CHƯƠNG 5 HOạT ĐộNG THủY NHIệT TRONG Vỏ ĐạI DƯƠNG Sự phát hiện ra các họng phun nớc nóng trên đáy đại dơng vào những năm 1970 đợc xem là một trong những sự kiện khoa học thú vị trong lịch sử nghiên cứu đại dơng. Đó là khung cảnh ấn tợng của những cột khói đen (hình 5.1) nằm trên đáy biển, nơi mà các giếng nớc nóng có nhiệt độ từ 350 o C hoặc lớn hơn phun lên thành những làn khói dày đặc, có màu đen do chứa các hạt mịn sunfua kim loại. ở nhiệt độ thấp hơn (30 - 330 o C), những làn khói này chuyển sang màu trắng do sự có mặt của các hạt bari sunfat và đợc gọi cột khói trắng. ít gây chú ý hơn, nhng có ý nghĩa không kém phần quan trọng là sự hiện diện của những mạch phun trào nớc ấm với nhiệt độ dao động từ 10- 20 o C trên nền nhiệt độ nớc vùng đáy biển bao quanh 2-3 o C. Sự phát triển của các mạch phun trào nớc nóng đã tạo ra một hệ thống sinh thái khác thờng (hình 5.2), trong đó nguồn năng suất nguyên sinh làm cơ sở hình thành lới thức ăn địa phơng trong môi trờng này không phụ thuộc vào quang hợp mà phụ thuộc vào hoạt động của các vi khuẩn có khả năng tổng hợp hóa học nhờ hấp thụ năng lợng bằng qúa trình ỹôy hóa các hợp chất sunfua từ giếng phun. Sau khi vỏ đại dơng vừa hình thành từ qúa trình phun trào và còn nóng chảy, nớc biển có thể xâm nhập và lu thông tuần hoàn qua các tầng đá phun trào và tạo ra qúa trình thủy nhiệt. Hiện tợng này không thể coi là bình thờng bởi gần một phần ba đáy biển và đại dơng trên thế giới đều xuất hiện hệ thống hoạt động thủy nhiệt nớc biển. Với tốc độ lu thông trung bình của mỗi giọt nớc trong 1,4 tỉ km 3 nớc biển qua vỏ đại dơng là vài triệu năm thì đủ thời gian để xảy ra sự trao đổi nguyên tố hóa học giữa nớc biển và bazan nóng chảy trên quy mô lớn. Có thể nói vỏ đại dơng là môi trờng đệm chứa các thành phần hóa học của đại dơng và là nguồn duy nhất cung cấp một số nguyên tố hóa học có trong thành phần nớc biển. Sự hình thành các tích tụ sunfua kim loại do hoạt động phun trào của dung dịch thủy nhiệt trong lòng đại dơng là một trong những cơ chế sinh quặng chính của Trái đất. Những mỏ quặng sunfít nằm trong phức hệ ophiolit đợc tìm thấy trên đảo Síp và Newfoundland (một đảo biển ngoài khơi phía đông nam Canada) là kiểu quặng phát triển theo cơ chế này. Hình 5.1: Hình ảnh một cột khói đen xuất hiện trong vùng đới trục khu vực sống núi đông Thái Bình Dơng. Sự biến đổi về thành phần hóa học và nhiệt độ của dung dịch đợc phun lên từ đáy biển với nhiệt độ 350 0 C khi tiếp xúc với nớc biển lạnh bao quanh ở tầng đáy đã làm các hạt sunfua kim loại bị kết tủa nhanh chóng và rơi xuống chồng chất quanh miệng phun trào tạo thành ống khói với sự thoát ra liên tục của một làn khói đen dày đặc. Đờng kính họng thoát khoảng 20cm Trớc khi phát hiện ra những họng phun trào nhiệt dịch đầu tiên trên đáy đại dơng, các nhà nghiên cứu đã từng nghĩ đến sự có mặt của chu trình thủy nhiệt trong lớp vỏ đại dơng tại vùng trục sống núi từ nhiều năm trớc khi họ tìm thấy một hệ thống hoạt động tơng tự tại các vùng núi lửa trên đất liền vào giữa những năm 1960. Trên thực tế, các vùng trục sống núi đã đợc công nhận là một trong những đới hoạt động núi lửa trên trái đất nên khả năng xuất hiện các hoạt động nhiệt dịch trong lớp vỏ nằm bên dới là rất tự nhiên. Những bằng chứng cụ thể cho kết qủa suy luận này là đã đợc tìm thấy ở Iceland (hình 5.3), nơi có sự hoạt động thực sự của các mạch nớc nóng và họng phun trào nhiệt dịch ở hai bên dải sống núi giữa Đại Tây Dơng (hình 4.22). Cùng khoảng thời gian này, kết quả phân tích hóa học các mẫu trầm tích đáy biển cũng cho thấy sự tăng dần của hàm lợng sắt, mangan và một số kim loại khác (nh Ag, Cr, Pb, Zn) trong trầm tích về phía trục sống núi (hình 5.4). Nh vậy, rõ ràng là nguồn cung cấp các nguyên tố kim loại này phải đợc hình thành ngay trên đáy biển và chính các hoạt động của dòng thủy nhiệt nóng là nguồn gốc sinh ra chúng . Hình 5.2: Hình ảnh những sinh vật hình ống là c dân chính của hệ sinh thái đặc trng cho khu vực bao quanh các họng phun trào nhiệt dịch. Đây là những sinh vật có màu đỏ sống trong lớp vỏ bao bọc hình ống bằng chất chitin với chiều dài có thể tới vài mét. Loài sinh vật này không có dạ dày, những có thể hấp thụ dinh dỡng trực tiếp từ nớc biển. Loài giáp xác nhỏ quan sát thấy trong ảnh không có mắt bởi hố mắt của chúng đã bị biến đổi thích ứng với môi trờng thành càng nạo để đào bới các vi sinh vật bám phủ trên thân của sinh vật ống làm thức ăn Kết quả phân tích các mẫu đất đá bazan vùng trục sống núi đã cho thêm những bằng chứng khác. Đó là các dấu vết biến đổi, biến chất của đất đá liên quan đến qúa trình tơng tác với nớc biển nóng trong nhiều mẫu. Ngoài ra, các nghiên cứu về phức hệ ophiolit có chứa quặng đã cho thấy sự xâm nhập sâu của một khối nớc biển lớn vào vỏ đại dơng tới hơn 5km và lu thông tuần hoàn trong đó với nhiệt độ cao. Hình 5.3: Hoạt động của một mạch phun trào nhiệt dịch ở Iceland. Nớc nóng và hơi nớc đợc phun lên dữ dội và gần nh liên tục từ các miệng thoát nhỏ. Hình 5.4: Bản đồ (đợc thành lập vào những năm 1960) biểu diễn tỉ lệ hàm lợng tơng quan giữa các nguyên tố Al, Fe và Mn so với Al trong tầng trầm tích mặt trên đáy đại dơng. Tỉ lệ này giảm dần theo khoảng cách xa dần trục sống núi vì Al là hợp phần chính của các khoáng vật sét, đó là một trong những khoáng vật có mặt trong trầm tích biển sâu và nguồn cung cấp Al chủ yếu cho đại dơng chính là các qúa trình phong hóa trên lục địa. Trái lại, Fe và Mn là hai nguyên tố đợc hình thành tại chỗ trên đáy đại dơng từ các qúa trình hoạt động thủy nhiệt gần trục sống núi 5.1. BảN CHấT CủA qúa trình thủy nhiệt Các hệ thống thủy nhiệt có hai đặc trng cơ bản: thứ nhất, chúng thờng xuất hiện tại các khu vực có gradien địa nhiệt cao do tầng đá nóng chảy nằm gần sát bề mặt đáy đại dơng và có một hệ thống mạng lới khe nứt trong lớp vỏ cho phép nớc biển lạnh có thể thẩm thấu xuống các tầng đá bên dới và rồi sau đó dâng trồi ngợc trở lại bề mặt đáy dới dạng nớc nóng. Thứ hai, qúa trình xâm nhập của nớc biển qua lỗ hổng, khe hở và các vết rạn nứt trong lớp vỏ bằng con đờng thẩm thấu thờng diễn ra trên diện rộng trong khi qúa trình dâng trồi ngợc lại chỉ tập trung qua một số kênh thoát hữu hạn khiến qúa trình phun trào diễn ra mạnh mẽ (hình 5.5). Hình 5.5: Sơ đồ mặt cắt qua một vùng trục tách dãn thờng minh họa hoạt động đối lu của các dòng thủy nhiệt trong lớp vỏ đại dơng. Hớng các mũi tên cho thấy qúa trình thẩm thấu và xâm nhập của nớc biển lan tỏa trên diện rộng trong khi qúa trình trục xuất nó ra khỏi lớp vỏ chỉ giới hạn trong hệ thống chùm tia mạch lan tỏa hẹp. Hoạt động của qúa trình này dẫn đến sự hình thành của các mỏ khoáng vật trên bề mặt và trong lớp vỏ biểu hiện qua sự tập trung cao của các trầm tích giàu kim loại tại vùng trục sống núi nh trên hình 5.4. Khái niệm quặng xâm tán sẽ đợc giải thích trong mục 5.3.1 Sự khác nhau chính giữa hệ thống thủy nhiệt xảy ra trong đại dơng và trên lục địa là ở chỗ nó phải chịu áp lực thủy tĩnh cao khi diễn ra trong vỏ dại dơng do sức nặng của tầng nớc biển dầy hàng nghìn mét đè lên, trong khi trên lục địa nó chỉ phải chịu áp suất khí quyển. Trên quy mô toàn cầu, hoạt động của các dòng thủy nhiệt trong đại dơng quan trọng hơn nhiều so với hoạt động thủy nhiệt trên lục địa vì hai lý do. Thứ nhất nó xuất hiện dọc theo toàn bộ chiều dài của hệ thống trục sống núi đại dơng và phát triển rộng ra hai bên sờn, hoạt động của nó gần nh không ngừng nghỉ vì sự sinh thành của vỏ đại dơng mới diễn ra gần nh liên tục trong suốt lịch sử địa chất. Thứ hai, nhiệt độ của các dòng thủy nhiệt và tốc độ phun trào của nó cao hơn nhiều so với hệ thống thủy nhiệt xảy ra trên lục địa. 5.1.1. Dòng nhiệt, qúa trình đối lu và thẩm thấu Ranh giới dới của lớp vỏ đại dơng có nhiệt độ cao hơn ranh giới trên, do sự tiếp xúc với nớc biển và trầm tích ớt nên bề mặt ranh giới trên chỉ khoảng vài độ trên O o C. Sự chênh lệch nhiệt độ này đặc biệt rõ nét ở những vùng gần trục sống núi đang hoạt động, nơi có sự xuất hiện của các lò macma nóng (thờng trên 900 o C, trừ khi bị kết tinh hoàn toàn) nằm bên dới, nhng không có sự che phủ của tầng trầm tích mặt hoặc rất ít. Nhiệt độ thoát ra từ phần vỏ nóng sẽ phải lan tới phần vỏ lạnh và qúa trình này diễn ra theo hai phơng thức: truyền dẫn do qúa trình khuếch tán nhiệt lên trên hoặc đối lu theo qúa trình chuyển động của khối nớc tức là qua chu trình thủy nhiệt. Vậy theo phơng thức nào sẽ quan trọng hơn? Sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt trên và bề mặt dới của lớp vỏ sẽ giảm dần theo sự nguội lạnh của lớp thạch quyển khi xa rời trục sống núi hoạt động. Nh bạn đã biết, qúa trình co xẹp của thạch quyển do mất nhiệt đã dẫn tới mối tơng giữa tuổi- độ sâu của đáy biển theo hàm số mũ (hình 2.13). Nếu xét về lý thuyết, một mối tơng quan tơng tự giữa tuổi và tốc độ mất nhiệt của vỏ đại dơng cũng có thể đợc xây dựng nếu giả thiết sự mất nhiệt chủ yếu là do truyền dẫn, tức là qúa trình khuyếch tán nhiệt qua lớp vỏ cứng. Hình 5.6: Đồ thị biểu diễn mối tơng quan giữa dòng nhiệt (tốc độ mất nhiệt trên đơn vị diện tích bề mặt đáy) và tuổi của lớp vỏ đáy đại dơng trên thế giới theo lý thuyết và đo đạc thực tế. Các chấm nhỏ tại tâm điểm giao nhau hình dấu cộng là các giá trị dòng nhiệt trung bình trong khu vực theo tỉ lệ khoảng cách tuổi trên trục hoành. Chiều cao của các thanh đứng biểu diễn độ lệch chuẩn so với các kết qủa đo đạc trung bình trên thực tế. Đờng cong đứt đoạn thể hiện hàm suy giảm dòng nhiệt theo mức độ xa dần trục sống núi theo lý thuyết với giả thiết qúa trình mất nhiệt chủ yếu là do truyền dẫn. Vùng màu đen thể hiện lợng nhiệt bị mất do các qúa trình khác mà không thể đo đợc bằng thiết bị. Kết qủa đo đạc dòng nhiệt truyền dẫn (tốc độ mất nhiệt trên một đơn vị diện tích bề mặt) đợc thực hiện bằng cách đa các dụng cụ đo nhiệt cảm ứng vào trong tầng trầm tích nằm che phủ trên tầng đá xâm nhập phun trào. Hình 5.6 biểu diễn các biến thiên của dòng nhiệt truyền dẫn trên đáy đại dơng theo kết qủa tính toán lý thuyết và đo đạc trực tiếp. Câu hỏi 5.1 (a) Theo kết qủa tính toán lý thuyết, tại các vùng sống núi có một dị thờng nhiệt truyền dẫn lớn. Vậy, những kết qủa đo đạc có xác nhận điều này không? (b) Vùng màu đen trên hình 5.6 có ý nghĩa nh thế nào? (c) Đồ thị đờng cong trên hình 5.6 có gì giống với đồ thị đờng cong trên hình 2.13? (d) Hình 5.6 có ý nghĩa nh thế nào đối với nhận định ở đầu chơng rằng khoảng một phần ba đáy đại dơng có hệ thống thuỷ nhiệt hoạt động bên dới? Nhận định về lợng nhiệt thất thoát bằng phơng thức khác qua câu hỏi 5.1 đã cung cấp cho các nhà khoa học biển bằng chứng nhất quán về sự có mặt của chu trình thủy nhiệt trong lớp vỏ đại dơng trên quy mô lớn, khi mà nó vẫn còn nằm trong sự phỏng đoán kéo dài tới tận đầu những năm 1970. Có hai điều kiện quan trọng nhất để qúa trình truyền nhiệt đối lu xảy ra là gradien địa nhiệt phải đủ lớn để thắng đợc các lực cản tự nhiên trong chuyển động của chất lỏng và bên trong lớp vỏ phải có sự phát triển của các khe nứt để nớc biển có khả năng lu thông trong đó- hay nói cách khác, các loại đá trong cấu trúc lớp vỏ phải có tính chất thẩm thấu. Những yếu tố nào đã giúp cho vỏ đại dơng có tính thẩm thấu để nớc biển có thể lu thông trong nó? Dĩ nhiên, đó chính là những đứt gãy lớn và khe nứt, nhng cũng có thể là các vết rạn nứt xuất hiện trong đá, chẳng hạn nh các thớ chẻ trong dung nham lava dạng gối hay những khoảng trống giữa các gối dung nham và các mảnh vụn trong tầng địa chấn 2A và những khe nứt nằm bên trong và giữa các vách dung nham dạng dyke. Độ thẩm thấu của lớp vỏ nằm gần các trục tách dãn hoạt động thờng là lớn nhất do qúa trình nguội lạnh của các đá phun trào nóng chảy trong lớp vỏ đã sinh ra nhiều khe nứt mới. Các khe nứt này sẽ dần bị lấp đầy bởi sự kết tủa của các khoáng vật từ dung dịch đang lu thông trong lớp vỏ khi lớp thạch quyển mới bị đẩy ra xa trục tách dãn, đồng thời là sự xuất hiện của các qúa trình lắng dọng trầm tích trên bề mặt khiến lớp vỏ ngày càng dầy hơn và theo đó, độ thẩm thấu của nó cũng vì thế mà bị giảm dần. 5.2. Những BIếN ĐổI HóA HọC trong qúa trình THủY NHIệT Để có thể tìm hiểu rõ qúa trình hoạt động của dòng đối lu nớc biển trong vỏ đại dơng, nhiều thực nghiệm mô phỏng theo qúa trình này đã đợc thực hiện trong phòng thí nghiệm với các điều kiện môi trờng gần tơng tự. Trớc hết, ngời ta cho nớc biển lu thông tuần hoàn qua các tầng đá bazan bị nghiền nát trong những khoảng thời gian khác nhau tại điều kiện áp suất thích hợp và nhiệt độ đã đợc nâng cao, có kèm theo sự thay đổi tỉ lệ nớc:đá và sau đó quan sát. Kết qủa cho thấy đã có những sự thay đổi mạnh mẽ dễ nhận thấy và các phản ứng hóa học xảy ra rất nhanh so với thang bậc thời gian địa chất. Chẳng hạn, chỉ trong quãng thời gian thời gian từ vài tuần đến vài tháng, toàn bộ manhê và sunfat trong nớc biển đều bị chuyển sang thành phần của đá trong khi một lợng lớn kali, canxi và silic có trong đá lại bị nớc biển phân lọc ra. Nh vậy, rõ ràng các hoạt động thủy nhiệt có thời đã bị lãng quên lại chính là tác nhân quan trọng dẫn đến qúa trình cân bằng hóa học trong đại dơng suốt thời kỳ lịch sử Trái đất. Sau này, nhiều mô hình thí nghiệm vẫn tiếp tục đợc thực hiện nhằm định lợng chính xác hơn những biến đổi đã xảy ra vì nhiều hợp phần của hệ thống tự nhiên không thể dễ dàng có thể thu mẫu. 5.2.1. Sự biến đổi của đất đá Ghi chú: Trong phần này, bạn đọc không nhất thiết phải ghi nhớ những định nghĩa về các loại đá và tên khoáng vật đợc đề cập đến. Nếu ngời nào đã có những hiểu biết ít nhiều về thạch học và khoáng vật thì chỉ cần đọc hiểu các mục 1,2,3 rồi thực hành theo các chỉ dẫn sau đó : 1. Các loại đá có thành phần bazan sẽ kết tinh hoàn toàn khi môi trờng nhiệt độ xấp xỉ 900 0 C, có nghĩa là qúa trình đông cứng của nó sẽ xảy ra trong khoảng nhiệt độ đó và nhiệt độ kết tinh chính xác phụ thuộc vào áp suất môi trờng, độ ngậm nớc của đá. Mỗi loại đá đợc cấu thành bởi một tổ hợp khoáng vật đặc trng (có thể bao gồm một vài mảnh vụn thủy tinh núi lửa nếu đó là các dung nham lava dạng gối) không bền vững về mặt hóa học trong môi trờng nớc biển. Do đó, khi tiếp xúc với nớc biển lạnh, thành phần hóa học của đá có thể bị biến đổi và khi gặp nớc biển nóng, những biến đổi này càng trở nên mạnh mẽ hơn. 2. Trong điều kiện môi trờng nớc biển lạnh, các loại đá bazan đều chịu tác động của qúa trình phong hóa xảy ra trên đáy biển với cơ chế tơng tự nh trên đất liền, nhng bản thân các loại đá sẽ bị biến đổi hoàn toàn sang kiểu khác (biến chất) khi tiếp xúc với dòng biển nóng trong chu trình thủy nhiệt. 3. Qúa trình biến chất đá do hoạt động thủy nhiệt thờng xảy ra trong môi trờng nhiệt độ và áp suất mà tại đó các đá bị biến chất thành đá phiến lục. Đây là loại đá có chứa tổ hợp khoáng vật hoàn toàn khác so với các đá banzan nguyên sinh cha bị biến đổi. ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao hơn, bazan trong các phần sâu của tầng địa chấn 2 và gabro trong các phần trên của tầng địa chấn 3 sẽ bị biến đổi thành amphibolit. Nói chung, qúa trình biến chất không làm thay đổi nhiều diện mạo bên ngoài của các loại đá bazan. Quan sát các mẫu đá trên hình 4.2(b) - (e), bạn sẽ thấy chúng rất giống đá tơi, nhng lại không phải là đá tơi mà là đá tơi đã bị biến đổi bởi qúa trình biến chất và phong hóa trên đáy biển. Để hiểu đợc những biến đổi của đá do tác động của những quá trình này gây ra, chúng ta hãy xem xét về sự biến đổi thành phần khoáng vật của nó. Phần tóm tắt dới đây sẽ cho bạn biết về những biến đổi thành phần khoáng vật chính có thể xảy ra đối với các loại đá banzan trên đáy biển. (i) Tổ hợp khoáng vật chính thành tạo nên các loại đá bazan (nh dung nham lava dạng gối, dạng dyke trong tầng địa chấn 2 hay gabro trong tầng địa chấn 3, (hình 4.2)), khi cha bị biến đổi và còn tơi là: fenpat plagiocla giàu canxi, Ca Al 2 Si 2 O 8 (khoảng 50 - 70 %); pyroxen, Ca(Mg,Fe)Si 2 O 6 ( kh. 30 - 40 %); olivin, (Mg,Fe) 2 SiO 4 (kh. 0 - 10 %); và thủy tinh bazan (có thể chiếm tới 70% trong dung nham lava dạng gối). (ii) Trong cấu tạo lớp vỏ đáy đại dơng, các dung nham lava dạng gối nằm ở phân lớp trên cùng của tầng địa chấn 2 do vậy chúng có nhiều cơ hội tiếp xúc với nớc biển tầng đáy trong khoảng nhiệt độ từ 2 - 3 0 C hoặc thấp hơn. Các phản ứng hóa học giữa dung nham và nớc biển nói chung đều do tác động của qúa trình phong hóa đáy biển và chúng diễn ra tơng tự nh những phản ứng xảy ra trên đất liền, tức là cũng có sự biến đổi fenpat và thủy tinh dung nham thành khoáng vật sét (là các hợp chất alumosilicat ngậm nớc) và có sự hình thành của lớp vỏ hay còn gọi là mũ sắt do qúa trình ỹôy hóa sắt và kết tủa oxit mangan. Qúa trình phong hóa này có thể xảy ra ở bất kỳ khu vực nào trên đáy biển nếu có sự xuất lộ của các tầng đá bazan trên bề mặt đáy. (iii) Một nhóm các khoáng vật alumosilicat khác có tên gọi chung là zeolit có thể đợc thành tạo trên đáy biển do qúa trình phong hóa đơn thuần hoặc do các phản ứng thủy nhiệt khi nhiệt độ tăng cao tới 100-200 0 C. (iv) Trong khoảng điều kiện nhiệt độ đặc trng cho phần lớn các hệ thống thủy nhiệt trong đại dơng là từ 200-400 0 C, một tổ hợp khoáng vật hoàn toàn mới sẽ đợc hình thành, chúng có thể bao gồm những tập hợp khoáng vật khác nhau trong số những khoáng vật sau : plagiocla giàu natri (albit), NaAlSi 3 O 8 ; clorit (một khoáng vật giống nh mica nhng có màu xanh đậm), (Mg,Fe,Al) 3 (Si,Al) 2 O 5 (OH) 4 ; thạch anh, SiO 2 ; epidot, Ca 2 (Al,Fe) 3 Si 3 O 12 (OH); actinolit, Ca 2 (Al,Fe) 5 Si 8 O 22 (OH) 2 ; Một khi tổ hợp khoáng vật này đã đợc hình thành và ổn định, đá sẽ chuyển sang dạng phiến lục - là loại đá biến chất khá phổ biến trong vỏ đại dơng. Tỉ lệ các hợp phần khoáng vật trong loại đá này có sự biến đổi lớn giữa nơi này với nơi khác do chúng bị chi phối bởi một số yếu tố khu vực nh sự biến đổi của gradien địa nhiệt, thời gian kéo dài của qúa trình phong hóa và thể tích tiếp xúc giữa nớc và đá. Tuy nhiên khoảng điều kiện nhiệt độ hình thành của tất cả các tổ hợp khoáng vật khác nhau của đá phiến lục đều giống nhau, tức là từ 200-400 0 C và chung điều kiện áp suất dới áp vài trăm atmotphe. (v) Đôi khi nớc biển có thể xâm nhập khá sâu vào dới lớp vỏ đại dơng, nơi có nhiệt độ và áp suất rất lớn làm biến đổi các đá phun trào có thành phần bazan (các đá nằm ở phần dới của các dung nham dyke thuộc tầng địa chấn 2C, phần trên của gabro trong tầng địa chấn 3) thành loại đá mới có chứa thành phần khoáng vật hocblen - (Na,Ca) 2 (Mg,Fe,Al) 5 (Si,Al) 8 O 22 (OH) 2 . Loại đá này đợc gọi là amphibolit. (vi) Cuối cùng, là sự hình thành của các khối xâm nhập secpentinit do qúa trình xâm nhập sâu của nớc biển xuống đến tầng địa chấn 4 qua khe nứt của các đứt gãy biến dạng và những đứt gãy sâu khác, sau đó gây ra phản ứng thủy phân olivin là một hợp phần chính của peredotit - thành secpentin - Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 . Đây là loại đá có khả năng biến dạng dẻo trong điều kiện nhiệt độ thờng. Với tỉ trọng nhỏ hơn các đá thuộc tầng địa chấn 2 và 3 nằm trên, secpentinit thờng dễ bị nén ép dâng trồi dọc theo các đứt gãy xuất hiện trong lớp vỏ đại dơng. Ghi chú: Bạn đọc có ít kiến thức về thạch học và khoáng vật nên theo dõi phần tiếp theo. Bảng 5.1: Thành phần hóa học của bazan biến chất và phiến lục trong vỏ đại dơng (% trọng lợng) Bazan trung bình Đá phiến lục SiO 2 49,92 49,11 42,45 49,39 46,95 49,25 Ti O 1,53 0,49 2,19 0,85 1,46 0,76 Al 2 O 3 15,63 16,72 16,98 16,03 16,58 15,90 Fe 2 O 3 1,65 6,82 11,84 6,80 10,26 2,67 FeO 8,19 3,69 5,69 2,42 1,63 5,83 MnO 0,17 0,17 0,19 0,17 0,05 0,16 MgO 7,65 10,96 11,73 15,42 15,13 8,71 CaO 11,17 6,09 3,18 0,29 0,27 10,44 Na 2 O 2,75 2,57 0,80 1,34 0,11 3,83 K 2 O 0,16 0,05 0,01 0,01 0,05 0,02 H 2 O 0,95 4,18 7,09 7,46 8,47 3,50 99,77 100,85 102,15 100,18 100,96 101,07 Ghi chú : 1. Trong phép phân tích này, các mẫu đá đợc nghiền nát thành bột mịn trớc khi đem đi phân tích từng nguyên tố. 2. Kết quả phân tích đợc biểu diễn dới dạng hàm lợng % của từng nguyên tố đối với những hợp phần ít (chiếm khoảng vài trăm phần triệu (p.p.m), hoặc ít hơn), và dới dạng hàm lợng % của ôxít tơng ứng đối với những hợp phần lớn hơn (chiếm từ 0,01% trở lên). [...]... thế nào Tuy nhiên, cách quan sát tốt nhất là tiến hành phân tích hóa học toàn bộ các mẫu khối đại diện (bảng 5. 1) Các đá bazan hình thành từ qúa trình kết tinh macma đơn thuần thường có thành phần khác nhau không nhiều Nhưng với các loại đá phiến lục và các đá bazan biến chất khác thì thành phần hóa học của chúng có sự khác nhau lớn vì chúng được hình thành bởi các phản ứng hóa học với những khối nước... thức thu được từ chương này Câu hỏi 5. 8 So sánh các kết qủa phân tích trong bảng 5. 3 và bảng 5. 1 để giải thích những biến đổi chính xảy ra trong qúa trình phong hóa đáy biển theo như phần trình bày trong các mục 5. 2.1 và 5. 2.2? Câu hỏi 5. 9 Khoáng vật zeolit được thành tạo trong qúa trình biến chất của lớp vỏ đại dương (khác với loại được thành tạo trong qúa trình phong hóa đáy biển) có nhiệt độ bền... 1 050 0 Mg - 1290 S (dưới dạng SO42 -) - 9 05 S (dưới dạng H2S) 210 - Ca 860 400 K 9 75 380 Sr 8 8 Si 600 3 Li 6 0,18 Rb 2 0,12 Ba 5- 1 3 21 0-2 Zn 7 51 0-3 Fe 101 21 0-3 Mn 33 11 0-4 Ghi chú: 1 Các nguyên tố thể hiện trong bảng 5. 2(a) là những hợp phần chủ yếu trong nước biển Phần lớn các nguyên tố này được đo trực tiếp, số còn lại được phân tích bằng các phương pháp hóa học 2 Đơn vị hàm lượng của các nguyên... đáng kể thì qúa trình kết tủa silic (SiO 2) thành thạch anh thường xảy ra Ngoài ra, một số hợp chất sunfat sẽ bị khử thành sunfit (H2S, bảng 5. 2 (b )) , những phần sunfat còn lại kết tủa cùng canxi thành khoáng vật anhydrit (CaSO 4) Các sunfit mới hình thành tiếp tục kết hợp với sắt và nhiều kim loại khác thành sunfua kim loại không hòa tan Một phần những sunfua kim loại không hòa tan sẽ rơi xuống và tích... nguyên tố hóa học trong đại dương Đó chính là các phản ứng thủy nhiệt xảy ra trong nước biển, bằng việc so sánh thành phần của nước biển thường với dung dịch thủy nhiệt, chúng ta có thể theo dõi được những thay đổi này (bảng 5. 2) Bảng 5. 2: (a) Các nguyên tố hòa tan chiếm thành phần chủ yếu trong nước biển Nguyên tố Nồng độ (ppm) Thành phần hoà tan chính Cl 1 950 0 Cl- Na 1 050 0 Na+ Mg 1290 Mg2+ S 9 05 SO42+... SO42+ Ca 400 Ca2+ K 380 K+ Br 67 Br- C 28 HCO 3- Sr 8 Sr2+ B 4 BO3 3- Si 3 Si(OH)4 F 1 F- Câu hỏi 5. 3 Bảng số liệu 5. 2(b) cho thấy những bằng chứng gì chứng tỏ dung dịch thủy nhiệt có (i) tính axit và (b) tính khử cao hơn nước biển? So sánh bảng 5. 1 và 5. 2 cho thấy một số nguyên tố chiếm hàm lượng khá lớn trong nước biển, nhưng trong thành phần của đá chúng chỉ là các nguyên tố vết, ngoại trừ natri,... trào và xây thành ống khói, phần còn lại kết tủa thành những hạt vật chất lơ lửng trong mạch dung dịch phun lên tạo thành cột khói (hình 5. 1) Tuy nhiên, gần đây người ta đã phát hiện ra rằng, các kết tủa sunfit còn xuất hiện trong phần trên của lớp vỏ nơi dung dịch nhiệt dịch có sự tiếp xúc với nước biển tầng đáy hình thành nên các mạch phun nước ấm (xem mục 5. 3. 1) Trong thành phần các nguyên tố hóa học. .. phân bố của các trầm tích giàu kim loại (hình 5. 1 1) đều là những dấu hiệu để nhận biết sự phát triển của các dòng thủy nhiệt Ngoài ra còn có một số các chất khí khác cũng được giải thoát trong qúa trình này, đó là metan (CH 4), hydro (H 2), monoxit cacbon (CO), và oxit nitơ (N2O) Bảng 5. 3: Kết quả phân tích hóa học mẫu đá bazan vùng sống núi đại dương ( ã bị phong hóa) theo đơn vị % trọng lượng Oxit % trọng... độ khác nhau, thời gian khác nhau Bảng 5. 1 cho thấy thành phần hóa học trung bình của các loại đá bazan biến chất khác nhau và đá phiến lục qua phương pháp phân tích hóa học Câu hỏi 5. 2 (a) Hãy xem kết qủa phân tích trên bảng 5. 1 và cố gắng xác định (i) hợp phần nào có biểu hiện rõ là từ nước biển xâm nhập vào bazan và (ii) hợp phần nào là từ bazan xâm nhập vào nước biển trong qúa trình hoạt động của... dòng trung gian có sự dao động khá lớn từ 3 0-3 30oC và biểu hiện của dòng phun trào là có màu trắng do sự hình thành của các hạt kết tủa màu trắng, chủ yếu là sunfat bari (BaSO 4) và một ít các sunfua sắt (FeS và FeS 2) và silic (SiO 2) Hình 5. 7 biểu diễn khả năng liên quan giữa ba kiểu dòng thủy nhiệt: khói đen, khói trắng, dòng nước ấm và sự tiến triển của chúng theo thời gian Rất có thể, qúa trình chuyển . thay đổi này (bảng 5. 2). Bảng 5. 2: (a) Các nguyên tố hòa tan chiếm thành phần chủ yếu trong nớc biển Nguyên tố Nồng độ (ppm) Thành phần hoà tan chính Cl 1 950 0 Cl - Na 1 050 0 Na +. hóa học giữa đá và nớc biển diễn ra nh thế nào. Tuy nhiên, cách quan sát tốt nhất là tiến hành phân tích hóa học toàn bộ các mẫu khối đại diện (bảng 5. 1). Các đá bazan hình thành từ qúa trình. khoáng vật hocblen - (Na,Ca) 2 (Mg,Fe,Al) 5 (Si,Al) 8 O 22 (OH) 2 . Loại đá này đợc gọi là amphibolit. (vi) Cuối cùng, là sự hình thành của các khối xâm nhập secpentinit do qúa trình xâm nhập sâu