5.4 Метаморфизм үрдісі . Метаморфтық тау жыныстары мен пайдалы қазбалардың түзілу заңдылықтары

Метаморфизм – эндогендік үрдіс. Нәтижесінде таужыныстары алғашқы түр-сипатын жоғалтады, дәлірек айтсақ жердің терең қойнауларында әр түрлі термодинамикалық жағдайларда (жоғары қысым және температура, ыстық термальді ерітінділер) таужыныстарының минералдық құрамы, құрылымдық және текстуралық құрылысы Өзгерістерге Ұшырап қайта кристалданады.

Кейде таужыныстарының минералдық құрамы аздап Өзгергенімен, оның жалпы химиялық құрамы бұрынғысынша сақталуы мүмкін. Ал басқа бір жағдайларда кейбір элементтер (оның алғашқы құрамын құрайтын) сыртқы ортадан ауысқан басқа бір элементтермен орын алмастырып, таужынысының құрамы едәуір Өзгереді. Олардың текстуралық және құрылымдық Өзгерістері қайта кристалдану әрекеттеріне байланысты байқалады. Бұл әрекеттердің барысында таужыныстары әдетте қатты күйінде сақталады. Ал терең қабаттарда жүретін метаморфизм әрекеттері олардың толық балқуымен сипатталады.

Метаморфизм факторлары. Метаморфизм үрдістерінің жүруіне тікелей ықпал жасайтын факторлар – температура, жоғары қысым және химиялық активті заттар (флюидтер) болып саналады. Метаморфизм ықпалына жер қыртысындығы, тіпті оның қойнауындағы кез келген таужыныстары Ұшырайтыны белгілі.

Температура. Метаморфтық үрдістер кезінде температура неғұрлым жоғары болса, соғұрлым химиялық реакция шапшаң жүреді. Мысалы, температура 10⁰С – ге кӨтерілсе, химиялық реакция жылдамдығы екі есеге артады, ал 100⁰С – ге жоғарылайтын болса мың есеге артады.

Температураның жоғарылауы екі жағдайға тікелей байланысты: 1. Тау жыныстарының терең қабаттарға қарай шөгіп, алғашқы орындарынан ауысып орналасу жағдайында, геотермиялық градиент (33 м сайын 1⁰С-ге) бойынша жоғарылайды; 2. Жоғары қабаттарға қарай көтерілген ыстық магманың қызу әсеріне байланысты. Сонымен қатар терең қабаттық ыстық ерітінділер (флюидтер) де әсерін тигізеді.

Сонымен температура жаңа минералдардың жаралуына, химиялық реакциялардың шапшаң жүруіне, әрі таужыныстарының кристалдану дәрежесін арттыруға тікелей ықпалын тигізеді екен. Жоғары температураның әсерінен дегидротация (сусыздану) және декарбонитизация (кабонат силикатқа айналады да нәтижесінде құрамында су жоқ құрғақ минералдар, ірі кристалды таужыныстары түзіледі) үрдістері жүреді. Ал температураның кӨтерілуінің бірден-бір себебі, бұл, біріншіден геотермика, яғни жердің жылуы, екіншіден магма ошағы немесе ыстық интрузиялық дене, үшіншіден тектоникалық күштерден туындайтын ірі тектоникалық үйкелістер.

Қысым. Оның маңызы таужыныстарының қҰрылымы мен бітімін қалыптастыруда ерекше. Қысым күштері негізінен жан-жақты қысым-Р_ж (петростатикалық), біржақты қысым-Р_с немесе стрестік қысым болып ажыратылады.

Метаморфизм түрлері. Метаморфизм түрлері негізінен аймақтық (регионалдық) және жергілікті (локальдық) болып үлкен екі топқа бөлінеді.

Аймақтық метаморфизм негізінен жер қыртысының кейбір аймақтарының Ұзақ уақыт бойы төмен шөгіп иілу жағдайында, жер қыртысының жоғарғы бӨліктерін құрайтын таужыныстарының терең қабаттарға орын алмастыруымен байқалады. Бұл метаморфизм түріне әсерін тигізетін негізгі факторлар – петростатикалық қысым күштері мен жоғары температура болып саналады, сонымен қатар бағытталған қысым және флюидтердің де бөл үрдістердің қарқынды жүру барысында атқаратын рӨлі орасан зор.

Флюидтер миграциясы, температураның жоғарылауы – қайта кристалдану, бағытталған қысым күштері – таужыныстарының тақталану үрдістерін тудырады. Мысалы, тақталанып қайта кристалдану әрекеттеріне байланысты құмды – сазды таужыныстары филлиттерге, кристалды тақтатастарға айналады. Ал ізбесті тастар болмаса карбонаттар (әк тастар) мраморға, кремнийлі таужыныстар, құмтастар кварцитке, магмалық жыныстар мен құмды-сазды жыныстар гнейске, кӨмірлі таужыныстар графитке айналады. Аймақтық метаморфизм үрдістері белгілі бір алқапты түгелдей қамтып (мыңдаған шаршы км), әрі көп жағдайларда платформалардың фундамент қабаттарында, сонымен қатар жер қыртысының әр түрлі жастағы қозғалмалы аудандарында жиі байқалады.

Таужыныстарының аймақтық метаморфизм кезінде Өзгеру дәрежесі қоршаған ортаның термодинамикалық жағдайының Өзгерістерімен тығыз байланысты. Дегенмен кейбір ғалымдар термодинамикалық жағдайлардың Өзгеруінің ең басты критерийі – тереңдік деп есептейді. Осыған байланысты аймақтық метаморфизм үш зонаға бөлінеді: 1. Эпизона; 2. Мезозона; 3. Катазона.

Эпизона (жоғарғы зона) температураның (300-500⁰С), петростатикалық қысым (1000 атмосфера) күшінің төмендігімен және белгілі бір бағытта байқалатын (стресс) қысымның жоғарылығымен сипатталады. Осыған байланысты бұл зонада төменгі температуралы, құрамында жасыл түсті минералдары көп метаморфтық тақтатастар пайда болады. Мысалы, хлоритті, филлитті, талькті тақтатастар, серпентиниттер т.б.

Мезозона (ортаңғы зона). Бұл зонаның орналасу ерекшелігіне байланысты температура (500-7000С) мен қысым күштері (10 мың атмосфера шамасында) жоғары болады, сол себебті әдепкі таужыныстары қайта кристалданып, қабат-қабат болып тақталанады, әрі слюдалы тақтатастар, мраморлар, амфиболиттер, гнейстер, кварциттер секілді метаморфтық таужыныстары қалыптасады.

Катазона (төменгі зона) температура мен (1000⁰С) петростатикалық қысымның (10-15 мың атмосфера) Өте жоғарылығымен ажыратылады, ал бұл зонада бағытталған қысым (стресстік) күштерінің алатын орны шамалы, осыған байланысты тақталы текстура сирек байқалады да көп жағдайларда ірі кристалды, тығыз метаморфтық таужыныстары пайда болады. Мысалы, анартасты тақтатас, пироксенді, биотитті, силлиманитті гнейстер, кварциттер, гранулиттер, эклогиттер т.б.

Жер қыртысының ең терең қабаттарында температура мен қысым күштерінің артуы таужыныстарының жартылай немесе түгелдей балқу дәрежесіне дейін жеткізеді. Осыған орай бұл зоналарда аймақтық метаморфизмнің ерекше бір түрі – ультраметаморфизм үрдістері орын алады. Жергілікті немесе локалдық метаморфизм үрдістері тұсында таужыныстарын Өзгертетін метаморфизм факторларының (температура, қысым) біреуінің басым әсер етуіне байланысты төмендегідей түрлерге ажыратылады: 1. Шекаралық метаморфизм; 1.1. Шекаралық – термалық метаморфизм; 1.2. Метасоматтық метаморфизм; 3. Динамометаморфизм немесе катаклаздық метаморфизм.

Метаморфтық таужыныстар мен пайдалы қазбалар. Метаморфизм әрекеттерінің нәтижесінде ең соңында метаморфтық таужыныстары түзіледі. Олардың құрамына кіретін минералдардың барлық түрлері толық кристалданған күйде болады. Метаморфтық жыныстардың химиялық құрамы Өте күрделі. ¤йткені олар алғашқы магмалық, алғашқы шөгінді немесе бҰрынырақ пайда болған метаморфтық жыныстардың негізінде, қайтадан кристалдану жағдайында құралады. Олардың қҰралу барысында кейде әр түрлі химиялық компоненттердің бір-бірімен Өзара орын алмасу әрекеттері маңызды рӨль атқарады.

Метаморфтық таужыныстарының минералдық құрамы Өзіндік ерекшеліктерімен сипатталады: 1. Олардың құрамында магмалық таужыныстарын құрайтын басты минералдардың барлығы да (кварц, дала шпаттары, пироксендер, оливин, амфиболдар, слюдалар және т.б.) кездеседі. 2. Бұлардан басқа олардың құрамында метаморфтық жолмен жаңа пайда болған минералдар да (анартас, тальк, хлорит, серпентин, дистен, серицит, эпидот, воллостанит т.б.) кездесіп отырады. Мұндай минералдар метаморфтық әрекеттердің Өзіндік индикаторы (белгісі) ретінде индекс-минералдар болып саналады.

Алғашқы аналық жыныстан сақталған минералдар қалдық (реликт) минералдар тобын құрайды. Ал тек метаморфтық әрекеттерге байланысты түзілген минералдар типоморфты минералдар деп аталады. Белгілі бір термодинамикалық жағдайда түзілген минералдар ассоциациясы (тобы) метаморфтық таужыныстарының минералдық фациясын құрайды.

Минералдық фациялар метаморфизм әрекеттерінің әр түрлі дәрежедегі сатыларына (эпизона, мезозона, катазона) сәйкес келеді.Сонымен метаморфизмнің геологиялық маңызы, бұл метаморфтық таужыныстарының, әрі метаморфогендік кен орындарының түзілуі екен. Соңғысына мысал келтірер болсақ, бұл алмас, темір, слюда, графит, түсті металдар, асыл тастар, әшекей тастар т.б. кен орындары, соның ішінде скарндармен байланысты темір, мыс, қорғасын, мырыш, вольфрам кендері, ал грейзендермен бірге ұшырасатын сирек кездесетін төмендегідей металдардың кендері, олар вольфрамит, молибденит, касситерит, топаз және т.б.

6-дәріс. Эффузивтік магматизм. Жанартау үрдісінің негізгі сатылары

6. 1 Эффузивтік магматизм

6. 2 Жанартаулар атқылауының өнімдері

6.3 Жанартау атқылағаннан кейінгі үрдістер

6.1 Эффузивтік магматизм. Жанартау үрдісінің негізгі сатылары

Магма (грекше — қамыр, қоймалжың) деп күрделі силикат құрамды балқыған ерітіндіні айтады. Оның қой­малжың болуы құрамындағы әр түрлі газдарға, су буына байланысты. Магматизм — Жердің ішкі энергиясының ең бір ipі көрінісі. Оны жердің ішкі қойнауынан беткі қабаттарына көтеріліп, шапшып, атқылауынан көреміз. Магма массасы жер үстіне жетіп тасыса, оны енді лава деп атайды да, ондай үрдістердің өзін эффузивтік (латынша «эффузио» — тасу, төгілу) немесе жанартаулық дейді, ал магма жер бетіне жетпей тереңде қапталып қалса, интрузивтік (латынша «интрузия» — кіру, ему) не тереңдік магматизм деп атайды. Жанартау латынша — от, жалын деген сөз. Ежелгі гректер жанартау әсерін өздерінің жер астындағы ұсталық құдайының есімімен плутонизм деп атаған, бұл термин қазірде де кең қолданылады.

Жанартаулық үрдіс кезінде лава жер бетіне жетіп тегіледі, қатқан бөлшектерінің күл-паршасы шығып домаланған кесектер, құм, күл-тозаң ретінде, бөлініп шыққан газдар мен су буы ұшып аспанға көтеріледі. Жанартаулық үрдістер нәтижесінде жанартаулы жер бедері түзіледі.Жанартаулық үрдіс үш сатыға бөлінеді: бастапқы (субжанартауды), басты (оны жанартау атқылауы дейді) және ақырғы (фумаролды).

Субжанартауды саты. Жердің жоғарғы мантиясында күшті қызудан балқыған магма жаралады да ол қысым әсерінен жоғары көтеріліп, магмалық ошақты (камераны) толтырады. Кейінірек магма жыныстың жарықтарын бойлап әрі қарай жоғары көтеріледі. Ол кезде магманың құрамы базальтқа тең. Жол-жәнекей магма жапсарындағы тау жыныстарын балқытып, оларды құрамына қосып (ассимиляция) жарықтарды кеңейтеді, содан құрамы қышқылдана түседі. Шамамен жер бетінен 2—3 км тереңдікте магмада еріген газдар мен су буы бөліне бастайды, тасиды. Физикадан білетініміз — бу бөлінгенде оның көлемі 100 есе артып, мол энергия туғызады. Осы құбылыс салдарынан газдар мен бу үстін басқан тау жыныстарын майыстырып, жарып, сындырып жер бетіне жетеді. Олардың ізімен магма да жер үстіне жетіп, лава төгіледі. Барлығының жоғары көтерілу қысымынан ол маңда жер сілкінеді. Магма ошағының жер қойнауындағы орны мен көлемін сол сейсмотолқынды зерттеп анықтайды. Осылайша анықталған Клю­чевская жанартауының ошағының көлемі 10—20 мың км³ және оның тереңдігі 5 км екен.

Жанартаулық үрдістердің басты сатысы жанартаудың атқылауынан басталады. Балқыған және қатты жанартаулық жыныстар жанартаудың айналасына жинала келе конус пішінді тау құрайды (14.1-сурет). Оның төбесі жазық келеді де орта тұсында шұңқыр — кратер пайда болады. Кратердің түбіндегі өзегі (ж е р л о) магманың каналымен ұштасады. Жанартау кратері атқылау саны Жиілеген кезде оның жан-жағы опырылып кетіп, үлкен ойыс шұңқыр пайда бодады да оны каль­дера деп атайды (14.2-сурет). Оның диаметрі бірнеше километрге жетеді. Кейіннен атқылау қайта басталса кальдераның ортасында өзінің кратері мен өзегі бар жаңа конус түзіледі. Кратердің доғадай иілген үйіндісі сомма дейді.