Тема 13. Метаморфизм горных пород

Метаморфизм – это изменения горных пород под влиянием давления и повышенной температуры без перехода их в расплавленное состояние.

Земную кору по процессам изменения горных пород делят на 5 зон или поясов:

1.Верхняя зона глубиной до 100м, находящаяся под влиянием атмосферных и биологических агентов. Это наземный пояс выветривания.

2.Пояс цементации, где проходят процессы диагенеза горных пород.

3.Верхний глубинный слой; это зона глубиной до 6 – 8км с относительно небольшими температурами и давлениями. Метаморфические породы здесь – тальковый и хлоритовый сланцы, филлит.

4.Средний глубинный пояс; это зона с температурой свыше 300⁰С и давлением около 100МПа, где преобладает пластическая деформация. Метаморфические породы здесь слюдяные и гранатово-слюдяные сланцы, гнейсы, мраморы, кварциты.

5.Нижний глубинный пояс; это зона с очень высокой температурой и давлением. Преобладающие метаморфические породы здесь – гнейсы, гнейсо-граниты, гранулиты, эклогиты, кварциты, мраморы. Ввиду высокой пластичности пород эту зону называют поясом течения пород.

Преобразование осадочных и изверженных пород в метаморфические происходит от бокового сжатия при горообразовании, нагрузки вышележащих слоев, повышения температуры при прогибах геосинклинали и нисходящем эпейрогенезе, контактном нагревании от магм, усиления действия воды и растворов.

Рассмотрим влияние температурного фактора. Как известно, геотермический градиент составляет 1⁰С на 33 – 35м, т.е. температура вглубь Земли повышается в среднем на 1⁰С через каждые 33 – 35м. Рост температуры ослабляет связь молекул в минерале и при высоких давлениях происходит перекристаллизация породы без перехода ее в расплавленное состояние. Кроме того, повышение температуры увеличивает растворяющее действие воды, активность химических реактивов, ускоряет ход химических реакций. Вода присутствует в горных породах до глубины 6км и при повышенных температурах растворяет даже такие стойкие минералы, как кварц, слюда, тальк. Например, диоксид кремния SiO₂ в обычных условия практически не вступает в химические соединения. В указанных условиях он интенсивно реагирует с карбонатными минералами – кальцитом, магнезитом, доломитом. Например, образование минерала воллостонита проходит по реакции:

СаСО₃ + SiO₂  Са SiO₃ + СО₂

Из глинистых пород образуется в этих условиях ортоклаз К₂ОАl₂O₃6SiO₂ , альбит, андалузит.

О влиянии давления. Давление повышает растворимость минералов и способствует молекулярным перегруппировкам. В верхней части земной коры определяющим является боковое давление вследствие процессов горообразования, т.е. появления складок, надвигов и сдвигов коры. Это давление называют динамическим или стресс. Боковое сжатие сопровождается катаклазом, т.е. раздроблением и измельчением горных пород. Слабораздробленные породы называют катакластическими, сильно раздробленные из крупных частиц – брекчии, мелкозернистые и пылевидные – милониты. Вся это группа называется тектониты,

В нижележащих слоях преобладает перекристаллизация минералов, они сплющиваются и слагающая порода превращается в сланец. Эти сланцы содержат минералы в виде спаянных листов (например, слюда, хлорит, тальк) и по преобладанию листового материала их называют слюдяными, хлоритовими, тальковыми сланцами.

С глубиной боковое давление снижается и основным становится давление от вышележащих пород – гидростатическое. Породы здесь находятся в пластическом состоянии, вода отсутствует, образующиеся минералы обладают большей плотностью, чем исходные, т.е. те, из которых они образовались. Метаморфические породы здесь, в основном, равномернозернистые, называемые гранулитами. У некоторых преобладает рост кристаллов в направлении, параллельном спайности, т.е. плоскости контакта минералов, образующих породу, как, например, у гнейсов или гнейсо-гранитов.