Вопрос 3. Факторы метаморфизма и метасоматоза.

Метаморфизм – это преобразование осадочных, магматических и ранее метаморфизованных пород в твердом состоянии под действием факторов метаморфизма.

Факторы: температура, давление и флюидные компоненты (химический потенциал). Литостатическое давление, определяемое глубинностью протекания метаморфических реакций, и флюидное давление, представляющее собой сумму парциальных давлений газовых компонентов флюидов

• Температура.

Она определяет тепловой эффект Н – энтальпия (тепловая энергия). Т.е. исходная порода (Н1) + Р н2о = метаморфическая порода (Н2).

Возможно два случая:

- дельта Н больше нуля. Значит требуется нагрев и это прогрессивный мет-м.

- дельта Н меньше нуля, т.е. выделяется энергия (остывание) регрессивный мет-м.

Методы передачи энергии:

- кондуктивный (медленная передача по частям) В реальности реализуется редко, связан с воздействием флюидов.

- конвективный (быстрая передача). Главные агенты флюидные водные компоненты и СО2.

- радиация – имеет минимальное значение в процессах мет-ма.

Диафтарез – мет-м, при котром сначала происходит высоотемпературна кристаллизация. А потом накладывается низкотемпературная кристаллизация. Например в гнейсовых телах по трещинам образуются сланцы и филлиты.

• Давление (выражается через объем).

Исходная порода В1+Р н2о = метаморфическая порода В2.

Опять же два случая:

- дельта В больше нуля, т.е. объем увеличивается (и давление понижается и препятсвует мета – ой активности)

- дельта В меньше нуля, т.е. идет реакция с повышением давления (андалузит переходит в кианит).

Типы давления:

- литостатическое (аналог гидростатического) всесторонее давление играет главную роль

- флюидное оно всегда меньше или равно литостатического при метаморфизме

- парциальное (всегда меньше флюидного)

В слчае когда литостатическое равно флюидному то нет конвективного вещества, флюидная колонна останавилась. И передача энергии идет кондуктивным (медленным) путем – изохимический процесс (т.е. сменяется только содержание флюидов а при высоких Т и щелочные компоненты). А если оно меньше литостатического – то флюиды выдавливаются на поветрхность и идет быстрый конвективный перенос – аллохимический процесс (метасоматоз, глаукофан – сланцевый)

В метасоматозе – объемный эффект равен нулю (псевдоморфозы) есть глобальный привнос и вынос компонентов.

- стрессовое давление – это направоленное давление. Оно не является фактором мет-ма.Но влияет на текстуры пород (сланцеватость, ориентировки). Это прямой фактор метаморфической дифференциации.

3) Химический потенциал флюидов (мю н2о) и активность а н2о —это, по сути, одно и то же. Выражается формулой: мю н2о = R ln Р н2о, где р – газовая постоянная, рн2о – парциальное давление. Зачастую важный фактор. Важно подчеркнуть непременное участие метаморфических флюидов или растворов, без которых метаморфическая перекристаллизация горных пород обычно отсутствует даже при значительном изменении температуры и давления (ограничивается некоторыми полиморфными превращениями минералов, изменениями их структуры и т.д.).

Взаимодействие факторов метаморфизма:

• Д и Т:

Являются ли эти факторы связанными или нет? Безусловно, являются. Это генетическая связь, прекрасно устанавливаемая физико-химически и генетически.

Есть формула: dP/dT= дельта Н\ дельта V уравнение Клайперона, выражает связь.

А еще есть уравнение которое дает углы наклона линий на диаграммах:

dP\dT = дельта S\ T дельтаV, где с – энтропия (н – энтальпия).

Например в системем анд – сил – киа если при фиксированной тмпературе повышать давление, то этот ряд и будет прямо меняться. Тут роль играют координационные числа. А при фиксированном давлении переход будет другой: киа (6)-анд-сил (4-6).

• Флюиды и Т

Возьмём одну из самых известных реакций: мусковит + кварц = анд + орт+ н2о. Это реакция дегидратации. Химический потенциал больше слева ,т.к. вода сидит в структуре минералов.. Т.е. связь потенциала воды и Т является обратной.

• Флюиды и давление. – у них наименее ясная зависимость.

С увеличением глубины устойчивость водосодержащих распространятся на все более высокоТ область. Это график где биотит распадается на роговую обманку пироксены и воду. И эти линии при мет-ме имеют пологий наклон только при низком флюидном давлении. А далее наклон крутой, т.к. с глубиной это давление уже не так значительно меняется (и отсюда и 1 кбар).

Потому что эти линии могут иметь малый наклон только при небольшом давлении. А это оттого, что при метаморфизме флюидное давление постоянное и небольшое, да к тому же постоянное. В среднем это 1 кбар, и изменения незначительны. Отсюда этот один килобар на обеих схемах.

Про метасоматоз – нет изменения объема ,и есть глобальный привнос и вынос компонентов. Виртуальные инертные компоненты перестают быть инертными, становять подвижными: магний, железо, кальций, алюминий (!), кремний (↑), титан. Их подвижность —один из факторов создания месторождений особого типа (медно‐порфировых, скажем).

Факторы:

- Температура (главный).

- хмические потенциалы флюдов (воды и углекислоты)

- давление уж играет слабую роль

Учебник:

Метаморфизм горных пород происходит под воздействием флюидов сложного состава (Н20 + Н2 + СО2 + СО + СН4 + H2S + растворенные соли), в которых парциальное давление воды составляет только часть общего флюидного давления. Кроме того, флюиды находятся под давлением, меньшим литостатического, чем обусловлено их движение относительно горных пород (образование восходящих потоков и инфильтрационное перемещение компонентов при метаморфизме.

Влияние литостатического давления: при повышении литостатического давления идет сокращение обьема твердых фаз, и наоборот(всестороннее литостатическое давление которое сопряжено с обьемным эффектом и определяется глубинностью протекания метамрфических реакций). Одностороннее давление(стресс) ведет к замедлению или ускорению и влияет на проницаемость толщ, в отношении метамрфических флюидов.Формируются типичные сланцеватые и гнейсовидные текстуры.

Факторы метасоматоза.

Физико-химический аспект в учении о метасоматических горных породах был разработан Д.С. Коржинским. Компоненты, составляющие породы, были разделены им на группы в соответствии с той ролью, которую они играют в процессах метасоматоза, сопровождающегося образованием метасоматической зональности. Одним из выводов теории метасоматической зональности является образование резких границ междузонами как в инфильтрационных, так и в диффузионных колонках.

Д.С. Коржинский (1953) наметил основы классификации метасоматитов в той естественной последовательности, в которой они образуются по мере снижения температуры. Связь с магматизмом позволяет выделить метасоматиты магматической и послемагматической стадий (ранней щелочной, кислотной и поздней щелочной). Выделяются продукты контактово-реакционного метасоматоза, приконтактового выщелачивания, регионального и околотрешинного метасоматоза.

Для многих метасоматических формаций определены граничные условия их образования (в зависимости от Т, Р, активностей Н2О, СО2, S, HC1, КС1, NaCl и др.), установлены скорости роста диффузионных колонок, необходимые условия протекания инфильтрационного метасоматизма.