Вопрос 48. Импактный метаморфизм

Импактиты – исхдные породы (мишени). Образуют импактиты путем дробления и ударного плавоения.

• Дробление

- без перемещения (аутигенные брекчии .псевдотахилииты)

- с перемещением (аллогенные брекчии)

2) ударное плавление (расплавные импактитыы)

3) смешение дробленного и лпавленного материала (зювитыы)

Импактные брекчии: мономиктовые брекчии дробятся безотносительно структуры и текстуры. Соотношения длины и ширины обломков статистически одинаковы. Причём каждый крупный обломок — агрегат из более мелких на любом уровне вплоть до шлифа. Это очень важно.

Обломки образуются по абсолютно любым породам, даже по глинам.

Характерная особенность: конусы разрушения. При ударе позникают своеобразные текстуры. Конусы имеют высоту от 1,5 до 15 метров, это зависит от того, насколько часто в породе идут поверхности раздела. Вершинный угол может быть разным: от 10—12° до 100-120°. Зависит от крепости пород. Важная особенность конусов: вершины смотрят навстречу ударной волне. Так, пересечение горизонтальных продолжений осей конусов даст положение центра кратера. Что интересно, по вертикали пересечение лежит выше, чем дно кратера. Так можно определить степень эрозии в результате удара.Аллогенные брекчии могут иметь очень значительные размеры обломков. Так, по краям кратера Попигай глубинные породы были выброшены на поверхность. Месторождение Пёстрые Скалы, известное ещё с давних пор, содержит все породы Анабарского щита.

Зювиты:

Это тоже брекчии, представляющие смесь обломочного и плавленого материала. Поэтому к ним применяется терминология вулканических туфов: они бывают литокластическими, витрокластическими, кристаллокластическими. Количество расплава (стекла) в зювитах зависит от обводнённости мишени.Внимательно изучая зювит под микроскопом, можно определить, как он образовался. Различают «горячие» и «холодные» зювиты, различающиеся отсутствием или наличием (соответственно) резкость границ между расплавом и обломками пород. Холодные зювиты это то, что вылетает под крутыми аэродинамическим траекториям и падает обратно в кратер. Горячие зювиты те, которые из кратера не выбросились, а переместились ударной волной внутри кратера. Такие наблюдения помогают при картировании.

Расплавные импактиты:

Тагамиты —это породы Попигая. Там возникли столбчатые отдельности —признак полностью расплавленных пород. Бывает два вида: более грубая и более тонкая, не пересекающая всё тело. Так, по ориентировке столбчатой отдельности можно определить залегание. Расплавные импактиты могут застыть ниже истинного дна кратера. Это происходит оттого, что при ударе возникают трещины, куда затекает расплав. Образуются «дайки».

«Дайки» могут быть сложены, кстати, и зювитами, и брекчиями это будут обломочные дайки.Один из признаков ударного происхождения бомбы выбросы расплавленного материала из кратера. Размеры могут быть внушительными (скажем, 3 метра). Обломки пород мишени в них —отличный признак ударного метаморфизма.

Бомбы могут вращаться, как вулканические. На поверхности образуются аэродинамические валики и борозды. Также видно несколько этапов растрескивания. Удлинение подтверждается вытянутостью пузырей (в маленькую дырочку может уйти 10—12 см проволоки).

Бывают аккреционные бомбы, когда обломки пород покрываются стеклянной оболочкой.

Под электронным микроскопом видно, что стекло непористое. Но бывает, что оно вскипает (флюиды отделяются), и получается пемза. В 1 см³ пемзы площадь поверхности достигает 5 м².При кристаллизации такого расплава получаются неполнокристаллические породы, сильно отличающиеся от любых других пород. Рёбра кристаллов могут расти, а грани — не зарастать. Скелетные формы могут быть и гранными, и рёберными.Так, «снежинки» почти никогда не встречаются в вулканических расплавах.

Диаплектовые преобразования минералов:

Под диаплектовыми изменениями минералов понимается комплекс изменений кристаллического вещества под действием ударной волны на твердофазной стадии изменения.

В комплекс входит много чего, включая дробление.Дробление своеобразное: у гранатов появляются ориентированные трещины (спайность? ага, щаз, не бывает).

Слюда становится «ёльчатой», сминаясь блоками. Появляются двойники.Бывают и закрытые планарные структуры полосы, в которых происходит вырождение кристаллического вещества. В этом случае в одном месте все дефекты кристаллов собираются в определённых плоскостях. Кварц в этом случае получает множество направлений концентрации дефектов. На столике Фёдорова можно наизмерять штук пятнадцать. Для планарных элементов характерно развитие пачками.Планарные структуры —участки аморфизации, легко диагностируемые при работе с микроскопом. Плоскости планарных элементов показывают, какие нагрузки действовали на образец. Так, кварц, побывавший под ядерным взрывом и под импактитом, показывает схожие изменения. А вот тектонически изменённый —совсем другой.

Кварц, полевые шпаты и кордиерит аморфизуются, поскольку их кристаллическая структура проводит напряжение внутрь. В результате он разрушается до обломков менее 10 нанометров, и ренгеновский анализ не позволяет признать вещество кристаллическим. При нагреве (даже не до температуры плавления) кварц моментально восстанавливает свои свойства. А без него они более изотропны и имеют другие спектры поглощения.

Слюды и амфиболы претерпевают ударно‐термическое разложение. Так, ставролит, биотит и гранат под нагрузкой превращаются в чёрный агрегат. В растровом микроскопе видно, что трещины чем‐то выполнены пластинчатыми кристаллами санидина. Это показывает, что при таких ударах происходит изменение состава вещества без его плавления. Это на 20 гигапаскалях.А на 40 гигапаскалях гранат превращается в смесь из ромбического пироксена, санидина и шпинели.Составы диаплектовых минералов меняется — он «расплывается» приобретая значительную дисперсию. В ударной волне вещество мигрирует прямо сквозь твёрдое вещество.

Видно, что плагиоклаз и калиевый полевой шпат сближаются по составу. В результате на растровом электронном микроскопе разницы между ними не видно вообще.Калий и магний выносятся из биотита при давлениях 17 и 28 гигапаскалей соответственно. Это связано скоординационным числом: у калия 12, а у магния 6. Крепче держится магний, поскольку длины связей у него меньше. А вот калий держится хуже, вот и выносится раньше.

Важно, что в астроблемах образуются высокобарные фазы: Коэсит моноклинный, Стишовит тетрагональный.Кремнезём.Алмаз кубический. Лонсдейлит гексагональный. Углерод. Меджорит кубический.

Непонятно, как они образуются, поскольку известно как минимум три механизма образования.

- Из расплава.

- Мартенситный фазовый переход смещение связей под воздействием ударной волны.

Диффузионное преобразование. Встречается по цветным минералам вроде граната. Часть экспериментальной модификаций неизвестны в природе, поскольку для сохранения некоторых минералов необходима исключительно резкая закалка, а в кратерах этого не бывает.

Учебник:

Импактитами называются метаморфические и магматические горные породы, возникающие под ударами взрывных волн, порождаемых мощными взрывами в метеоритных кратерах (I) и взрывных диатремах платформенных кольцевых депрессий (II)

Взрывные метеоритные кратеры в случаях высокоскоростного падения на Землю железных метеоритов. Обычно крупные метеоритные тела взрываются в атмосфере и обломки их выпадают на Землю в виде так называемых метеоритных дождей. Железокаменные метеориты (хондриты) взрываются на больших высотах порядка 10 км. В отличие от них более плотные железные метеориты и палласиты проникают ближе к поверхности Земли и взрываются в атмосфере на относительно небольших высотах или при падении на Землю.

Если метеориты, падающие с большой скоростью, достигают поверхности Земли, то образуют взрывные кратеры.

Ударный метаморфизм отличается от метаморфизма, протекающего в земной коре, высокой динамичностью.

В момент соударения метеорита с Землей от эпицентра к краям образуются: 1) зона испарения исходного вещества мишени (давление здесь достигает 1—10 тыс. кбар, температура 104°С); 2) зона плавления (около 600 кбар, температура 103°С);

3) зона полиморфных переходов (100 кбар, температура 102°С);

4) зона брекчированных пород, постепенно переходящая в ненарушенные породы мишени.

Среди продуктов ударного метаморфизма выделяются три группы пород: 1) появившиеся при дроблении (катаклазиты и разнообразные брекчии), 2) образовавшиеся при плавлении (тагамиты), 3) формирующиеся при перемешивании продуктов дробления и плавления. В зависимости от того, подверглись ли импактиты перемещению после своего формирования, выделяются аутигенные (автохтонные) и аллогенные (аллохтонные), т.е. переотложенные в пределах кратера или вне него.

Тектиты представляют собой породы, образовавшиеся из охлажденного расплава, застывшего в виде стекла в процессе транспортировки фрагментов пород мишени и расплава после взрыва. Перенос может осуществляться на десятки и сотни километров, при этом в какой-то мере изменяется химический состав расплава.

Конусы разрушения чаще формируются в плотных массивных, реже — в мелкозернистых породах. Благодаря возникающим при соударении трещинкам появляются специфические текстуры пород. При ударе молотком в этом случае порода распадается на ряд конических фрагментов.

Диаплектовые преобразования по мере нарастания ударных нагрузок вначале проявляются в дроблении минералов, затем — в возникновении планарных деформаций и в конечном счете — в изотропизации кристаллов и превращении их в диаплектовое стекло. В результате процессов дробления минералов развиваются незакономерные трещины.

Планарные деформации приводят к появлению планарных трещин, напоминающих трещины спайности, однако развивающиеся также и по другим направлениям и отличающиеся большей плотностью на единицу поверхности. При увеличении нагрузки для кварца и полевых шпатов (около 300 кбар) планарные деформации выражаются в появлении планарных элементов — очень тонких (1—2 мкм) включений стекла в минералах. По мере нарастания ударной нагрузки изменяются оптические свойства минералов — уменьшается их показатель преломления и величина двулучепреломления, что в конечном итоге и приводит к полной изотропизации вещества и превращению минералов в диаплектовые стекла.

Важным признаком импактного происхождения горных пород является нахождение в них высокобарных минералов. К ним относятся высокобарные полиморфные модификации кремнезема (коэсит и стишовит) и углерода (алмаз и лонсдей-лит).

Взрывные метеоритные кратеры имеют простую чашеобразную форму, окружаются кольцевыми валами выброшенного материала и содержат обломки железных метеоритов, находимых также в их широком окружении. К наиболее крупным их представителям относится Аризонский кратер в США глубиной 180 м и диаметром 1220 м, образовавшийся в пермо-триасовых породах плато Колорадо в результате падения алмазоносного железного метеорита Каньон Диабло. Кубооктаэдрические кристаллы алмаза в этом метеорите псевдоморфно замешены чаоитом (плотной высокотемпературной модификацией графита), образовавшегося, по-видимому, в результате импактного метаморфизма метеорита. Псевдоморфозы графита и чаоита по кристаллам алмаза в железных метеоритах называются клифтонитом

2.Кольцевые депрессии на платформах отличаются сложным многокольцевым строением и длительным формированием. Многие из них достигают 180 км. В центральных частях таких депрессий происходят гигантские взбросы кристаллического фундамента платформ, прорываемые взрывными диатремами, в которых собственно и формируются имнактиты. Депрессии сопряжены с взрывными явлениями большой мощности, создающими взбросы кристаллического фундамента огромной амплитуды в их центральных частях.