Метаморфизм - это изменение, которое происходит в теле породы в результате его воздействия на условия, отличные от тех, в которых оно образовалось.
В большинстве случаев, но не во всех, это связано с тем, что порода находится глубоко под землей под другими породами, где она подвергается воздействию более высоких температур и давлений, чем те, под которыми она образовалась.
Метаморфические породы, как правило, имеют различные минеральные комплексы и разные текстуры по сравнению с их материнскими породами, но они могут иметь одинаковый общий состав.
Большая часть метаморфизма является результатом захоронения магматических, осадочных или ранее существовавших метаморфизмов до такой степени, что они испытывают давление и температуры, отличные от тех, при которых они образовывались.
Метаморфизм может также иметь место, если холодная скала около поверхности проникла и нагрелась горячим магматическим телом.
Хотя большая часть метаморфизма связана с температурами выше 150°C, некоторые метаморфизмы имеют место при температурах, более низких, чем те, при которых образовалась материнская порода. Контроль над метаморфическими процессами
Основными факторами, которые контролируют метаморфические процессы, являются:
- Минеральный состав материнской породы;
- Температура, при которой происходит метаморфизм;
- Количество и тип давления во время метаморфизма;
- Типы жидкостей (в основном вода), которые присутствуют во время метаморфизма;Количество времени, доступного для метаморфизма.
Материнская порода
Материнская порода является горная порода, которая существует до начала метаморфизма.
В большинстве случаев это осадочная или магматическая порода, но метаморфическая порода, которая достигает поверхности и затем перезахороняется, также может считаться материнской породой.
С другой стороны, если, например, аргиллит метаморфизуется в сланец, а затем захоронен глубже там, где он метаморфизуется в сланец, материнская порода сланца является аргиллитом, а не сланцем.
Критическая особенность материнской породы - ее минеральный состав, потому что именно стабильность минералов имеет значение, когда происходит метаморфизм.
Другими словами, когда порода подвергается повышенным температурам, некоторые минералы могут стать нестабильными и начать рекристаллизоваться в новые минералы.
Температура
Температура, которой подвергается порода, является ключевой переменной в управлении типом метаморфизма, который имеет место.
Минеральная стабильность зависит от температуры, давления и наличия жидкостей (особенно воды). Все минералы стабильны в определенном диапазоне температур. Например, кварц устойчив до температур окружающей среды (независимо от погоды), вплоть до 1800°C.
Если давление выше, этот верхний предел будет выше. Если есть вода, она будет ниже. С другой стороны, большинство глинистых минералов стабильны только примерно до 150 или 200°C, если температура выше этого значения, они превращаются в слюды. Большинство других распространенных минералов имеют верхние пределы от 150°C до 1000°C.
Некоторые минералы будут кристаллизоваться в разные полиморфы (одинакового состава, но разной кристаллической структуры) в зависимости от температуры и давления. Хороший пример - кварц, так как слегка отличающиеся формы стабильны при температуре от 0 до 1800°C.
Давление
Давление важно в метаморфических процессах по двум основным причинам.
Во-первых, это влияет на минеральную стабильность.
Во-вторых, это имеет значение для текстуры метаморфических пород.
Породы, которые подвергаются очень высокому ограничивающему давлению, как правило, более плотные, чем другие, потому что минеральные зерна сжаты вместе, и потому что они могут содержать минеральные полиморфы, в которых атомы более плотно упакованы. Из-за тектоники плит давление внутри коры обычно не применяется одинаково во всех направлениях.
В областях конвергенции плит давление в одном направлении (перпендикулярном направлению конвергенции) обычно больше, чем в других направлениях. В ситуациях, когда разные блоки коры выталкиваются в разные стороны.
Одним из результатов направленного давления и явного напряжения является то, что камни становятся слоистыми.
Жидкости
Вода является основной жидкостью, присутствующей в породах земной коры, и единственной, которую мы рассмотрим здесь. Наличие воды важно по двум основным причинам.
Во-первых, вода облегчает перенос ионов между минералами и внутри минералов и, следовательно, увеличивает скорость, с которой происходят метаморфические реакции.
Таким образом, хотя вода не обязательно меняет результат метаморфического процесса, она ускоряет процесс, так что метаморфизм может произойти в течение более короткого периода времени, или метаморфические процессы, которые иначе не успели бы завершиться, завершены.
Во-вторых, вода, особенно горячая, может иметь повышенную концентрацию растворенных веществ, и поэтому она является важной средой для перемещения определенных элементов внутри коры. Таким образом, вода не только облегчает метаморфические реакции на межзеренной основе, но и позволяет переносить ионы из одного места в другое.
Это очень важно в гидротермальных процессах, которые обсуждаются в конце этой главы, и в формировании месторождений полезных ископаемых.
Время
Большинство метаморфических реакций протекают очень медленно. Например, рост новых минералов в породе во время метаморфизма, по оценкам, составляет около 1 мм на миллион лет. По этой причине очень трудно изучать метаморфические процессы в лаборатории.
В то время как скорость метаморфизма довольно медленная, тектонические процессы, которые приводят к метаморфизму, также очень медленны, поэтому в большинстве случаев вероятность того, что метаморфические реакции будут завершены, высока.
Например, одна важная метаморфическая обстановка находится на глубине многих километров в корнях горных цепей. Для формирования горного хребта требуются десятки миллионов лет, и еще десятки миллионов лет разрушаются до такой степени, что мы можем видеть скалы, которые метаморфизуются глубоко под ним.
