Метаморфизм и метаморфические горные породы

Метаморфизм — это процесс преобразования горных пород под воздействием эндогенных факторов при сохранении твердого состояния.

Процессу метаморфизма подвергаются все группы пород — магматические, осадочные и метаморфические, если они попадают в новые условия.

Главными факторами метаморфизма являются: температура, давление и химически активные вещества — растворы и газы. Рассмотрим их роль.

Температура — влияет на: процессы минералообразования, скорость химических реакций, степень перекристаллизации пород. В условиях повышения температуры происходят такие эндотермические реакции как дегидратация и декарбонатизация. Например:

Al₄[Si₄O₁₀] (OH)₈>2Al₂O[SiO₄]+4H₂O+2SiO₂

каолинит андалузит;

CaCO₃+SiO₂ > CaSiO₃+CO₂

кальцит волластонит.

Повышение температуры ведет к образованию более высокотемпературных минеральных видов лишенных воды. Принимая во внимание, что метаморфизм протекает при сохранении породами твердого состояния, можно считать, что температурный диапазон определяется нижним температурным пределом в 300−400^о, а верхний — в 900−1000^о, т. е. температурой плавления наиболее распространенных горных пород.

Давление в эндогенных условиях может быть всесторонним и направленным.

Всестороннее давление определяется воздействием нагрузки вышележащих толщ, бокового давления соседних блоков и нижележащих слоев Земли. Поскольку величина двух последних (бокового и нижележащего) практически постоянна, то при рассмотрении процесса метаморфизма, учитывают воздействие давления вышележащих толщ или литостатического. Оно зависит от плотности вышележащих пород и от глубины. Так давление на глубине 10 км ~2700 атм, а на глубине 20 км 5400 атм. Экспериментальные исследования показали, что давление при метаморфизме может достигать 25 000 атм. Это объясняют тем, что кроме литостатического давления в процессе участвует и другой тип давления. Этот тип давления называют парциальным и связывают его возникновение с действием воды и газов, возникающих при дегидратации и декарбонатизации.

Увеличение давления способствует: образованию минералов с более плотной структурой и тем самым к уменьшению общего молекулярного объема и увеличению плотности, повышению температуры плавления минералов.

Следствием этого является образование пород с однородной массивной текстурой.

Направленное давление (или стресс) возникает в глубинах и причиной его возникновения, как правило, является перемещение крупных блоков пород в земной коре. Это может быть движение магмы или застывающего интрузивного тела. В толщах пород могут возникнуть трещины различной мощности и длины; и вдоль этих трещин блоки пород могут перемещаться друг относительно друга, что также приводит к возникновению однонаправленного давления. Результатом такого одностороннего воздействия является изменение и упорядоченность ориентировки минералов в породе — своей длинной осью или плоскостью спайности они располагаются перпендикулярно направлению давления.

Кроме того, при перемещении блоков пород происходит их локальное дробление и перетирание до глинистого состояния в пределах плоскости их перемещения. Возникают новые породы, которые состоят из обломков исходных пород, глинистого материала (или глинка трения) сцементированных минералами и минеральными агрегатами образовавшихся из растворов, циркулирующих в это время по трещинам и зонам дробления.

Химически активные вещества — это вода и углекислый газ. Они содержатся в порах и межзерновом пространстве практически всех горных пород. В меньшем количестве, по сравнению с ними, в породах присутствуют: сероводород, фтороводородная и соляная кислота, азот.

Источники химически активных веществ — процессы дегазации в мантии, охлаждение магмы, процессы дегидратации осадочных пород.

В газово-жидком состоянии химически активные вещества двигаются из областей с высокими температурами и давлением (и сами, являясь носителями высоких t^o и P) в зоны с низким давлением и при этом:

• — активно участвуют в преобразовании минералов и горных пород;
• — повышают поровое давление газов, которое снижает растворимость минералов.

Геологами было отмечено, что при наличии высоких температур и давления метаморфические процессы происходят слабо, если отсутствует движение химически активных веществ.

Рассмотренные факторы метаморфизма, как правило, проявляются совместно. В тоже время, в разных геологических условиях каждый из факторов может быть главным, а другие играть подчиненную роль. По этим признакам, а также по масштабу проявления процесса выделяют типы метаморфизма.