عملية التحلل السربنتيني

الأوليفين هو محلول صلب من الفورستريت ، وهو الطرف المغنيسيومي من (Mg²⁺ ^, Fe²⁺ ⁾ ₂SiO₄ _{، والفاياليت} ، وهو الطرف الحديدي ، حيث يشكل الفورستريت عادةً حوالي 90% من الأوليفين في الصخور فوق المافية. [ ^{13 ] يمكن} أن يتشكل السربنتين من الأوليفين عبر عدة تفاعلات:

يرتبط السيليكا بقوة في التفاعل 1أ، مما يقلل نشاطه الكيميائي إلى أدنى مستوياته في الصخور الشائعة في قشرة الأرض . ^{[ 14 ]} ثم تستمر عملية السربنتنة من خلال ترطيب الأوليفين لإنتاج السربنتين والبروسيت (التفاعل 1ب). ^{[ 15 ]} يتميز خليط البروسيت والسربنتين الناتج عن التفاعل 1ب بأقل نشاط للسيليكا في السربنتينيت ، ولذلك فإن طور البروسيت بالغ الأهمية لفهم عملية السربنتنة. ^{[ 14 ]} مع ذلك، غالبًا ما يختلط البروسيت مع السربنتين بحيث يصعب التعرف عليه إلا باستخدام حيود الأشعة السينية ، كما أنه عرضة للتغير بسهولة في ظل ظروف التجوية السطحية. ^{[ 16 ]}

تتضمن مجموعة مماثلة من التفاعلات معادن مجموعة البيروكسين :

يتوقف التفاعل 2أ بسرعة عندما يصبح السيليكا غير متوفر، ويبدأ التفاعل 2ب. ^{[ 17 ]} عندما يكون الأوليفين متوفراً بكثرة، ينخفض ​​نشاط السيليكا إلى مستوى منخفض بما يكفي ليبدأ التلك بالتفاعل مع الأوليفين:

يتطلب هذا التفاعل درجات حرارة أعلى من تلك التي يتشكل عندها البروسيت. ^{[ 16 ]}

تعتمد التركيبة المعدنية النهائية على كلٍ من تركيب الصخور والسوائل، ودرجة الحرارة، والضغط. يتشكل معدن الأنتيجوريت في تفاعلات عند درجات حرارة قد تتجاوز 600 درجة مئوية (1112 درجة فهرنهايت) أثناء التحول، وهو المعدن الأكثر استقرارًا من بين معادن مجموعة السربنتين عند أعلى درجات الحرارة. أما معدنا الليزارديت والكريزوتيل فيمكن أن يتشكلا عند درجات حرارة منخفضة جدًا بالقرب من سطح الأرض. ^{[ 18 ]}  

غالباً ما تحتوي الصخور فوق المافية على البيروكسين الغني بالكالسيوم ( الديوبسيد )، والذي يتحلل وفقاً للتفاعل التالي:

يؤدي ذلك إلى رفع درجة الحموضة ، غالبًا إلى قيم عالية جدًا، ومحتوى الكالسيوم في السوائل المشاركة في عملية التمعدن السربنتيني. تتميز هذه السوائل بتفاعليتها العالية، وقد تنقل الكالسيوم وعناصر أخرى إلى الصخور المافية المحيطة. قد يؤدي تفاعل السوائل مع هذه الصخور إلى تكوين مناطق تفاعل تحولية غنية بالكالسيوم وفقيرة بالسيليكا، تُعرف باسم الرودينجيت . ^{[ 19 ]}

في معظم صخور القشرة الأرضية، يُمنع النشاط الكيميائي للأكسجين من الانخفاض إلى قيم منخفضة للغاية بواسطة مُخفِّف الفاياليت-المغنيتيت-الكوارتز (FMQ) . ^{[ 20 ]} يؤدي النشاط الكيميائي المنخفض للغاية للسيليكا أثناء عملية التمعدن السربنتيني إلى إزالة هذا المُخفِّف، مما يخلق ظروفًا اختزالية للغاية ^{[ 14 ]} تسمح للماء بأكسدة الحديدوز ( Fe2 ^+).) أيونات في الفاياليت. هذا التفاعل يُعدّل المعادن ويُحرر غاز الهيدروجين : ^{[ 1 ] [ 21 ] [ 22 ]}

تشير الدراسات التي أجريت على السربنتينيت إلى أن معادن الحديد في الطبيعة تتحول أولاً إلى بروسيت حديدي ، أي بروسيت يحتوي على Fe(OH) ₂ ، ^{[ 23 ]} والذي يخضع بعد ذلك لتفاعل شيكور في الظروف اللاهوائية لعملية السربنتنة: ^{[ 24 ] [ 25 ]}

تتحقق أقصى ظروف الاختزال، وأقصى معدل لإنتاج الهيدروجين، عندما تتراوح درجة حرارة عملية التمعدن السربنتيني بين 200 و315 درجة مئوية (392 و599 درجة فهرنهايت) ^{[ 26 ]} وعندما تكون السوائل غير مشبعة بالكربونات. ^{[ 1 ]} إذا كانت الصخرة فوق المافية الأصلية ( الصخرة الأم ) هي البيريدوتيت، الغني بالأوليفين، يُنتج الماغنيتيت والهيدروجين بكميات كبيرة. أما إذا كانت الصخرة الأم هي البيروكسينيت، الذي يحتوي على نسبة بيروكسين أعلى من الأوليفين، فيُنتج التلك الغني بالحديد دون وجود الماغنيتيت، مع إنتاج محدود للهيدروجين. ويمكن أن يؤدي تسرب السوائل الحاملة للسيليكا أثناء عملية التمعدن السربنتيني إلى تثبيط كل من تكوين البروسيت وإنتاج الهيدروجين اللاحق. ^{[ 27 ]}  

يتحول الكروميت الموجود في الصخر الأصلي إلى مغنيتيت غني بالكروم عند درجات حرارة منخفضة لعملية السربنتنة. أما عند درجات حرارة أعلى، فيتحول إلى كروميت غني بالحديد (كروميت الفريت). ^{[ 28 ]} خلال عملية السربنتنة، يزداد تركيز الكلور والبورون والفلور والكبريت في الصخر. ويُختزل الكبريت إلى كبريتيد الهيدروجين ومعادن الكبريتيد، مع اندماج كميات كبيرة منه في معادن السربنتين، وقد يتأكسد بعضها لاحقًا إلى معادن الكبريتات مثل الأنهيدريت . ^{[ 29 ]} وتشمل الكبريتيدات الناتجة كبريتيدات غنية بالنيكل، مثل الماكيناويت . ^{[ 30 ]}

أكدت التجارب المخبرية أن الأوليفين يتحول إلى سربنتين عند درجة حرارة 300 درجة مئوية (572 درجة فهرنهايت) وضغط 500 بار، مصحوبًا بانطلاق غاز الهيدروجين. وقد لوحظ تكوّن الميثان غير الحيوي المرتبط بعملية السربنتين في أنظمة ذات درجات حرارة وضغوط أقل بكثير، وذلك في الصخور فوق المافية في الأفيوليت ، وفي أنظمة قارية مثل أحزمة الصخور الخضراء في الدرع الكندي . ^{[ 31 ]} إضافةً إلى ذلك، يتكوّن الميثان والهيدروكربونات المعقدة من خلال اختزال ثاني أكسيد الكربون. وقد يُحفّز هذا التفاعل بواسطة الماغنيتيت المتكوّن أثناء عملية السربنتين. ^{[ 6 ]} أحد مسارات التفاعل هو: ^{[ 24 ]}  

يُعدّ كلٌّ من الليزارديت والكريزوتيل مستقرين عند درجات الحرارة والضغوط المنخفضة، بينما يكون الأنتيغوريت مستقرًا عند درجات الحرارة والضغوط المرتفعة. ^{[ 32 ]} ويشير وجوده في السربنتينيت إما إلى أن عملية السربنتنة حدثت عند ضغط ودرجة حرارة مرتفعين بشكل غير معتاد، أو إلى أن الصخر قد خضع لتحول من الدرجة الأعلى بعد اكتمال عملية السربنتنة. ^{[ 2 ]}

يؤدي تسرب السوائل الحاملة _لثاني أكسيد الكربون إلى السربنتينيت إلى تحول مميز إلى التلك والكربونات . ^{[ 33 ]} يتحول البروسيت بسرعة إلى المغنيسيت، وتتحول معادن السربنتين (باستثناء الأنتيجوريت) إلى التلك. يشير وجود أشكال زائفة من معادن السربنتينيت الأصلية إلى أن هذا التحول يحدث بعد عملية السربنتنة. ^{[ 2 ]}

قد يحتوي السربنتينيت على الكلوريت ( معدن سيليكاتي صفائحي )، والتريموليت (Ca2 ₍ Mg5.0-4.5Fe2 ₊ 0.0-0.5 ⁾ Si8O22 ₍ OH) _{2 )} ، والأوليفين المتحول والديوبسيد (بيروكسين غني بالكالسيوم). يشير هذا إلى أن السربنتينيت قد تعرض لتحول أكثر كثافة _، ليصل إلى مرحلة التحول العليا للشست الأخضر أو ​​الأمفيبوليت . ^{[ 2 ]}

عند درجة حرارة أعلى من 450 درجة مئوية (842 درجة فهرنهايت) ، يبدأ الأنتيجوريت بالتحلل. وبالتالي، لا يوجد السربنتينيت في المراحل التحولية العليا. ^{[ 12 ]}  

يُفترض أن وجود آثار للميثان في غلاف المريخ الجوي قد يكون دليلاً محتملاً على وجود حياة على المريخ، إذا كان الميثان ناتجًا عن نشاط بكتيري . وقد طُرحت عملية التمعدن السربنتيني كمصدر غير بيولوجي بديل لآثار الميثان المرصودة. ^{[ 34 ] [ 35 ]} في عام 2022، أُفيد بأن الفحص المجهري لنيزك ALH 84001 ، القادم من المريخ، يُظهر أن المادة العضوية التي يحتويها قد تشكلت بالفعل عن طريق التمعدن السربنتيني، وليس بفعل عمليات حيوية. ^{[ 36 ] [ 37 ]}

باستخدام بيانات من تحليقات مسبار كاسيني التي جُمعت بين عامي 2010 و2012، تمكن العلماء من تأكيد وجود محيط من الماء السائل تحت سطح قمر زحل إنسيلادوس المتجمد. ويشير نموذج إلى أن درجة حموضة هذا المحيط على إنسيلادوس قلوية ، حيث تتراوح بين 11 و12. ^{[ 38 ]} ويُفسر ارتفاع درجة الحموضة بأنه نتيجة رئيسية لعملية تحول الصخور الكوندريتية إلى سيربنتين ، مما يؤدي إلى توليد الهيدروجين.₂ ، مصدر جيولوجي كيميائي للطاقة يمكنه دعم كل من التخليق غير الحيوي والبيولوجي للجزيئات العضوية. ^{[ 38 ] [ 39 ]}

تُعدّ الظروف مواتية للغاية لعملية التمعدن السربنتيني في سلاسل منتصف المحيطات ذات التمدد البطيء إلى البطيء جدًا. ^{[ 8 ]} هنا، يكون معدل تمدد القشرة الأرضية مرتفعًا مقارنةً بحجم النشاط البركاني، مما يجعل صخور الوشاح فوق المافية قريبة جدًا من السطح، حيث يسمح التصدع بتسرب مياه البحر إلى الصخور. ^{[ 11 ]}

قد يؤدي التمعدن السربنتيني في سلاسل منتصف المحيطات بطيئة التمدد إلى وضع انقطاع موهو الزلزالي عند جبهة التمعدن السربنتيني، بدلاً من قاعدة القشرة الأرضية كما هو محدد بالمعايير البترولوجية المعتادة. ^{[ 40 ] [ 8 ]} تُظهر كتلة لانزو في جبال الألب الإيطالية جبهة تمعدن سربنتيني حادة قد تكون بقايا انقطاع موهو الزلزالي. ^{[ 41 ]}