2.10 Метаморфизм

Метаморфизмом(от греч. «метаморфозис» - превращение) называется процесс перекристаллизации горных пород в твёрдом состоянии, протекающий в недрах Земли под действиемтемпературы(Т),давления(Р) ифлюидовпреимущественно жидких или газово-жидких.

Горные породы, в результате тектонических движений, попадая в иные физико-химические условия по сравнению с первоначальными условиями их формирования, испытывают различные преобразования, т.е. метаморфизуются. В результате метаморфизма исходной горной породы – магматической или осадочной – образуется новая горная порода – метаморфическая. Метаморфические изменения в горных породах начинаются при повышении температуры до +200°С и увеличении всестороннего давления, вызванного весом вышележащих пород.

Основной причиной перекристаллизации при изменении термодинамических параметров среды является различная устойчивость минералов в тех или иных условиях. Для каждого минерального вида имеется свой диапазон устойчивости как по температурам, так и по давлениям. При выходе за соответствующие рамки минералы разрушаются, а из входивших в них химических элементов кристаллизуются другие минеральные вещества.

Условия проявления и классификация метаморфических процессов.

В зависимости от того, в каком направлении меняется температура, метаморфизм подразделяется на прогрессивный и регрессивный.

Прогрессивнымназывается метаморфизм, протекающий при повышении температуры,регрессивным– тот, который идёт при её уменьшении. При прогрессивном метаморфизме ассоциации минералов, устойчивых в условиях относительно низких температур, замещаются другими, более высокотемпературными. Соответственно, горная порода, которая была сложена низкотемпературными минералами, преобразуется в новую породу с иным минеральным составом. При регрессивном метаморфизме процесс идёт в обратном направлении.

Важнейшим условием, обеспечивающим возможность протекания процесса как в одном, так и в другом направлении, является наличие в горных породах воды. Именно вода является средой, в которой протекают разнообразные химические реакции. Вода при метаморфизме может оказаться средой не только для осуществления химических реакций; в ней может осуществляться и направленная миграция тех или иных химических веществ. В зависимости от того, осуществляются ли при метаморфизме процессы привноса – выноса химических элементов, различают метаморфизм изохимический и аллохимитческий.

Изохимическийметаморфизм происходит без изменения исходного химического состава горной породы. При метаморфизмеаллохимическом (метасоматозе), в результате привноса и/или выноса тех или иных компонентов химический состав горной породы претерпевает разнообразные изменения.

Основные факторы метаморфизма, воздействующие на вещество исходных пород:

температура,

давление - стрессовое и петростатическое (за счет вышележащих толщ),

химически активные вещества (флюиды).

В зависимости от условий проявления, масштабов распространения процесса и роли того или иного фактора выделяются следующие типы метаморфизма: региональный, контактовый, динамический, ультраметаморфизм, метасоматоз, ударный метаморфизм.

Региональный метаморфизмпроявляется на обширных площадях в связи с крупными тектоническими событиями в развитии регионов. При региональном метаморфизме всегда, в тех или иных соотношениях, действуют оба фактора – и температура, и давление (стрессовое и петростатическое).

Контактовый метаморфизмпроявляется в связи с внедрением в относительно холодные горные породы горячих масс магматических расплавов. Фактором, обуславливающим проявление метаморфического процесса, является температура. Контактово-метаморфическому воздействию подвергаются породы, находящиеся вблизи контакта с интрузией магмы. Ширина зоны контактового метаморфизма в наибольшей мере зависит от размеров интрузивного тела, воздействующего на вмещающие породы. Чем оно крупнее, тем шире будет зона, в которой проявлен метаморфизм.

Динамический метаморфизм (динамометаморфизм)чаще всего связан с подвижками вдоль разрывных нарушений, и его проявления в этом случае приурочены непосредственно к узким вытянутым приразломным зонам. В связи с этим его также можно назвать приразломным метаморфизмом. Реже динамометаморфические изменения развиваются в относительно широких (шириной в километры, иногда десятки километров), но также протяжённых зонах, в пределах которых горные породы целиком подвержены интенсивному смятию. Фактор динамометаморфизма – давление. При этом температурный фон, на котором возникает область повышенного давления, может быть различным. Поэтому динамометаморфические процессы бывают как низко-, так и высокотемпературными.

Ультраметаморфизмпредставляет собой особую разновидность метаморфических процессов, являясь высшей ступенью регионального метаморфизма. Рубежом, отделяющим ультраметаморфизм от обычного метаморфического процесса, является начало частичного плавления горных пород, при котором наиболее легкоплавкие компоненты начинают формировать размещающийся в промежутках между зёрнами горной породы магматический расплав. Факторы – температура, давление, химическая активность воды, привнос и вынос веществ.

С началом плавления кристаллическая решётка минералов разрушается, а слагающие её атомы ионизируются и приобретают подвижность. А наличие расплава создаёт среду, в которой они перемещаются и взаимодействуют с твёрдой фазой.

Развитие ультраметаморфизма приводит к переплавлению основной части объёма горных пород и смене метаморфического процесса магматическим.

Метасоматоз. Приметасоматозехимический состав горной породы претерпевает разнообразные изменения в результате привноса и/или выноса тех или иных компонентов. С метасоматитами связаны концентрации многих редких элементов, и они служат важным поисковым признаком промышленных руд.

Ударный метаморфизм (импактный)проявляется в образовании различных пород и новых минералов при столкновении с Землей метеоритов. При падении на Землю метеорита образуется кратер илиастроблема(по греч. «астра» - звезда, «блема» - рана), которая всегда больше, чем упавший метеорит. При падении метеорита практически мгновенно выделяется огромное количество энергии, расходуемой на механическое и тепловое изменение горных пород. В момент удара давление достигает 600-900 кбар, температура – 2500-3000^оС. Благодаря этому в пределах астроблем горные породы подвергаются сжатию, дроблению, плавлению и испарению. В результате механического разрушения и плавления пород возникаютимпактиты– лавоподобные метаморфические породы, состоящие из стекла со значительной примесью обломков вмещающих пород. Главной особенностью ударного метаморфизма является образование высокобарических минералов, не характерных для земных условий. Среди таких минералов необходимо назвать модификации углерода: лонсдейлит и алмаз (морфологически отличный от земного), а также модификации кварца (стишовит и коэсит).

Рис. 2.61. Импактиты

В настоящее время на Земле известно более 200 астроблем, крупнейшей из которых является расположенная на севере Восточной Сибири Попигайская (ее диаметр 90 км).

Ударный метаморфизм имеет локальное распространение и не выходит за пределы метеоритного кратера.