Метаморфизм и метасоматоз

Слова и словосочетания

Метаморфизм – преобразование горных пород и минералов под действием эндогенных факторов (Т⁰С, Р и химически активных веществ), вызывающих изменение физико-химических условий в земной коре. Преобразованию могут подвергаться любые горные породы – осадочные, магматические и ранее образовавшиеся метаморфические. Физико-химические условия, отличаются от тех, в которых образовались горные породы. В них происходит изменение минерального состава, структуры и текстуры. Изменение минерального состава при метаморфизме может протекать изохимически, то есть без изменения химического состава породы, и метасоматически, то есть со значительным изменением химического состава породы за счет привноса и выноса вещества. Изменение структуры и текстуры пород обычно происходит в процессе перекристаллизации вещества. Особенность метаморфических процессов заключается в том, что они протекают с сохранением твердого состояния, без существенного расплавления пород.

В зависимости от интенсивности метаморфических процессов наблюдается постепенный переход от слабо измененных пород, сохраняющих состав и структуру исходных разностей, до глубоко преобразованных пород, первичная природа которых практически утрачена. Различают следующие виды метаморфизма.

Термальный метаморфизм

Температура – важнейший фактор термального метаморфизма. При повышении температуры резко увеличивается скорость химических реакций и возрастает интенсивность процессов перекристаллизации. Это приводит к образованию высокотемпературных минералов, лишенных конституционной воды. Перекристаллизация в условиях роста температур приводит к появлению крупнозернистых структур.

Температурный интервал, в пределах которого происходят типичные метаморфические преобразования, находится в пределах 300-1000°С. Ниже 300°С вследствие резкого падения скорости химических реакций метаморфические превращения почти не происходят или совершаются крайне медленно. Верхний предел ограничен температурой начала плавления наиболее распространенных горных пород и отвечает условиям образования магмы.

В общем случае интенсивность преобразований, связанных с воздействием температуры, увеличивается с глубиной залегания пород и ростом продолжительности теплового воздействия. Однако прямой зависимости здесь не существует, поскольку в разных зонах коры значения теплового потока и геотермического градиента различны. Этим объясняется неодинаковая степень температурных преобразований пород, залегающих на сопоставимых глубинах, но в различных областях земного шара.

Динамометаморфизм

Давление – фактор динамометаморфизма. Различают воздействие геостатического (петростатического) давления, которое создается массой вышележащих толщ пород, и направленного давления (стресса), вызываемого тектоническими движениями.

Геостатическое давление способствует реакциям, идущим с сокращением объема твердой фазы, и приводит к образованию минералов с более плотной упаковкой (и большой плотностью). Например, кварц с плотностью 2,5 г/см³ переходит при больших давлениях в стишовит с плотностью 4,25 г/см³. Кроме того, геостатическое давление вызывает повышение температуры плавления минералов, расширяя тем самым интервал температурных преобразований в твердой фазе. В условиях всестороннего давления формируются породы с однородной массивной текстурой.

Направленное давление (стресс) приводит к изменению структурно-текстурных особенностей пород. Под влиянием стресса минералы в породе приобретают закономерную ориентировку и располагаются длинными осями и плоскостями спайности перпендикулярно к направлению давления. При этом формируются так называемые сланцевые текстуры, характерные для обширной группы метаморфических пород – сланцев. Кроме того, стресс вызывает дробление пород, что способствует циркуляции метаморфизующих растворов.

Изменения геостатического и направленного давления с глубиной неодинаковы: если первое увеличивается, то второе, наоборот, ослабевает. На глубинах свыше 10 км направленные давления практически не проявляются. Согласно расчетным данным величина геостатического давления в подошве земной коры не превышает 1300 МПа (130 атм). Между тем изучение минералов, полученных экспериментальным путем, показывает, что давление при метаморфизме в земной коре может достигать 2500 МПа (250 атм). Отсюда следует, что при определенных условиях величина давления зависит не только от массы вышележащих толщ пород, но в значительной степени и от процессов направленного сжатия, что вызывает аномальное увеличение давления на относительно небольших глубинах.

Метасоматоз

Химически активные вещества – третий и, вероятно, самый главный фактор метаморфизма, который приводит к изменению химического состава первичных пород. К ним относятся, прежде всего, вода и углекислота. В последнее время не меньшее значение придается водороду – газу, обладающему высокой теплопроводностью и высокой диффузионной способностью. Существенную роль играют также соединения N, Cl, F, B, S и других элементов. В виде растворов сложного состава эти вещества мигрируют через горные породы, оказывая на них метаморфизующее воздействие. Согласно исследованиям Д.С. Коржинского, А.А. Маракушева и других, метаморфизующие растворы имеют глубинное (подкоровое) происхождение. Вода, содержащаяся в осадочных породах и освобождающаяся в процессе их высокотемпературного преобразования, не имеет большого значения и обычно не сказывается на общем характере метаморфизма. Основным фактором являются, по-видимому, восходящие горячие растворы, которые диффундируют из недр сквозь мельчайшие пустоты пород и через магматические расплавы.