General_geology_Ivanik_Menasova_Krochak (1)

91

прогнозу землетрусів поки ще не має «абсолютної зброї». Але переваги сучасних супутникових методів, а саме зйомка гігантських територій з постійною періодичністю та високою просторовою роздільною здатністю, допомагає вирішувати це важливе питання.

Запитання для самоконтролю:

1.Як поширюються сейсмічні хвилі, що виникають у епіцентрі землетрусу?

2.Що таке сила та енергія землетрусів?

3.Якій механізм утворення землетрусів?

4.Які існують передвісники землетрусів?

5.Які методи вивчення землетрусів ви знаєте?

93

гарячої магми, що застигає у вигляді інтрузивних масивів – плутонів (рис.

6.1.)

Навколо таких плутонів утворюються ареали контактовометаморфізованих порід. Чим крупніше інтрузія та більше теплової енергії, яку вона приносить, тим ширше ареали контактових змін порід.

Рис. 6.1. Схематична геологічна карта Харловського масиву, Алтай: 1 – габро; 2 – граніти; 3 – плямисті роговики; 4 – роговики

середніх частин ореолу; 5 – ортоклазові роговики внутрішніх частин ореолу; 6 – сланці, що вміщають плутон.

Вторгнення кислих магм, багатих леткими компонентами, підвищує інтенсивність метаморфізму. Характер змін залежить від складу порід, що вміщають інтрузію.

Піщано-глинисті породи при метаморфізації переходять у роговики – породи, що мають щільну зернисту будову і складаються, головним чином, з кварцу та слюди, а також типових мінералів метаморфічного генезису (андалузиту, силіманіту тощо).

Осадові карбонатні породи перетворюються в скарни – породи перемінного складу, що складаються, в основному з вапняно-залізистих силікатів. Істотну роль у складі порід грають силікати кальцію, у том числі, воластоніт – продукт взаємодії кальциту і кремнезему: (СаСОз+SiО2=СаSiOз+СO2), а також у мінерали групи гранатів.

Зміна гірських порід відбувається при впливі високотемпературних розчинів, що утворюються шляхом конденсації водяної пари магми, які несуть із собою різні компоненти. Такий процес змін називається гідротермальним метаморфізмом. З гідротермальними розчинами пов'язане утворення різних жил у тріщинах гірських порід та вміст деяких коштовних мінералів.

Часто гідротермальний метаморфізм пов'язаний із пневматолітовим, що розвивається при інтенсивному привнесенні у породу нових речовин газовими еманаціями, що піднімаються з магматичного осередку при його остиганні. При гідротермальному і пневматолітовому метаморфізмі відбувається зміна не

94

тільки мінерального, але й хімічного складу порід, що вміщають інтрузивне тіло.

При дуже інтенсивному привнесенні нових речовин та заміщенні первинних мінералів хімічно активними речовинами виникає особливий вид метаморфізму – метасоматоз.

Динамометаморфізм або дислокаційний метаморфізм пов'язаний з тектонічними рухами земної кори, що викликають у процесі складкоутворення та розривних порушень.

Зміни гірських порід відбувається, головним чином, у верхній частині земної кори, під впливом однобічного тиску, орієнтованого в одному напрямку, – так званого стресу.

При динамометаморфізмі руйнуються старі та виникають нові структури гірських порід з ясно вираженим орієнтуванням мінералів. Крихкі мінерали роздрібнюються, пластичні деформуються. У деяких мінералах перебудовується кристалічна ґратка, змінюється орієнтування оптичних осей.

Зовнішнім вираженням впливу динамометаморфізму на породу є прояв сланцюватості. Сланцюватість – здатність породи розколюватися на тонкі плитки за рахунок появи в породі одноманітно орієнтованих тріщин або визначеним орієнтуванням мінеральних зерен.

Тиски, що виникають при динамометаморфізмі, додають зернам мінералів визначене орієнтування, паралельно площині розлому, унаслідок цього порода набуває смугастих текстур. Цьому сприяє і поява новостворених лускатих мінералів – хлориту, слюди (мусковіту, біотиту), тальку.

Динамометаморфізм може проявлятися також у дробленні порід, руйнуванні мінералів і порода перетворюється в брекчію з кутастими уламками. При сильному подрібнюванні і перетиранні утворюються породи –

мілоніти.

Дослідження останніх десятиліть виявили існування ще одного типу локального метаморфізму – ударного (імпактного). Він викликається дією на поверхневі гірські породи ударної хвилі, що спричиняється падінням на Землю метеоритних тіл. При падінні метеорита за дуже малі відрізки часу (<0,1 секунди) виділяється величезна кількість кінетичної енергії. Ця енергія витрачається на механічні (стиск, дроблення) та теплові (плавлення, випарування) перетворення речовини порід, що піддаються впливу ударної хвилі. Ці метаморфічні породи носять загальну назву –

імпактити.

Головною особливістю ударного метаморфізму, є поява новостворених мінералів, що виникають лише при надвисоких тисках і тому не характерні для земної кори. Такими «гіпербаричними» мінералами є поліморфні модифікації SiО2 – коесит та стишовіт, а також алмаз (дрібні кристали, морфологічно відмінні від звичайних алмазів, що зустрічаються у кімберлітових трубках) та високобарична модифікація вуглецю – лонсдейліт. Присутність коеситу вказує на те, що тиск був вище 30 кбар і

95

температура вище 1000°С, а стишовіту – Р >100 кбар і Т близько 1000°С, причому стишовіт відомий тільки з гірських порід астроблем.

Регіональний метаморфізм.

Найбільш важливий тип метаморфізму. На відміну від локального, що поширюється на обмежену площу, регіональний метаморфізм охоплює великі, нерідко величезні площі –у тисячі, десятки та навіть сотні тисяч квадратних кілометрів.

Регіональний метаморфізм викликається спільною дією підвищеної температури та тиску, зазвичай, всебічного (літостатичного). Прикладами порід, створених під час такого регіонального метаморфізму, є метаморфічні породи Українського, Балтійського щитів

В історії Землі регіональний метаморфізм відігравав найважливішу роль протягом архейського і протерозойського еонів. Породи архейського віку незалежно від глибини їх сучасного залягання метаморфізовані сильно і повсюдно. Породи протерозою метаморфізовані дуже часто, але в різному ступені. Фанерозойські породи, як правило, зазнавали лише локальну метаморфізацию. Така вікова диференціація дозволяє припускати зв'язок регіонального метаморфізму з архейско-протерозойскими процесами конвергенції літосферних плит, або те, що в ранньому докембрії тепловий потік Землі був значно більшим, ніж зараз.

У межах поширення метаморфічних комплексів спостерігається закономірна зміна мінералогічних асоціацій (парагенезисів мінералів) від регіонів з вищим ступенем метаморфізму до периферійних областях, що зумовлено зниженням температури і тиску. Відповідно зазначеної закономірності виділяють метаморфічні фації – комплекси найбільш характерних метаморфічних порід, точніше парагенезису мінералів, утворених у визначеному діапазоні температур та тисків. Фація називається по найбільш типовому для неї та широко розповсюдженому типу порід чи мінералів, наприклад цеолітова, хлоритова, біотитова.

Залежно від інтенсивності процесів метаморфізму виділяють ступені метаморфізму, кожній з яких відповідає певна метаморфічна фація. Ступені та фації метаморфізму – послідовний ряд, що відображає інтенсивність перетворень порід процесами регіонального метаморфізму. Найнижчому ступеню метаморфізму відповідають породи цеолітової фації, нижньому –

зеленосланцевої, середньому – амфіболітової, високому – гранулітової,

вищому – еклогітової фації. Під впливом цих факторів породи перекристалізовуються, переходячи в різні кристалічні сланці, гнейси й інші метаморфічні породи. В об'єм кожної фації входять кілька типів порід. Їх мінеральний склад визначається не тільки термодинамічними умовами метаморфізму, але, насамперед, типом та складом первинної осадової чи магматичної породи. Перехід від нижчого ступеня регіонального метаморфізму до вищого називається прогресивним метаморфізмом. Іноді буває, що порода, утворена при відносно високих температурах та тисках, піддається повторному метаморфізму при більш низьких температурах

96

та тисках. Тоді говорять про ретроградний (регресивний) метаморфізм або діафторез.

Найбільш чутливими до метаморфічних перетворень є глинисті породи і вони дають найбільш повну гаму метаморфічних фацій (рис. 6.2.).

Рис. 6.2. Фації метаморфізму глинистих порід Жирні лінії – границі ступенів метаморфізму: нижча (зеленосланцева), середня (амфіболітова),

верхня (гранулітова). Тонкі лінії – границі фацій: Анд – андалузитова; Сил – силіманітова; Кі – кіанітова

Дуже низький ступінь регіонального метаморфізму протікає при мінімальних температурах (до 200°С) і тисках. Глини і аргіліти перетворюються в глинисті і аспідні сланці – тверді тонкозернисті породи, що легко розколюються на тонкі пластинки з гладкими поверхнями. Значна частина глинистих мінералів трансформується в луски мусковіту, біотиту.

Низький (зеленосланцевий) ступінь метаморфізму проявляється при більш високих температурах (до 250°С) і тисках, характеризується формуванням дрібнозернистих структур. З переходом до низького ступеню метаморфізму глинисті (аспідні) сланці перетворюються у філіти, що відрізняються від перших більш грубою сланцюватістю та більш блискучими поверхнями, що пов'язано з появою макроскопічно помітних лусок слюди.

Більш зрілі продукти метаморфізму низького ступеню – це породи власне зеленосланцевої фації; до них відносяться, насамперед, хлоритсерицитові сланці, що складаються з кварцу, хлориту та серициту (дрібнолускатий різновид мусковіту), що представляє собою продукт подальшого перетворення глинистих порід.

Але особливо характерні зелені сланці, що утворюються за рахунок основних вулканітів та їхніх туфів. Вони зобов'язані своїм фарбуванням хлориту, епідоту та (або) зеленій роговій обманці; зазвичай присутній також мінерал альбіт.

97

Своєрідною метаморфічною фацією низького та дуже низького ступеню метаморфізму є блакитні сланці, найбільш характерний мінерал яких – блакитна рогова обманка – глаукофан; іншим індексом-мінералом цієї фації служить Са-А1-гідросилікат – лавсоніт. Глаукофанові сланці утворюються в умовах поєднання дуже високих тисків (до 10х12 х 108Па) з низькими (не більш 400°С) температурами.

Середній (амфіболітовий) ступінь метаморфізму характеризується більш високими температурами (250-700°С) і тиском (до 3х106 Па), що веде до зростання розмірів кристалів і зниження частки гідратованих мінералів у складі порід. Температурному інтервалу 250-400°С характерно формування кристалічних сланців і амфіболітів. При більш високих температурах (від 400 до 700°С) виникають гнейси.

Кристалічні сланці – породи з добре проявленою сланцюватістю, середньота грубозернисті, збагачені листуватими силікатами – мусковітом, біотитом (слюдяні сланці), хлоритом, а також амфіболами. Вони являють собою продукт подальшої зміни глинистих порід та крім перерахованих мінералів, зазвичай, містять гранати, середні та основні плагіоклази, кварц.

Гнейси відрізняються більшою зернистістю, меншим вмістом слюди і складаються, в основному, з кварцу та польового шпату та темноколірних мінералів. Через менший вміст пластинчастих мінералів гнейси важко розколюються на пластинки та мають більш грубу сланцюватість. Їх смугастість пов'язана з відокремленням прошарків, збагачених слюдою та (або) роговими обманками. Утворюються гнейси по пісковикам, особливо аркозовим, глинам, кислим вулканітам та гранітам. Гнейси з порід первинно-осадового походження називаються парагнейсами, а з порід магматичного походження – ортогнейсами.

Амфіболіти – темно-зелені, зеленувато-чорні щільні породи зі сланцюватою текстурою, що складаються в основному з рогової обманки та плагіоклазу, іноді за участю гранату, епідоту, біотиту. Утворюються при метаморфізмі основних магматичних порід – ортоамфіболіти або карбонатно-глинистих порід – параамфіболіти.

Н а середньому ступені регіонального метаморфізму формуються також мармури та кварцити.

Високий (гранулітовий) ступінь метаморфізму протікає при температурах від 700 до 1500°С і тиску близько 5х106 Па. У цих умовах слюди, рогові обманки і інші водовмісні мінерали заміщуються піроксенами. Високі температури цієї стадії метаморфізму обумовлюють анатексіс – повну переплавку вихідних порід. Грануліт – найхарактерніша порода даного ступеню, що виникає з магматичних або осадових порід. Грануліти основного складу утворюються з габро або базальтів, а грануліти кислого складу – з глинистих або піщано-глинистих порід. Гранулітова фація широко представлена в архейських і рідше в протерозойских породах фундаментів давніх платформ.

98

Вищій (еклогітовий) ступінь метаморфізму протікає при найвищих температурах (від 1500 до 3000°С і вище) і тиску (2х109 Па). Еклогіти – щільні важкі породи, які складаються з піроксену з вкрапленням кристалів гранату (піропу). Утворюються також за рахунок основних магматитів (базальтів, габро) і входять до складу нижньої частини земної кори континентального типу. Уламки еклоґітів зустрічаються в кімберлітових трубках.

Запитання для самоконтролю:

1.Що таке явище метаморфізму?

2.Які геологічні фактори приводять до метаморфізму гірських порід?

3.Назвіть основні типи метаморфізму.

4.Що таке метаморфічні фації і ступені метаморфізму?

5.Які породи належать до нижчої, середньої та вищої фацій метаморфізму?

99

ЧАСТИНА IIІ. Екзогенні процеси.

Екзогенні процеси – це зовнішні геологічні процеси на поверхні Землі, які зумовлюють зміни складу гірських порід, структур та загального вигляду поверхні Землі. Джерелом для них служить теплова енергія Сонця та сила гравітації. У залежності від факторів та середовища, в яких відбуваються ці процеси, виділяють 4 стадії екзогенних процесів: вивітрювання, денудація,

акумуляція та діагенез.

Основна роль в екзогенних процесах належить денудації.

Вивітрювання – процес руйнування та глибоких змін фізичного та хімічного стану мінералів та гірських порід у результаті фізичної, хімічної та біологічної дії на них води, кисню, вуглекислого газу, мінеральних та органічних кислот, атмосферних явищ та сонячної радіації.

Денудація – це сукупність геологічних процесів, при яких відбувається руйнування гірських порід. Агентами денудації є: води, вітер, льодовики, сила гравітації. У залежності від фізико-географічних умов, вони можуть діяти окремо і разом. Процеси денудації розчленовують і згладжують рельєф суши, вирівнюючи його.

Акумуляція – процес в результаті якого продукти руйнування гірських порід після перенесення накопичуються на понижених ділянках рельєфу – річкових долинах, озерах, болотах, морях та океанах.

Діагенез – складний процес перетворення продуктів екзогенної діяльності в осадові гірські породи під впливом гравітаційних сил та змін фізико-хімічних умов в при поверхневій частині земної кори.

Усі екзогенні геологічні процеси пов’язані між собою.

Основним результатом екзогенних геологічних процесів є зміна речовинного складу верхньої частини земної кори диференціація речовини за її фізичними та хімічними властивостями, утворення осадових гірських порід та форм рельєфу земної поверхні.

РОЗДІЛ 7. ВИВІТРЮВАННЯ

Під вивітрюванням розуміють процеси фізичного, хімічного та біохімічного перетворення гірських порід і мінералів, що їх складають. Відбуваються ці процеси у приповерхневій частині земної кори, яка називається зоною вивітрювання або гіпергенезу. Ці перетворення залежать від багатьох факторів:

-хімічного впливу води та газів,

-температурних умов,

-складу порід і т.д.

Процеси вивітрювання досить складні. Їх умовно розділяють на фізичне та

хімічне вивітрювання.

7.1 Фізичне вивітрювання

100

Фізичне вивітрювання полягає в механічній руйнації гірських порід під впливом зміни температур, механічної дії льоду, солей, кореневих систем рослин.

Перший тип фізичного вивітрювання, який викликається коливаннями температури називається температурним вивітрюванням. Воно відбувається під впливом добових та сезонних коливань температури, які приводять до нерівномірного нагрівання та охолодження гірських порід.

Різні мінерали мають різні коефіцієнти об'ємного розширення, тому деформації проявляються сильніше. Але деякі мономінеральні породи, такі як кварцити і мармури, також зазнають температурного вивітрювання, оскільки коефіцієнти лінійного розширення кальциту і кварцу в напрямку, перпендикулярному осі с в двічі більше, ніж в іншому напрямку.

Температурне вивітрювання найбільш інтенсивно протікає в областях з різкими коливаннями добових температур, низькою вологістю, слабким рослинним покровом. Такі умови характерні для пустель, гірських районів, де добове коливання температури сягає 40-500С. Породи вдень сильно нагріваються, вночі охолоджуються, що призводить до своєрідного відлущування їхньої верхньої частини – десквамації.

Механічне вивітрювання відбувається під впливом механічної дії сторонніх агентів.

Це, по-перше, морозне вивітрювання, яке відбувається під дією замерзання води. Вода, потрапляючи в тріщини, замерзає, перетворюється на лід, збільшуючись в об'ємі на 10%. Така сила переборює опір гірських порід і вони розколюються на окремі уламки. Ці процеси спостерігаються в гірських районах вище снігової лінії, а також в приполярних областях. Тут зустрічаються величезні площі, покриті розвалами брил та щебеню – куруми.

Аналогічну механічну дію на гірські породи має коренева система дерев, рослин, і різноманітні землерийні тварини. (Одночасно з ростом дерев збільшуються і розміри їхнього коріння. Воно з великою силою тисне на стінки тріщин і за принципом роботи клину розширює їх, що призводить до розколювання їх на окремі брили та уламки.)

Розколювання або дезінтеграцію порід викликає також процес кристалізації солей в капілярних тріщинах порід. Це відбувається в умовах сухого клімату, де капілярна вода підходить до поверхні і випаровується, а сіль, що знаходиться в ній, кристалізується.

7.2. Хімічне вивітрювання

При хімічному вивітрюванні відбувається не тільки механічна руйнація, також змінюється хімічний та мінеральний склад гірських порід.

Головними факторами хімічного вивітрюванні є вода, кисень, вугільна та органічні кислоти. Основна роль належить воді, яка у тому чи іншому ступені дисоційована на позитивно заряджені іони водню (Н+) та негативно заряджені гідроксильні іони (ОН-). Це визначає можливість води вступати у реакцію з кристалічною речовиною.