy jest niewielka, obserwuje si budow zrónicowan.

Problem sejsmicznej granicy Moho
Majc na uwadze powysze informacje dot. procesu serpentynizacji naley podkreli, e wskutek metamorfizmu perydotytów zmieniaj si waciwoci sejsmiczne skay. Dlatego wyznaczanie metod sejsmiczn gbokoci powierzchni niecigoci Moho jest dla skorupy oceanicznej czsto zawodne. Zazwyczaj zmierzona gboko nagej zmiany prdkoci fal sejsmicznych nie daje wówczas odpowiedzi na pytanie o granic skorupa-paszcz, a jedynie mówi o gbokoci frontu serpentynizacji.

Systemy hydrotermalne den oceanicznych
Jak ju wczeniej zauwaono: w strefie grzbietu szybko spreadingujcego powstaj krótkotrwae systemy hydrotermalne, które rozwijaj si na niewielkim obszarze. „Mechanizmem napdowym” jest dla nich ciepo nieustannie dostarczanej magmy. Odwrotnie w przypadku grzbietów wolno spreadingowych, systemy hydrotermalne rozwijaj si tam na znacznym obszarze, a ich ywotno jest dusza. Motor sprawczy tego systemu jest skomplikowany: z jednej strony uskoki przecinajce jeszcze gorce intruzje gabrowe (powoduj powstanie wysokotemperaturowych fluidów – black smokersów [albo dark brown arrows]), z drugiej strony póne uskoki przecinajce zserpentynizowane skay (powstaj niskotemperaturowe, alkaliczne fluidy – white smokersy).

Róne s take efekty dziaalnoci tych dwóch typów smokersów: w przypadku tych ciemnych mamy do czynienia z powstaniem kopców hydrotermalnych zoonych gównie z siarczków rónych metali (Cu, Fe) oraz z anhydrytu. Natomiast wraz z biaymi smokersami rozwijaj si gównie wglany. Ogólnie system hydrotermalny obejmuje: stref zasilania (recharge zone), stref reakcji – wzbogacenia w pierwiastki (reaction zone) i stref wypywu (upflow zone) w której fluid wydostaje si do wody morskiej. Prezentuje to poniszy schemat.



Znaczenie bada den oceanicznych
Zaprezentowane wiadomoci to efekt licznych bada dna oceanicznego prowadzonych przede wszystkim od 1994 roku w ramach programu ODP (Ocean Drilling Project). Wydaje si, i mog mie one take znaczenie utylitarne: przykadowo osady black smokersów s najprawdopodobniej bogate w pierwiastki ziem rzadkich REE, sonduje si take moliwo wykorzystania siarczków rónych metali gromadzcych si w tych strefach. Natomiast dla nauki, dziki ostatniemu postpowi w tej dziedzinie, stao si bardziej klarowne w jaki sposób zbudowane jest dno oceaniczne.

Odczyt zosta przygotowany na podstawie nastpujcych róde:
W. Bach, G. Frueh-Green: Alteration of the Oceanic Lithosphere and Implications for Seafloor Processes. Elements.
H. Dick, C. Lissenberg, J. Warren: Mantle Melting, Melt Transport and Delivery Beneath a Slow-Spreading Ridge: The Paleo-MAR. Journal of Petrology.
S. Poli: Petrology of the subducted slab. Elsevier.
NeMO Project, noaa.gov
Wikipedia.Org (serpentinization process)
update: 2012-01-09 22:17:48
SKN Geologów UWr © 2016 - Wszystkie prawa zastrzeżone
System by karo-net.pl | Logo by wojciech.zasina.net