1. Факторы и типы метамор&ишп

Если на той или иной глубине в результате дегидратации мине­ралов появляется некоторое дополнительное количество воды, то на локальных участках ее давление может превысить литостат'ичес-кое. Однако это превышение ограничено по абсолютной величине прочностью пород (30-100 МПа) и не может сохраняться длитель­ное время. При Р_фл > Р_лит флюидная фаза раздвигает минеральные зерна, прокладывая себе путь в направлении, противоположном градиенту давления (явление гидроразрыва), что приводит либо к быстрому удалению флюида, либо к восстановлению равновесия

Р_фл = Р_лит

Следует подчеркнуть, что физическое состояние воды в горных породах, испытывающих метаморфизм при высоких температуре и давлении, во многом остается неясным. Высказаны обоснованные сомнения в том, что при таких условиях может существовать меж­зерновая влага, сохраняющая обычные свойства. Более вероятно, что вода образует очень тонкие, возможно, мономолекулярные пленки, которые удерживаются на поверхности кристаллов и не могут свободно перемещаться. Поданным Дж.Бреди (1983 г.),тол­щина таких пленок не превышает 0,5 нм (1 нанометр = 10⁹м); в то же время фильтрация воды возможна лишь вдоль каналов шириной более 1 нм. Хотя тонкие пленки жидкости остаются неподвижны­ми, они играют важную роль в переносе вещества путем диффузии вдоль границ зерен. Скорость этого процесса на несколько поряд­ков выше, чем скорость диффузии сквозь кристаллическую решет­ку минералов. Не исключено, что молекулы воды или гидроксил-ионы вообще не образуют обособленной фазы, а концентрируются в приповерхностных слоях кристаллической решетки минералов, разрыхляя ее и увеличивая тем самым скорость диффузии вдоль границ зерен, а также способствуя перемещению самих этих границ в процессе перекристаллизации.

При расчете минеральных равновесий термодинамическим ме­тодом кинетические факторы и физическое состояние воды не учи­тываются, и влияние водного флюида оценивают через парциаль­ное давление (Р_н2о) или летучесть воды (а_н20). При условии Р_н20 = = Р_лит, т.е. при равном давлении на флюид и твердые фазы, кривые дегидратации имеют положительный наклон в Р- Т координатах (рис. 1.2). Чем выше давление, тем выше и температура, при кото­рой происходит разложение гидроксилсодержащих минералов, причем градиент dT/dPдостигает максимальной величины. Если же Р_н2о< Р_лит, то кривые дегидратации приобретают более крутой на-

555

IV. ПгтрогпаФия и петрология метаморфических горных пород

Рис. 1.2. Зависимость температуры дегидрата­ции минералов от давле­ния при разных соотно­шениях Р_лит и Р_н20

клон, и по мере увеличения разности Р_лит - Р_но градиент dT/dP уменьшается. В пределе, когда Р_н20 равно нулю, кривая дегидрата­ции имеет отрицательный наклон (чем выше литостатическое дав­ление, тем ниже температура дегидратации). Такие же соотношения характерны для реакции декарбонатизации при Р_со2 = Р_лит

и Р_со2 < Р_лит

Возникает вопрос, какая из этих моделей соответствует услови­ям протекания метаморфических реакций в природе. Это зависит от физической возможности удаления флюидной фазы из того ме­ста, где происходит реакция. Если Н₂О или СО₂ сразу же удаляют­ся из зоны метаморфизма, то Р_{н20 (С02)} < Р_лит (в пределе Р_н20(С02) = 0); при сохранении флюидной фазы выполняется усло­вие: Р_н20(С02), = Р_лит. На малых глубинах, где имеется возможность свободной фильтрации флюида, более вероятен первый вариант, а на большей глубине, где перемещение воды затруднено, возможен второй вариант.

В тех случаях, когда флюидная фаза представляет собой смесь Н₂О и СО₂, парциальное давление каждого из компонентов оказы­вается меньше Р_фл (Р_фл=Р_Н20 + Р_со2), и даже при равенстве флюид­ного и литостатического давления Р_н20 < Р_лит и Р_со2 < Р_лит. Поэто­му кривые дегидратации и декарбонатизации занимают промежуточное положение между крайними кривыми при Х_н2о

556