Для зоны метаморфизма характерен комплекс процессов при повышенных температуре и давлении с участием химически активных веществ, которые приводят к минеральным структурным преобразованиям горных пород.
В геохимическом отношении метаморфические породы изучены слабее, чем магматические. Метаморфизм преобразовывает осадочные и магматические породы под влиянием более высоких температур, давлений и активности жидких растворов, чем на поверхности Земли (Н. Л. Добрецов).
Ассоциации новообразованных минералов в метаморфических условиях образуют новые структуры, которые соответствуют изменившимся условиям. Таким образом, метаморфизм приводит к частичной или полной перекристаллизации породы с образованием новых структур и новых минералов. Почти все солевые отложения обнаруживают признаки частичной или полной перекристаллизации при погружении на глубину. Вода является основным веществом в действии химически активных растворов при метаморфизме. Она может привносить и выносить материал, растворять и переосаждать. Поэтому в зоне метаморфизма может протекать метасоматоз (Метасоматоз (изменение первичного состава пород с появлением псевдоморфоз и автоморфных скоплений новообразованных минералов) сопровождает практически все геологические события, происходящие в земной коре.). Метасоматоз- процесс изменения горных пород глубинными минерализованными растворами и газами при высокой температуре и большом давлении. Первичная порода здесь изменена до неузнаваемости: хлоритизирована, окварцована, участками карбонатизирована. ГРЕЙЗЕН (а. greisen; н. Greisen; ф. greisen; и. greisen) — горная порода, образовавшаяся в результате процесса высокотемпературного (300-550°С) метасоматоза и перекристаллизации гранитоидов с участием летучих компонентов (F, Н2О, Cl и др.), протекающего в широком диапазоне давлений при эволюции постмагматических растворов от щелочных к кислым и связанного с гранитными интрузиями средних и умеренных глубин. Многие исследователи рассматривают грейзены как продукты приконтактового выщелачивания горных пород массивов наиболее кислых гранитов в условиях средних глубин. В зависимости от состава автометасоматических растворов образуются различные грейзены. Действие воды усиливается в присутствии углекислого газа, борной кислоты, фтористого и хлористого водорода, других веществ, часто магматического происхождения. Вопросы миграции химических элементов с водой детально рассмотрены Д. С. Коржинским. В зависимости от динамики среды выделяется два типа метасоматоза в зоне метаморфизма: диффузный и инфильтрационный.
При диффузном метасоматозе поровые растворы неподвижны в случае отсутствия перепадов давления. При этом ведущим фактором
метаморфического метасоматоза выступает концентрация растворенного вещества. Ионы мигрируют через неподвижные поровые растворы в направлении понижения концентрации.
Фильтрационная миграция происходит в зонах дробления, рассланцевания, по микротрещинам и зонам тектонических нарушений. Понятие о дифференциальной подвижности компонентов при метасоматозе ввел Д. С. Коржинский – наиболее подвижные элементы с
большим ионным радиусом и относительно малым зарядом. Ряд снижения подвижности химических элементов следующий:
S→SO3→K→Na→F→Ca→O2→FeO→P→Ba→Mg→Si→Al→Fe2O3.
Однако подвижность элементов зависит от многих причин и меняется в соответствии с конкретной обстановкой. Мигрирующие элементы перемещаются на разные расстояния, что приводит к возникновению метасоматической зональности.
Скорость миграции химических элементов в твердом состоянии ничтожна и протекает путем диффузии через кристаллические решетки минералов. Происходит перемешивание атомов, появляются дефекты в структуре минералов, могут образовываться вторичные пленки замещения в зернах минералов без какого-либо геохимического эффекта (Г. Рамберг, 1952).
С точки зрения термодинамики метаморфизм может быть представлен как превращение одной минеральной ассоциации в другую с меньшей свободной энергией:
A + B + C → L + M + N.
Возрастание давления сдвигает равновесие в направлении уменьшения объема системы, а температуры – способствует эндотермическим реакциям. В общем виде метаморфизм приводит к превращению материала породы в минеральную ассоциацию, обладающую в данных условиях наименьшей свободной энергией.
Кинетика гетерогенных реакций разработана недостаточно. Энергия активации – важнейший фактор, определяющий скорость реакции, которая увеличивается при повышении температуры, что приводит к ослаблению связи между частицами фазы, облегчает подвижность реагирующих частиц, снижает энергию активации и ускоряет реакцию. Вещества будут реагировать тем легче, чем мельче зерна и чем лучше они перемешаны, т. е. мелкозернистые породы метаморфизируются быстрее, чем грубозернистые. Изменение пород под действием повышающейся температуры происходит быстрее, в отличие от понижающейся.