Что такое метаморфизм?

Метаморфизм является важным процессом в геологии. Она представляет собой все преобразования, которые претерпевает горная порода, когда она подвергается повышению давления и/или температуры.

Скалы, которые мы наблюдаем, кажутся твердыми и прочными. В действительности они стабильны только в четко определенных диапазонах давления и температуры. При изменении этих условий горные породы и минералы преобразуются в процессе, называемом метаморфизмом. Это превращение очень отличается от плавления, которое является изменением состояния. В случае метаморфизма изменения происходят в твердом состоянии, в минералах и структуре породы. В основном это вопрос минералогической перекристаллизации.

Составные части метаморфизма

Есть разные типы метаморфизмов. Каждый связан с изменениями температуры, давления и / или вкладом химических элементов. В общем, независимо от контекста, при значительном повышении давления и температуры начинается процесс метаморфизма. Таким образом, когда в бассейне накапливается большое количество осадка, слои в основании будут подвергаться повышению давления и температуры в связи с углублением. Это процесс диагенеза, низкотемпературный метаморфический процесс. Таким образом, осадки превратятся в осадочную породу.

Однако большинство наблюдаемых метаморфических пород образуются в связи с тектоническими событиями, затрагивающими обширные регионы: укладка блоков земной коры в орогенном контексте (образование горной цепи), субдукция океанической плиты, столкновение континентальных литосфер. Породы, захваченные этими тектоническими движениями, подвергаются огромному повышению давления и температуры, вызывая перекристаллизацию, которая затем происходит в условиях ориентированных напряжений, запечатлевая в метаморфизованных породах деформации слоистости, рассланцованности или линейности.

Однако метаморфический процесс может происходить и без тектонической деформации или захоронения. Это случай контактного метаморфизма, который происходит, когда окружающая порода нагревается в результате поступления магмы из близлежащей интрузии. Поступление магмы вызывает повышение температуры (но не давления), что приводит к "отжигу" окружающих пород без их расплавления. Таким образом, вокруг магматической интрузии создается ореол метаморфизма, в пределах которого мы наблюдаем зональность преобразований, которые в данном случае являются в основном минералогическими перестройками. Это известно как контактный метаморфизм.

В еще более ином контексте метаморфический процесс можно наблюдать в океанической коре в ответ на интенсивную гидротермальную активность. Например, океаническая кора, расположенная по оси хребта, расколется и позволит морской воде проникнуть внутрь. По мере циркуляции в глубинах земной коры эта вода нагревается и изменяет свой химический состав, превращаясь в так называемую гидротермальную жидкость. В контакте с этой жидкостью породы будут подвергаться трансформации, в частности, путем добавления химических элементов. Таким образом, габбро могут превратиться в амфиболиты, а затем в зеленые сланцы, а перидотиты мантии превратятся в серпентиниты. Это известно как гидротермальный метаморфизм.

Наконец, последний тип метаморфизма наблюдается при ударе метеорита. Падение метеорита на поверхность Земли вызывает ударную волну и внезапное и чрезвычайно резкое повышение давления и температуры, которое преобразует минералы очень характерным образом. Это известно как ударный метаморфизм.

В целом, диапазон метаморфизма простирается от 50°/100 °C до 650°/700 °C.

Метаморфические реакции

Когда порода входит в условия давления и температуры, которые слишком сильно отклоняются от условий их образования, минералы, нестабильные в этих условиях, будут заменены стабильными минералами, характерными для этих новых условий. Таким образом, новый минерал может иметь тот же химический состав, но совершенно другую кристаллическую структуру. Так обстоит дело, например, с андалузитом, кианитом и силлиманитом, которые имеют одинаковую формулу (Al₂SiO₅), но стабильны в различных условиях. Но также могут быть реакции между несколькими минералами. Поля стабильности давления и температуры различных минералов показаны на петрогенетических диаграммах.

Изучение метаморфических пород дает информацию о пути, пройденном исходной породой. Это известно как PT-тренд (Давление-Температура-Время) путь. В зависимости от минералогического состава можно определить, претерпела ли порода значительное и быстрое повышение давления, но незначительное повышение температуры, или наоборот, и было ли ее возвращение на поверхность достаточно быстрым (снижение давления и сохранение высокой температуры) или медленным (медленное снижение температуры и давления). Эти PT-тренд пути очень полезны для реконструкции тектонической истории региона.

Некоторые примеры метаморфических последовательностей

Все типы горных пород могут подвергаться метаморфизму. Например, сланец является результатом метаморфизма глинистой породы. Мрамор - это результат преобразования известняка. Гнейс - это метаморфическая порода, возникающая в результате преобразования горной породы, богатой кварцем, слюдой и полевыми шпатами, например, гранита.