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オフィオライトとは、地球の海洋地殻とその下にある上部マントルの一部が隆起して露出し、しばしば大陸地殻の岩石の上に堆積したものである。
ギリシャ語のὄφις、ophis（蛇）は、オフィオライトの名称に見られますが、これは一部のオフィオライトの表面の質感に由来しています。特に蛇紋岩は蛇の皮を連想させます。（接尾辞-liteはギリシャ語のlithos （石）に由来します。）一部のオフィオライトは緑色をしています。多くの山塊に存在するこれらの岩石の起源は、プレートテクトニクス理論が登場するまで不明のままでした。
オフィオライトの大きな意義は、アルプス山脈やヒマラヤ山脈といった山脈地帯に分布していることにあり、そこではかつて海洋盆地が存在し、それが沈み込みによって消滅したことを示す証拠となっている。この知見はプレートテクトニクスの基礎となる柱の一つであり、オフィオライトは常にプレートテクトニクス理論と古代山脈の解釈において中心的な役割を果たしてきた。
オフィオライトに見られる地層のような配列は、中央海嶺における岩石圏形成過程に対応している。上から下へ、その配列の層は以下の通りである。
1972年に開催されたアメリカ地質学会のペンローズ会議では、オフィオライトに関する用語として「オフィオライト」が定義され、オフィオライトの残りの部分とは独立して形成された堆積層を含む、上記のすべての層が含まれるとされました。[ 1 ] この定義は最近、統合海洋掘削計画やその他の調査航海による海洋地殻の新たな研究により、現場の海洋地殻は厚さや組成がかなり変動する可能性があり、場所によってはシート状の岩脈が斑れい岩を挟まずにペリドタイト構造岩の上に直接乗っていることが示されたため、異議を唱えられています。
オフィオライトは世界のほとんどの造山帯で確認されている。[ 2 ]しかし、オフィオライト形成の2つの要素、すなわちシーケンスの起源とオフィオライトの定置メカニズムについては議論が続いている。定置とは、シーケンスが低密度の大陸地殻 上に隆起する過程である。[ 3 ]
いくつかの研究は、オフィオライトが海洋リソスフェアとして形成されたという結論を支持している。地震波速度構造の研究は、海洋地殻の組成に関する現在の知識の大部分を提供している。このため、研究者らは比較を確立するために、オフィオライト複合体（ニューファンドランドのベイ・オブ・アイランズ）で地震調査を実施した。この研究は、海洋とオフィオライトの速度構造が同一であると結論付け、オフィオライト複合体が海洋地殻として起源することを示唆している。 [ 4 ] 以下の観察はこの結論を支持している。海底に由来する岩石は、ケイ素やチタンなどの主要構成元素から微量元素まで、未変質のオフィオライト層に匹敵する化学組成を示している。海底岩石とオフィオライト岩石は、シリカに富む鉱物の発生が少ないという共通点があり、存在する鉱物はナトリウム含有量が高く、カリウム含有量が低い。[ 5 ]オフィオライト枕状溶岩と岩脈の変成の温度勾配は、今日の海嶺の下で見られるものと似ています。[ 5 ]オフィオライト内およびその近辺に存在する金属鉱床と酸素および水素同位 体からの証拠は、海嶺付近の高温の玄武岩を海水が通過する際に、元素が溶解して運ばれ、加熱された海水が冷たい海水と接触したときに硫化物として沈殿したことを示唆しています。同じ現象は、熱水噴出孔として知られる地形で海嶺付近で発生します。[ 5 ] オフィオライトが海底として起源したことを裏付ける最後の証拠は、枕状溶岩上の堆積物の形成領域です。それらは、 陸起源の堆積物から遠く離れた、水深2 kmを超える水域に堆積しました。[ 5 ] 上記の観察にもかかわらず、オフィオライトを海洋地殻とする理論には矛盾があります。この理論では、新たに生成された海洋地殻は、オフィオライトとして定置される前に、完全なウィルソンサイクルを経るとされています。これは、オフィオライトが、それが存在する造山帯よりもはるかに古く、したがって古くて冷たいものである必要があることを意味します。しかし、放射年代測定と層序年代測定により、オフィオライトは若くて高温のときに定置されたことがわかっています。 [ 5 ]ほとんどは5000万年未満です。[ 6 ] したがって、オフィオライトは完全なウィルソンサイクルを経ることはできず、非典型的な海洋地殻と考えられています。
海洋地殻が大陸縁辺部に隆起する過程である定置のメカニズムについては、後者の密度が比較的低いにもかかわらず、まだコンセンサスが得られていない。定置の手順に関するすべての仮説は、沈み込みの開始、沈み込み帯での大陸縁辺部または上盤プレートへのオフィオライトの衝上、および地表への露出という同じステップを共有している。[ 7 ]
ニューファンドランドのベイ・オブ・アイランズ複合体とルーマニアのアプセニ山脈の東ヴァルダル複合体で行われた研究に基づく仮説[ 8 ]は、不規則な大陸縁辺が島弧複合体と衝突すると、背弧海盆でオフィオライトが生成され、圧縮によって衝上が起こることを示唆している[ 9 ] 。 大陸縁辺、その全長に沿った岬と凹地は、島弧複合体の下で沈み込む海洋地殻に付着しており、海洋地殻はそこから離れて傾斜している。沈み込みが起こると、浮力のある大陸と島弧複合体が収束し、最初は岬と衝突する。しかし、海洋地殻はまだ島弧の下に沈み込んでおらず、岬の間の地表にある。沈み込む海洋地殻は、沈み込みを助けるために大陸縁辺から分裂すると考えられている。海溝の後退速度が島弧複合体の進行速度よりも大きい場合、海溝の後退が起こり、その結果、島弧複合体が海溝の後退速度に合わせられるように、上盤プレートの伸張が起こります。伸張によって背弧海盆が形成され、海洋地殻であるオフィオライトが生成されます。最終的に、海洋リソスフェアが完全に沈み込むと、島弧複合体の伸張体制は圧縮体制に変わります。伸張によって生じた高温で正の浮力を持つ海洋地殻は沈み込まず、代わりにオフィオライトとして島弧に衝上します。圧縮が続くと、オフィオライトは大陸縁辺に定置されます。[ 9 ] SrおよびNd同位体分析に基づくと、オフィオライトは中央海嶺玄武岩と似た組成を持ちますが、通常、大型イオン親石元素がわずかに高く、Nbが枯渇しています。これらの化学的特徴は、オフィオライトが沈み込み帯の背弧海盆で形成されたことを裏付けている。
オフィオライトの生成と沈み込みは、カリフォルニアとバハカリフォルニアのコーストレンジオフィオライトの証拠から示唆されるように、沈み込みの位置と極性の変化によっても説明できる。[ 10 ] 大陸縁辺に付着した海洋地殻が島弧の下に沈み込む。オフィオライト形成前の海洋地殻は背弧海盆によって生成される。大陸と島弧の衝突により、背弧海盆に新しい沈み込み帯が開始され、最初の沈み込み帯とは反対方向に傾斜する。生成されたオフィオライトは新しい沈み込み帯の前弧の先端となり、分離と圧縮によって（付加体ウェッジの上に）隆起する。[ 10 ]上記の2つの仮説の検証には、この主題に関する現在の文献にある他の仮説と同様に、さらなる研究が必要である。
科学者たちは厚さ6～7キロメートルの海洋地殻に約1.5キロメートルしか掘削していないため、海洋地殻の科学的理解は主にオフィオライト構造と海洋地殻の地震探査結果との比較から得られている。海洋地殻は一般的に層状の速度構造を持ち、これは上記に挙げたものと同様の層状の岩石系列を示唆している。しかし、詳細には問題があり、多くのオフィオライトは海洋地殻で推測されるよりも薄い火成岩の集積を示している。海洋地殻とオフィオライトに関するもう1つの問題は、オフィオライトの厚い斑れい岩層は中央海嶺の下に大きなマグマ溜まりがあることを示唆しているということである。しかし、中央海嶺の地震探査では、海嶺の下にごく少数のマグマ溜まりしか発見されておらず、それらは非常に薄い。海洋地殻に掘られたいくつかの深層掘削孔では斑れい岩が確認されたが、それはオフィオライト斑れい岩のように層状構造をしていない。
若い海洋地殻を流れる熱水流体は、蛇紋岩化作用、かんらん岩の変質、斑れい岩や玄武岩中の鉱物の低温鉱物への変質を引き起こします。例えば、シート状岩脈や溶岩中の斜長石、輝石、カンラン石は、それぞれアルバイト、緑泥石、蛇紋石に変化します。多くの場合、鉄に富む硫化物鉱床などの鉱床は、高度に変質した緑簾石（緑簾石-石英岩）の上に見られます。緑簾石は、現在も海嶺の海底拡大中心で活動している、かつてのブラックスモーカーの痕跡です。
したがって、オフィオライトは確かに海洋マントルと地殻であると考える理由があるが、詳しく調べるといくつかの問題が生じる。上述の層の厚さの問題に加えて、シリカ（SiO₂ ）とチタニア（TiO₂ ）の組成の違いに関する問題が生じる。オフィオライト玄武岩の含有量は沈み込み帯の領域（シリカ約55%、TiO₂<1%）に位置するが、中央海嶺玄武岩は通常シリカ約50%、TiO₂1.5～2.5%である。これらの化学的違いは、微量元素の範囲にも及ぶ（つまり、1000 ppm以下の量で存在する化学元素）。特に、沈み込み帯（島弧）火山に関連する微量元素はオフィオライトで高くなる傾向があるが、海嶺玄武岩で高くなるが沈み込み帯火山で低くなる微量元素はオフィオライトでも低くなる。[ 11 ]
さらに、斑れい岩中の長石と輝石（斜方輝石と斜方輝石）の結晶化順序が逆転しており、オフィオライトも沈み込み帯に匹敵する多段階のマグマ的複雑性を持っているようです。実際、ほとんどのオフィオライトは沈み込みが始まるときに生成され、前弧リソスフェアの断片を表しているという証拠が増えています。このことから、1980年代に「沈み込み帯上」（SSZ）オフィオライトという用語が導入され、一部のオフィオライトは海嶺よりも島弧に密接に関連していることを認めるようになりました。その結果、海底拡大に関連していると考えられていた古典的なオフィオライトの産出例（キプロスのトロドス、オマーンのセマイル）のいくつかは、沈み込み開始時の前弧地殻の急速な伸張によって形成された「SSZ」オフィオライトであることが判明しました。[ 12 ]
ほとんどのオフィオライトが前弧域に位置するという説明は、海洋リソスフェアが大陸地殻の上にどのように配置されるかという、そうでなければ不可解な問題を解決する。沈み込むプレートによって大陸付加堆積物が沈み込み帯に運ばれると、プレートが詰まって沈み込みが停止し、その結果、前弧リソスフェア（オフィオライト）を上に乗せた付加プリズムが跳ね返ると考えられる。ホットスポット型の噴火環境や通常の海嶺玄武岩に匹敵する組成を持つオフィオライトはまれであり、そのような例は一般的に沈み込み帯の付加複合体で大きく分断されている。
オフィオライトは、テチス海の閉鎖によって形成されたような中生代の造山帯に多く見られます。始生代および古原生代の領域におけるオフィオライトはまれです。[ 13 ]
ほとんどのオフィオライトは、テチス海型とコルディレラ型の2つのグループに分けられます。テチス海型オフィオライトは、キプロスのトロドス山脈など東地中海地域や、オマーンのセマイル山脈など中東に見られるもので、古典的なオフィオライト集合体に対応する比較的完全な岩石系列からなり、受動型大陸縁辺にほぼそのままの状態で配置されています（テチスとは、かつてヨーロッパとアフリカを隔てていた古代の海の名称です）。コルディレラ型オフィオライトは、北米西部の山脈（「コルディレラ」または大陸の背骨）に見られるもので、沈み込み帯付加体（沈み込み複合体）上に位置しており、受動型大陸縁辺とは関連がありません。これらには、カリフォルニアのコースト山脈オフィオライト、クラマス山脈（カリフォルニア、オレゴン）のジョセフィンオフィオライト、南米南部アンデス山脈のオフィオライトが含まれる。定置様式に違いはあるものの、どちらのタイプのオフィオライトも、起源は沈み込み帯上部（SSZ）に限られる。[ 14 ]
発生様式に基づくと、新原生代のオフィオライトは中央海嶺玄武岩（MORB）型とSSZ型の両方のオフィオライトの特徴を示しているようで、古いものから新しいものへと、（1）MORB無傷オフィオライト（MIO）、（2）断片化オフィオライト（DO）、（3）弧関連オフィオライト（AAO）に分類される（El Bahariya、2018）。調査対象の中央東部砂漠（CED）のオフィオライトは、 MORB/背弧海盆玄武岩（BABB）オフィオライトとSSZオフィオライトの両方に分類される。これらは空間的にも時間的にも無関係であり、したがって、2つのタイプは岩石成因的に関連していないと考えられる。オフィオライトは様々な地質学的環境に存在し、時間の経過とともにMORBからSSZへとオフィオライトの構造環境が変化してきたことを示している。
オフィオライトという用語は、1813年と1821年のアレクサンドル・ブロンニャールの出版物に由来する。最初の出版物では、彼はメランジュと呼ばれる大規模な角礫岩に見られる蛇紋岩をオフィオライトと呼んだ。[ 15 ] [ 16 ] 2番目の出版物では、彼は定義を拡張し、斑れい岩、輝緑岩、超苦鉄質岩、火山岩などのさまざまな火成岩も包含するようにした。[ 16 ]こうしてオフィオライトは、イタリアのアルプス山脈とアペニン山脈に見られるよく知られた岩石の組み合わせの名前となった。[ 16 ]これらの2つの山脈系での研究の後、グスタフ・シュタインマンは、後に「シュタインマンの三位一体」として知られるようになるもの、すなわち蛇紋岩、輝緑岩-スピライト、チャートの混合物を定義した。[ 16 ]シュタインマンの三位一体の認識は、数年後に海底拡大とプレートテクトニクスに関する理論の構築に役立った。[ 17 ]シュタインマンの重要な観察は、オフィオライトがかつての深海環境を反映した堆積岩と関連しているということだった。[ 16 ]シュタインマン自身は、地向斜の概念 を用いてオフィオライト（三位一体）を解釈した。[ 18 ]彼は、アルプスのオフィオライトは「非対称に短縮する地向斜の活動的な側面に衝上断層に沿って噴出する海底噴出物」であると主張した。[ 19 ]シュタインマンは、ペルーのアンデス山脈にオフィオライトがほとんど見られないのは、アンデス山脈の前に浅い地向斜があったか、あるいは単に地向斜の縁辺を表しているかのどちらかだと理論づけた。[ 18 ]このように、コルディレラ型とアルプス型の山々は、この点で異なっていた。[ 18 ]ハンス・スティレのモデルでは、ユージオシンクラインと呼ばれる地向斜の一種は、「初期マグマ活動」を生み出すことで特徴づけられ、場合によってはオフィオライトマグマ活動に対応していた。[ 18 ]
プレートテクトニクス理論が地質学で主流となり[ 1 ]、地向斜理論が時代遅れになった[ 20 ]ため、オフィオライトは新しい枠組みで解釈されるようになった[ 1 ] 。オフィオライトは海洋リソスフェアの断片として認識され、岩脈は中央海嶺での伸張テクトニクスの結果と見なされた[ 1 ] [ 21 ]。オフィオライトで見られる深成岩は、かつてのマグマ溜まりの残骸として理解された[ 1 ] 。
1973年、宮代明穂はオフィオライトに関する一般的な概念を覆し、キプロスの有名なトロドス・オフィオライトの起源を島弧説とし、オフィオライト内の多数の溶岩や岩脈がカルシウムアルカリ系の化学組成を持っていると主張した。[ 22 ]
これらの岩石体の研究に影響を与えてきたオフィオライトの例としては、以下のようなものがある。