Метаморфизм: агенты и типы

Термин метаморфизм произошел от латинского слова «метаморфоза», то есть «превращение». Он был введен в геологическую литературу в 1833 году Чарльзом Лайелем для обозначения превращения осадков в кристаллические сланцы. Учение о метаморфизме горных пород оформилось под влиянием работ Ван-Хайза, У. Грубенмана, И.Д.Лукашевича, выделивших различные по глубине метаморфические зоны. Уже в начале XX века Бекке, Ниггли, Гольдшмидт, Эскола и Тилли пытались интерпретировать парагенезисы метаморфических пород с позиций развивающейся физической химии. Дискутировались вопросы о роли термодинамического равновесия и кинетики реакций в метаморфических системах и об открытом или закрытом их характере. В 1911 году, изучая контактовые роговики около массива гранитов в районе Осло, В.М. Гольдшмидт писал, что длительность реакций в присутствии флюида играет основную роль в создании равновесия в метаморфических породах. Позднее, в 1920 году Эскола оформил свое учение о метаморфических фациях и более широко - о минеральных фациях.

Метаморфизм это преобразование минерального состава и строения твердых горных пород под влиянием изменившихся внешних условий.
Происходит перекристаллизация ранее существовавших минералов, их химическое разложение и взаимодействие друг с другом с появлением новых устойчивых минералов, структур и текстур.
Важность изучения метаморфических пород диктуется тем, что они составляют не менее 80 % объема континентальной земной коры, и расшифровать историю ее развития без исследования метаморфических пород невозможно.
Океаническая кора в этом плане изучена гораздо хуже, да и объем обнаженных метаморфических пород в ней значительно меньше.

Диапазон температур метаморфизма:
От 100 – 200 градусов до 650 – 1000 градусов
(при более высоких температурах начинается частичное плавление).
Выветривание и диагенез осадков (вблизи поверхности при низкой температуре) к метаморфизму не относятся

Факторы метаморфизма:
Температура
Давление
Флюидная фаза (вода, углекислота)
Тектонические деформации
Удары метеоритов

температура
Медленное погружение на глубину
Нагрев под влиянием магматических тел
Экзотермический эффект тектонических деформаций

температура
Область метаморфизма с участием водного флюида
Область метаморфизма без участия водного флюида

давление
Литостатическое давление (обусловлено весом вышележащих пород, возрастает с глубиной на 25-30 МПа/ км)
1. накопление осадочного или вулканического материала
2. тектонические надвиги

Флюидная фаза
Главные компоненты:
1.Вода
2. Углекислота
Другие летучие компоненты:
F, Cl, благородные газы, углеводороды

Что такое метасоматоз?
При наличии большого количества флюида, не равновесного по отношению к породе, сквозь которую он фильтруется, происходит растворение ранее существовавших минералов и отложение на их месте новых минеральных фаз, что приводит к изменению валового состава породы. Такое вторичное преобразование твердых горных пород называется метасоматозом

Аллохимический метаморфизм
Метаморфизм, протекающий на небольшой глубине и при относительно низкой температуре может сопровождаться метасоматическим замещением одних минералов другими и, следовательно, изменением валового химического состава породы.

Изохимический метаморфизм
Как правило, более глубинный и высокотемпературный метаморфизм. Нелетучие компоненты перераспределяются, а валовый состав породы остается постоянным (за исключением содержания воды и углекислоты, которые возрастают при гидратации или карбонатизации или уменьшаются при дегидратации или декарбонатизации)

Деформации как фактор метаморфизма
Упругие деформации – приводят к излому, разрушению решетки минералов, хрупкому разрушению породы и пр.
Пластические деформации – приводят к течению материала.

Типы метаморфизма
тип
Метаморфизм погружения
Метаморфизм нагревания
Метаморфизм гидратации
Дислокационный метаморфизм
Ударный метаморфизм
фактор
Увеличение давления, циркуляция водных растворов
Рост температуры
Взаимодействие г.п. с водными растворами
Тектонические деформации
Падение метеоритов, мощные взрывы

Метаморфизм погружения
Опускание на глубину осадочных и вулканических пород при низких геотермических градиентах (10-20 град/км)
Циркуляция водных растворов, обогащенных Na (морских вод)
Метаморфизму погружения предшествует диагенез и катагенез.
Продукты МП – метавулканиты, метаграувакки, содержащие новообразованные цеолиты, пренит, пумпеллиит, хлорит, альбит; глаукофановые сланцы
Происходит привнос-вынос компонентов

Метаморфизм нагревания
Контактовый метаморфизм (вокруг интрузивных тел) Н< 3-7 км, Р < 100-200 МПа
Региональный метаморфизм (на большой глубине)
а. низкого давления (Н< 15 км, Р < 380 МПа, Т = 400-800 ⁰С)
б. высокого давления (Н> 15 км)
Нет привноса-выноса компонентов, только уменьшается содержание воды

Когда Т⁰ достигает солидуса, метаморфизм нагревания переходит в частичное плавление
На малых глубинах – контактовый анатексис
На больших глубинах – региональный ультраметаморфизм (образуются мигматиты)

Метаморфизм, вызванный повышением температуры называется прогрессивным
Метаморфизм, вызванный понижением температуры называется регрессивным
Т⁰
Т⁰

Метаморфизм гидратации – РЕГРЕССИВНЫЙ
Происходит под воздействием водного флюида на породы, сложенные безводными или маловодными минералами

Дислокационный метаморфизм
Хрупкие и пластические деформации вблизи надвигов, в зонах скалывания и смятия
Тектонические брекчии
Катаклазиты
Глинка трения
Порфирокластические структуры
Милониты

a
b
Figure 23.15. Progressive mylonitization of a granite. From Shelton (1966). Geology Illustrated. Photos courtesy © John Shelton.

d
c
Figure 23.15. Progressive mylonitization of a granite. From Shelton (1966). Geology Illustrated. Photos courtesy © John Shelton.