1. Факторы и типы метаморфизма

1.1.2. Давление

Литостатическое всестороннее давление (Р) в земной коре обус­ловлено весом вышележащих пород и возрастает с глубиной на 25-30 МПа/км. Поскольку прочность горных пород не превыша­ет 30-100 МПа, значительные отклонения от литостатического давления в недрах Земли, которые сохранялись бы в течение дли­тельного времени, невозможны. Как только разность напряжении достигает 30-100 МПа, породы испытывают деформацию скалыва­ния, в процессе которой давление выравнивается. Вместе с тем в земной коре постоянно возникают небольшие градиенты давле­ния, ориентированные втом или ином направлении. Эти градиен­ты ифают важную роль в переносе вещества и во многом определя­ют текстуру и структуру метаморфических пород.

Равновесный минеральный состав пород зависит от всесторон­него литостатического давления. Когда говорят о Р—Тусловиях кристаллизации, имеются в виду именно такое давление и соот­ветствующая ему температура на той или иной глубине. Эти пара­метры используются и во всех термодинамических расчетах.

Возрастание давления связано с пофужением пород в ходе на­копления осадочного или вулканического материала, а также с тек­тоническими перекрытиями, приводящими к увеличению мощно­сти земной коры. Формирование крупных надвиговых пластин является важным фактором метаморфизма. В ходе подъема и дену­дации отдельных блоков давление на породы, залегавшие до этого на большей глубине, уменьшается.

1.1.3. Значение флюидной фазы

Геологические данные, результаты экспериментов и теоретиче­ский анализ показывают, что метаморфические процессы протека­ют с участием воды, углекислоты или смеси Н₂О + СО₂, к которым могут добавляться другие летучие компоненты. Критическая точка воды имеет температуру 374 °С и давление 22 М Па, для углекисло­ты соответствующие параметры равны 31 "С и 7.4 МПа. Следова­тельно, при Р-T условиях, характерных для образования большей части метаморфических пород, Н₂О и СО₂ находятся в надкритиче­ском состоянии. По плотности и другим физическим свойствам надкритическая водная и углекислая фазы близки к жидкостям. Надкритические «жидкоообразные» фазы, состоящие из Н₂О, СО₂

553

Часть IV. Петрография и петрология метаморфических горных пород

и других летучих компонентов, обычно называют флюидом, или флюидной фазой (англ. fluid— жидкость).

При метаморфизме водные и углекислые флюиды играют дво­якую роль. Во-первых, они служат средой, в которой возможен от­носительно быстрый массоперенос компонентов, принимающих участие в химических реакциях между твердыми фазами, а также способствуют перекристаллизации и пластическим деформациям. Другими словами, флюидные фазы выступают как кинетический фактор, ускоряющий развитие метаморфических процессов. Во-вторых, вода и углекислота сами принимают участие в реакциях гидратации-дегидратации и карбонатизации-декарбонатизации. Парциальное давление (летучесть) Н₂О и СО₂ является важным термодинамическим фактором, определяющим направление и тем­пературу реакций.

Очевидно, что количество воды в земной коре с глубиной умень­шается. Если неконсолидированный свежий осадок на дне моря или озера примерно наполовину состоит из воды, то в процессе уплотнения объемная доля воды снижается до 30%, а в ходе диаге­неза становится еще меньше. Глинистые породы содержат, напри­мер, около 5 мас.% Н₂О. Если такие породы нагреть до 700—800 °С, то из них будет удалена не только почти вся межзерновая влага, но и та вода, которая первоначально была заключена в глинистых минералах. Следовательно, метаморфизм, связанный с нагревани­ем горных пород, сопровождается их дегидратацией. Рост давления приводит к выжиманию поровой влаги, а при достижении опреде­ленного предела и к разложению гидроксилсодержащих минералов.

На малых глубинах горные породы имеют достаточно высокую прочность для того, чтобы стенки каналов, по которым циркулиру­ют подземные воды, оставались жесткими и выдерживали лито-статическое давление (P_лит). Вода в связной системе межзерновых и трещинных каналов находится под гидростатическим давлением (P_гидр)- Поскольку плотность воды меньше плотности твердого кар­каса пород, то Р_гидр< Р_лит. Эффективное всестороннее давление, которое испытывает каркас, равно Р_лит - Р_гидр

По мере роста давления и температуры с глубиной открытая пористость и проницаемость пород уменьшаются, что затрудняет свободную циркуляцию водного флюида. Связность каналов нару­шается, и в стационарных условиях вода не может свободно пере­мещаться, так что давление на флюидную фазу (Р_фл ) становится равным литостатическому (Р_фл = Р_лит).

554