Вопрос 2. Представление о глубинных зонах метаморфизма и концепция минеральных фаций.

• Концепция глубинных зон

В 1904 году Ван Хайз показал, что все зоны, где равиваются метаморфические процессы, можно разделить на две группы: зону катаморфизма и зону анаморфизма.Различаются они по глубине и по проходящим в них процессам.

- катаморфизм (верхняя) - процессы: выветривания и влияние подземных вод, и при этом происходил катаклаз. Это наиболее нихкотемпературный метаморфизм (окисление, гидратация и карбонатизация).

- зона анаморфизма (зона истечение или пластических деформаций) в ней обратные процессы – дегидратация, восстановление. В ней возникают нормальные метаморические породы – гнейсы, сланцы.

Он предлагал такую последовательность образования метаморфитов: с увеличением давления происходила смена пород. Брекчии - филлиты - слюдяные сланцы - гнейсы - глубинные мигматиты.

В ходе погружения пород на глубину происходит увеличение температуры за счёт изменения геотермического градиента (увеличения температуры земной коры с глубиной).

Согласно У. Грубенману (1904), намечаются три зоны глубинности — эпизона, мезозона и катазона.

1) Эпизона (верхняя) характерезуется низкими и умеренными температурами (до ЗОО°С) и гидростатический давлением. Типичные минералы обычно водосодержащие серицит, хлорит, хлоритоид, тальк, серпентин, актинолит. В условиях эпизоны формируются филлиты, зеленые сланцы, альбитовые гнейсы, происходит: зеленокаменное изменение основных и средних пород.

2) Мезозона (средняя) отличается более высокими температурами (до 550°С) и давлением. Типичные минералы: биотит, мусковит, ставролит, кианит, обыкновенная роговая обманка, средний плагиоклаз. Здесь образуются амфиболиты, слюдяные сланцы.

3) Катазона (нижняя) характеризуется продолжительной химической: перекристаллизацией в условиях высокой температуры (более 550°С) и дав­ления. Типичные минералы: калиевый полевой шпат, силлиманит, пироксены, оливины, кордиерит, шпинель, основной пла­гиоклаз. Здесь образуются силлиманитовые и кордиеритовые гнейсы, кристаллические сланцы, гранулиты, эклогиты.

Мигматит – порода состоящая из гнейсового субстрата измельченная под действием своеобразного флюида и тонко пронизывающая его материалом гранитного состава.

В 1924 году Ниггли это полностью оформил в теорию глубинных зон. О создал термодинамическую основу – модель цикличности и круговорота метаморфических пород: магма кристаллизуется в эффузивную породу – за счет выветривания появляются осадочные породы – после они погружаются и получаются слабометаморфизированные породы – при попадении в катазону сильно метаморфизированные – далее частичное плавление приводит к мигматитам – опять магма.

Долгое время модель глубинных зон не вызывала сомнений, но потом на ней поставили крест. Так как она была не верна, например в одну группу по температуре попадали и роговики и глубоко метаморфизованные породы (например мусковитовые сланцы, а они в свою очередь требуют повышенного давления и меньших температур). И развитием этой теории является модель минеральных фаций. Далее стало ясно что одним лишь давлением метаморфизм не построишь, имеющиеся границы размылись и концепция глубинных зон отошла на нет.

• Концепция минеральных фаций.

Эскола 1920. По одной оси Т и Д. верх с лева на право: эклогиты, гранулиты, . Ниже - . амфиболиты, фации плавления. Еще ниже по центру – эпидотовые амфиболы по второй колее. И самый низ – на второй – зеленые сланцы, и крайняя роговики.

Первоначально гранулитами называлли только основные породы относящиеся к гранатовым сланцам, но сейчас этот термин означает высокие степени метаморфизма.Палингенез – переплавление, а анатексис – частичное плавление.

Эсколу до самой смерти мучила цеолитовая фация. Эти породы относятся к низким температурам (300 –400) но это место было уже занято зелеными сланцами. И был спор как в одних условиях образовывались разные минералы. Потом это объяснили флюидным воздействием. В метабазитах – карбонатов до 30% а цеолиты кальцесодержащие но они силикаты. Поэтому они друг друга взаимно исключают.

Добрецов еще нашел проблему соотношений природных и лабораторных реобразований. И отметил значение парциального давления воды. Для разных типов пород давление воды различное. Т.Е. меняется соотношене между парциальным и литостатическим.

Учебник:

Открытие явлений диафтореза (Бекке, 1909) показало, что горные породы могут содержать в себе минералы разных зон метаморфизма, а это по теории Грубенмана недопустимо. Выяснилось, что преобра­зования пород не обязательно направлены в одну сторону от низших ступеней метаморфизма к высшим, но часто наблюдаются и обратные метаморфические преобразования, когда высокотемпературные минералы замещаются более низкотемпературными. Теория глубинных зон не могла объяснить и того, что породы, залегающие на большой глубине, нередко слабее метаморфизованы, чем породы более высоких уровней земной.

По Концепции минеральных фаций.

В. Гольдшмидтом были описаны зональные роговиковые ореолы и с помощью физико-химического анализа парагенезисов минералов показано, что они отвечают высокой температуре и низкому давлению. В этой и последующих его работах решении метаморфических проблем В. Гольдшмидт впервые применил физико-химический анализ парагенезисов минералов на основе правила фаз. Его использование позволило исследовать и классифицировать по составу и условиям образования обширный и сложный комплекс метаморфических минеральных парагенезисов. В. Гольдшмидт определил направление дальнейшего развития учения о метаморфизме на основе концепции минеральных фаций, получившей дальнейшее развитие в трудах П. Эскола. Он описал метаморфические породы, связанные с докембрийскими гранитами рудного в Финляндии и отвечающие высокому давлению и умеренной температуре.

П. Эскола впервые сформулировал понятие о минеральных фациях, охватывающих главные типы метаморфических горных пород, различающихся по условиям их образования в зависимости от температуры и давления, т.е. отвечающих определенным полям диаграммы Р—Т. Выделение фаций П. Эскола основывал на наличии "критических" индекс-минералов, устойчивых в определенных термодинамических условиях, характерных для метаморфических пород, использованных для фациальных наименований (амфиболитовая фация, фация зеленых сланцев и др.). Хотя использовались названия основных метаморфических пород (метабазитов), подразумевалось отнесение к ним и всех других метаморфических пород, соответствующих им по РТ-условиям образования.

С.Тилли выдвинул идею о степенях или ступенях метаморфизма. Различные породы, принадлежащие одной и той же фации метаморфизма, однако отличающиеся по составу и являющиеся производными разных исходных пород, относятся к одной ступени метаморфизма и являются изоградными. К низкой ступени регионального метаморфизма, по П. Эскола, относятся породы фации зеленых сланцев, к средней фации амфиболитов и к высокой фации гранулитов.

Минеральные фации были намечены П. Эскола на качественной диаграмме Р—Т, но в дальнейшем многие авторы пытались подвести под его схему количественную основу путем использования данных экспериментального изучения метаморфических реакций. Большинство их построено исходя из предположения полного соответствия метаморфических процессов условиям экспериментальных работ, в которых общее давление на минералы передавалось водяным паром. В этих условиях водные минералы имеют максимальную стабильность, распространяясь в область очень высоких температуры и давления. Однако это противоречит геологическим наблюдениям, согласно которым в глубинных породах, таких как гранулиты, водные минералы распространены ограниченно. Чтобы избежать этого противоречия, В.С.Соболевым и его сотрудниками была разработана схема метаморфических фаций при дифференцированном давлении воды. Это позволило более правильно отобразить стабильность водных минералов в соответствующих фациях метаморфизма.