Метаморфизм. 
Геология и месторождения полезных ископаемых

Метаморфизм — это преобразование горных пород под действием эндогенных сил, вызывающих изменение физико-химических условий в земной коре. Преобразованию могут подвергаться любые уже сложившиеся горные породы — осадочные, магматические, а также метаморфические. Все сформировавшиеся горные породы, сложенные минералами, находятся в состоянии внутреннего физико-химического равновесия. Метаморфизм приводит к нарушению этого равновесия, при котором в новых условиях сложившиеся минералы существовать не могут и преобразуются в новые минералы, устойчивые в возникшей обстановке. При этом происходит изменение структуры, текстуры породы, а иногда и химического состава. Переход — преобразование одних минералов в другие осуществляется, как правило, без их расплавления.

Главными причинами — факторами метаморфизма являются температура, давление и летучие компоненты. Температура метаморфизма, по мнению многих исследователей, колеблется в пределах 300— 900 и редко более градусов. Вызывается она двумя основными причинами: погружением горных пород на глубину и тепловым воздействием внедряющейся в земную кору магмы. Давление определяется действием на погружающиеся породы массы вышележащих толщ (петростатическое давление) и стрессом, возникающим в процессе тектонических нарушений в земной коре (одностороннее давление). В зависимости от сочетания названных факторов, вызывающих изменение горных пород, выделяют три типа метаморфизма: региональный, контактовый и динамический.

Региональный метаморфизм

Этот тип метаморфизма является наиболее распространенным, развит на больших пространствах и обусловлен двумя факторами: температурой и давлением. Эти факторы проявляются, когда породы под действием накопления вышележащих осадков погружаются на все большую и большую глубину. Региональный метаморфизм — процесс изохимический, когда изменение минерального состава пород протекает без привноса и выноса химических элементов; общий (валовый) химический состав первичных и вторичных пород не меняется. В отдельных случаях, при мономинеральном составе пород (например, известняки), при метаморфизме не происходит изменения минерального состава породы (известняки переходят в мраморы), изменяются лишь их структурно-текстурные особенности.

Главное направление регионально-метаморфического процесса — это перекристаллизация часто за счет мелких кристаллов с образованием крупных. Поскольку региональный метаморфизм связан с постепенным погружением горных пород в толщу земной коры, то и процессы их изменения происходят постепенно в пределах температур от 300 до 900 °C. В зависимости от глубины погружения пород по мере изменения термодинамических условий проявляется разная степень их метаморфических преобразований. Выделяют три зоны (верхнюю, среднюю, нижнюю) — три ступени (низшую, среднюю, высшую) преобразования пород, каждая из которых отвечает определенным термодинамическим параметрам и характеризуется определенными породами.

Верхняя зона (низшая ступень) характеризуется температурой 300- 550 °C и давлением от 0,4 до 1,0 ГПа. В этих условиях происходит дегидратация гидрооксидов и начальная перекристаллизация карбонатов, кремнезема, фосфата, возникают такие минералы, как серицит, хлорит, тремолит (амфибол), тальк и другие, образуются микрочешуйчатые сланцы, кристаллические известняки и доломиты, метапесчаники.

Средняя зона (средняя ступень) соответствует температуре 550— 670 °C и давлению от 0,7 до 1,0 ГПа. В этих условиях продолжается перекристаллизация пород, происходит полная дегидратация минералов, возникают такие минералы как биотит, мусковит, ставролит, дистен, гранат, амфибол, пироксен и др. Образуются такие породы, как слюдяные и кристаллические сланцы, гнейсы, мраморы, кварциты, характеризующиеся крупночешуйчатой, зернисто-кристаллической и порфиробластовой структурами, полосчатой, сланцевой и другими текстурами.

Нижняя зона (высшая ступень) отвечает температуре 670—900 °С и давлению от 0,7 до 1,3 ГПа. Высокие температура и давление приводят к образованию наиболее тугоплавких минералов, таких как магнезиальный пироксен, скаполит, пироп, альмандин, оливин и др. В этой зоне исчезают сланцевые породы и возникают равномернозернистые пироксеновые гнейсы, пироксениты и гранулиты.

Наряду с зонами метаморфизма существует понятие «метаморфическая фация», предложенное П. Эсколой. Под метаморфической фацией понимается группа пород разного состава, образовавшихся в сходных термодинамических условиях. В качестве показателей этих условий выступают эталонные минералы, которые образуются в определенных физико-химических условиях. Каждая фация характеризуется определенным минеральным составом. Выделяются следующие фации регионального метаморфизма: фация зеленых сланцев, эпидот-амфиболитовая, амфиболитовая и гранулитовая.

Фация зеленых сланцев характеризуется низкотемпературными минералами: тальком, хлоритом, серицитом, альбитом. В этой фации за счет осадочных пород образуются серицитовые и хлоритовые сланцы, кристаллические известняки, метапесчаники и другие породы. Фация эпидот-амфиболитовая представлена такими минералами, как эпидот, мусковит, биотит, андалузит, волластонит, возникают слюдяные сланцы, мраморы, кварциты. Амфиболитовая фация характеризуется такими минералами как роговая обманка, плагиоклаз, дистен, гранат. В этой фации образуются различные гнейсы, гранат-слюдяные сланцы, амфиболиты, кварциты и другие породы. Гранулитовая фация характеризуется высокотемпературными минералами: гиперстеном, диопсидом, силлиманитом, оливином, наряду с которыми присутствуют минералы амфиболитовой фации. Породы гранулитовой фации представлены пироксеновыми гнейсами, амфиболитами, гранулитами.

При региональном метаморфизме в наиболее погруженных в земную кору участках могут возникнуть условия, когда породы благодаря высокой температуре начинают расплавляться. Происходит частичное или полное их расплавление. Такая стадия регионального метаморфизма, связанная с расплавлением горных пород, называется улътраметаморфизмом, и весь этот процесс находится на границе метаморфизма и магматизма. Расплавы, возникающие при ультраметаморфизме, имеют, как правило, кислый состав. Они проникают вверх во вмещающие породы, прорывают их и, застывая, образуют тела сложной формы. Вновь образованные гранитоидные породы называются мигматитами.