Veikiant slėgiui, aukštai temperatūrai, pašalinant ar įvedant medžiagas į uolienas – nuosėdines, magmines, metamorfines, bet kokias – joms susidarius vyksta kitimo procesai, ir tai yra metamorfizmas. Tokius procesus galima suskirstyti į dvi dideles grupes: vietinį metamorfizmą ir giluminį. Pastaroji dar vadinama regionine, o pirmoji – vietine metamorfoze. Tai priklauso nuo proceso masto.
Vietinis metamorfizmas
Vietinis metamorfizmas yra per didelė kategorija, ji taip pat skirstoma į hidroterminį metamorfizmą, tai yra, žemos ir vidutinės temperatūros, kontaktinį ir autometamorfizmą. Pastarasis – tai magminių uolienų kaitos procesas po kietėjimo ar sukietėjimo, kai jas veikia liekamieji tirpalai, kurie yra tos pačios magmos produktas ir cirkuliuoja uolienoje. Tokio metamorfizmo pavyzdžiai yra dolomitų, ultramafinių uolienų ir pagrindinių uolienų serpentinizacija bei diabazių chlorinimas. Būdingas kitas tipasjau pagal pavadinimą.
Kontaktinis metamorfizmas įvyksta prie pagrindinių uolienų ir išlydytos magmos ribos, kai veikia temperatūra, iš magmos gaunami skysčiai (inertinės dujos, boras, vanduo). Aureolė arba kontaktinio poveikio zona gali būti nuo dviejų iki penkių kilometrų nuo sukietėjusios magmos. Šios metamorfizmo uolienos dažnai pasižymi metasomatizmu, kai viena uoliena ar mineralas pakeičiamas kita. Pavyzdžiui, kontaktiniai skarnai, ragaičiai. Hidroterminis metamorfizmo procesas įvyksta, kai uolienos keičiasi dėl vandeninių šiluminių tirpalų, kurie išsiskiria kietėjant ir kristalizuojantis išsiveržimui. Čia taip pat didelę reikšmę turi metasomatizmo procesai.
Regioninis metamorfizmas
Regioninis metamorfizmas vyksta dideliuose plotuose, kur žemės pluta yra judri ir yra panardinta į didelę tektoninių procesų įtaką didelėse srityse. Dėl to susidaro ypač aukštas slėgis ir aukšta temperatūra. Regioninis metamorfizmas paprastus kalkakmenius ir dolomitus paverčia marmurais, o granitus, dioritus, sienitus – granitiniais gneisais, amfibolitais ir lūžiais. Taip yra dėl to, kad vidutiniame ir dideliame gylyje tokia temperatūra ir slėgis rodo, kad akmuo suminkštėja, tirpsta ir vėl teka.
Tokio tipo metamorfizmo uolienos išsiskiria savo orientacija: tekant masyvioms tekstūroms jos tampa dryžuotos, linijinės, skalūninės, gneizinės, o visi orientyrai pateikiami tekėjimo krypties atžvilgiu. Maži gyliai to neleidžia. Nes uolienų metamorfizmas mums parodosusmulkintos, skalūninės, molio ar sutrupėjusios uolienos. Jei pakitusias uolienas galima susieti su kai kuriomis linijomis, galime kalbėti apie vietinį artimųjų lūžių dislokacijos metamorfizmą (dinamometamorfizmą). Šio proceso metu susidariusios uolienos vadinamos milonitais, skalūnais, kakiritais, kataklasitais, brečomis. Magminės uolienos, perėjusios visas metamorfizmo stadijas, vadinamos ortouoliais (tai yra ortoschistai, ortogneisai ir pan.). Jei metamorfizmo uolienos yra nuosėdinės, jos vadinamos para-uolienomis (tai yra paraschitai arba paragneisai ir pan.).
Metamorfizmo veidai
Esant tam tikroms termodinaminėms metamorfizmo eigos sąlygoms, išskiriamos uolienų grupės, kuriose mineralų asociacijos atitinka šias sąlygas – temperatūra (T), bendras slėgis (Рbendras), dalinis vandens slėgis (P H2O).
Metamorfizmo tipai apima penkias pagrindines fascijas:
1. Žali skalūnai. Ši fascija atsiranda žemesnėje nei dviejų šimtų penkiasdešimties laipsnių temperatūroje, o slėgis taip pat nėra per didelis – iki 0,3 kilobaro. Jam būdingas biotitas, chloridas, albitas (rūgštinės plagioklazės), sericitas (smulkiai dribsniai muskovitas) ir panašiai. Paprastai ši fascija dedama ant nuosėdinių uolienų.
2. Epidoto-amfibolito fascija gaunama esant iki keturių šimtų laipsnių temperatūrai ir iki kilobaro slėgiui. Čia stabilūs yra amfibolai (dažnai aktinolitas), epidotas, oligoklazė, biotitas, muskovitas ir panašiai. Šią fasciją taip pat galima pamatyti nuosėdinėse uolienose.
3. Amfibolito fascija randama ant bet kokio tipouolienos – ir magminės, ir nuosėdinės, ir metamorfinės (tai yra, šios fascijos jau buvo patyrusios metamorfizmą – epidotinę-amfibolinę arba žaliaskalę). Čia metamorfinis procesas vyksta iki septynių šimtų laipsnių Celsijaus temperatūroje, o slėgis pakyla iki trijų kilobarų. Šiai fascijai būdingi tokie mineralai, kaip plagioklazas (andezinas), ragų mišinys, almandinas (granatas), diopsidas ir kt.
4. Granulitinės fascijos teka virš tūkstančio laipsnių temperatūroje iki penkių kilobarų slėgyje. Čia kristalizuojasi mineralai, kuriuose nėra hidroksilo (OH). Pavyzdžiui, enstatitas, hiperstenas, piropas (magnezijos granatas), labradoras ir kt.
5. Eclogite fascija praeina esant aukščiausioms temperatūroms - daugiau nei pusantro tūkstančio laipsnių, o slėgis gali būti didesnis nei trisdešimt kilobarų. Piropas (granatas), plagioklazas, omfacitas (žalias piroksenas) yra stabilūs.
Kita fascija
Įvairus regioninis metamorfizmas yra ultrametamorfizmas, kai uolienos visiškai arba iš dalies ištirpsta. Jei iš dalies - tai anateksė, jei visiškai - tai palingenezė. Taip pat išskiriama migmatizacija - gana sudėtingas procesas, kurio metu uolienos susidaro sluoksniais, kur magminės uolienos kaitaliojasi su reliktu, tai yra pradine medžiaga. Granitizavimas yra plačiai paplitęs procesas, kurio galutinis produktas yra įvairūs granitoidai. Tai tarsi ypatingas bendro granito susidarymo proceso atvejis. Čia reikia įvesti kalio, natrio, silicio ir pašalinti kalcį, magnį, geležį su aktyviausiais šarmais, vandeniu iranglies dioksidas.
Diaftorezė arba regresinis metamorfizmas taip pat plačiai paplitęs. Esant aukštam slėgiui ir temperatūrai susidariusias mineralų asociacijas pakeičia jų žemos temperatūros fascijos. Kai amfibolito fascija uždedama ant granulitinės fascijos, o žaliosios ir epidotinės-amfibolito fascijos ir pan., atsiranda diaftorezė. Būtent metamorfizmo procese atsiranda grafito, geležies, aliuminio oksido ir panašių medžiagų nuosėdos, perskirstomos vario, aukso ir polimetalų koncentracijos.
Procesai ir veiksniai
Uolienų kitimo ir atgimimo procesai vyksta labai ilgai, jie matuojami šimtais milijonų metų. Tačiau net ir ne per intensyvūs, reikšmingi metamorfizmo veiksniai lemia tikrai milžiniškus pokyčius. Pagrindiniai veiksniai, kaip jau minėta, yra slėgis ir temperatūra, kurie vienu metu veikia skirtingu intensyvumu. Kartais vienas ar kitas veiksnys smarkiai nugali. Slėgis taip pat gali skirtingai veikti akmenis. Jis gali būti išsamus (hidrostatinis) ir nukreiptas vienašališkai. Temperatūros padidėjimas padidina cheminį aktyvumą, visas reakcijas pagreitina tirpalų ir mineralų sąveika, o tai lemia jų perkristalizaciją. Taip prasideda metamorfizmo procesas. Įkaitusi magma prasiskverbia į žemės plutą, daro spaudimą uolienoms, jas įkaitina ir su savimi atsineša daug skystos ir garinės būsenos medžiagų, o visa tai palengvina reakcijas su pagrindinėmis uolienomis.
Metamorfizmo tipai yra įvairūs, taip pat įvairios yra šių procesų pasekmės. ATBet kokiu atveju seni mineralai transformuojasi ir susidaro nauji. Esant aukštai temperatūrai, tai vadinama hidrometamorfizmu. Spartus ir staigus žemės plutos temperatūros padidėjimas atsiranda, kai magma pakyla ir įsiskverbia į ją, arba tai gali būti ištisų žemės plutos blokų (didelių plotų) panardinimo į didelį gylį rezultatas, vykstant tektoniniams procesams. Vyksta nežymus uolienų tirpimas, dėl kurio rūdos ir uolienos vis dėlto keičia cheminę ir mineralinę sudėtį bei fizikines savybes, kartais pakinta net mineralinių telkinių forma. Pavyzdžiui, iš geležies hidroksidų susidaro hematitas ir magnetitas, iš opalo – kvarcas, vyksta anglies metamorfizmas – gaunamas grafitas, o kalkakmenis staiga persikristalizuoja į marmurą. Šie pokyčiai vyksta, nors ir ilgai, bet visada stebuklingu būdu, o tai suteikia žmonijai naudingųjų iškasenų telkinių.
Hidroterminiai procesai
Kai vyksta metamorfizmo procesas, ne tik aukštas slėgis ir temperatūra veikia jo charakteristikas. Didžiulis vaidmuo skiriamas hidroterminiams procesams, kuriuose dalyvauja ir jauni vandenys, išsiskiriantys iš vėstančių magmų, ir paviršiniai (vandoziniai) vandenys. Taip metamorfinėse uolienose atsiranda tipiškiausi mineralai: piroksenai, amfibolai, granatai, epidotai, chloritai, žėručiai, korundas, grafitas, serpentinas, hematitas, talkas, asbestas, kaolinitas. Būna, kad vyrauja tam tikri mineralai, jų tiek daug, kad net pavadinimai atspindi kiekio dydžius: pirokseno gneisai, amfiboliniai gneisai, biotitasšiferiai ir panašiai.
Visus mineralų susidarymo procesus – ir magminius, ir pegmatitus, ir metamorfizmus – galima apibūdinti kaip parogenezės reiškinį, ty bendrą mineralų buvimą gamtoje dėl jų susidarymo proceso bendrumo. ir panašiomis sąlygomis – tiek fizikinėmis ir cheminėmis, tiek geologinėmis. Paragenezė parodo kristalizacijos fazių seką. Pirmiausia – magminis lydalas, vėliau pegmatito liekanos ir hidroterminės emanacijos arba tai nuosėdos vandeniniuose tirpaluose. Kai magma liečiasi su pagrindinėmis uolienomis, ji jas keičia, bet pasikeičia pati. O jei pakitimų įvyksta intruzinės uolienos sudėtis, jie vadinami endokontaktiniais pokyčiais, o jei keičiasi pagrindinės uolienos – egzokontaktiniais pokyčiais. Metamorfizmą patyrusios uolienos sudaro pokyčių zoną arba aureolę, kurios pobūdis priklauso nuo magmos sudėties, taip pat nuo pagrindinių uolienų savybių ir sudėties. Kuo didesnis kompozicijos neatitikimas, tuo intensyvesnis metamorfizmas.
Seka
Kontaktų transformacijos ryškesnės rūgščių, kuriose gausu lakiųjų ingredientų, įsiskverbimo. Pagrindinės uolienos gali būti išdėstytos tokia seka (mažėjant metamorfizmo laipsniui): molis ir skalūnai, kalkakmeniai ir dolomitai (karbonatinės uolienos), tada magminės uolienos, vulkaniniai tufai ir tufai, smiltainiai, silikatinės uolienos. Kontaktinis metamorfizmas didėja didėjant uolienų poringumui ir įtrūkimams, nes jose lengvai cirkuliuoja dujos ir garai.
Ir visada,absoliučiai visais atvejais kontaktinės zonos storis yra tiesiogiai proporcingas intruzinio kūno matmenims, o kampas atvirkščiai proporcingas ten, kur kontaktinis paviršius sudaro horizontalią plokštumą. Kontaktinių aureolių plotis dažniausiai siekia kelis šimtus metrų, kartais iki penkių kilometrų, labai retais atvejais net daugiau. Egzokontaktinės zonos storis yra daug didesnis nei endokontaktinės zonos storis. Egzokontaktinės zonos metalo formavimosi metamorfizmo procesai yra daug įvairesni. Endokontaktinė uoliena smulkiagrūdė, gana dažnai porfiritinė, joje daugiau spalvotųjų metalų. Egzokontakte metamorfizmo intensyvumas gana smarkiai sumažėja, tolsta nuo įsibrovimo.
Sąlyčio metamorfizmo porūšiai
Pažvelkime į kontaktinį metamorfizmą ir jo atmainas – terminį ir metasomatinį metamorfizmą. Normalus – terminis, vyksta esant gana žemam slėgiui ir aukštai temperatūrai, nėra didelio naujų medžiagų antplūdžio nuo jau vėstančio įsibrovimo. Uoliena perkristalizuojasi, kartais susidaro naujų mineralų, tačiau esminių cheminės sudėties pokyčių nėra. Molio skalūnai sklandžiai pereina į ragus, o kalkakmeniai į rutuliukus. Šiluminio metamorfizmo metu mineralai susidaro retai, išskyrus retkarčiais atsirandančias grafito ir apatito nuosėdas.
Metasomatinis metamorfizmas aiškiai matomas kontaktuojant su įkyriais kūnais, tačiau jo apraiškos dažnai fiksuojamos tose srityse, kuriose išsivystė regioninė metamorfizmas. Tokios apraiškosgana dažnai gali būti siejamas su mineralų telkiniais. Tai gali būti žėrutis, radioaktyvūs elementai ir panašiai. Šiais atvejais buvo pakeistos mineralinės medžiagos, privalomai naudojant skystus ir dujinius tirpalus, o kartu pasikeitė cheminė sudėtis.
Dislokacija ir smūgio metamorfizmas
Dislokacijos metamorfizmo sinonimų yra labai daug, tad jei minimas kinetinis, dinaminis, kataklastinis metamorfizmas ar dinamometamorfizmas, kalbame apie tą patį, o tai reiškia mineralinę uolienos struktūrinę transformaciją veikiant tektoninėms jėgoms. jis yra grynai nenutrūkstamų trikdžių zonose kalnų lankstymo metu ir be jokio magmos dalyvavimo. Pagrindiniai veiksniai čia yra hidrostatinis slėgis ir tiesiog įtempis (vienpusis slėgis). Pagal šių slėgių dydį ir santykį dislokacijos metamorfizmas uolieną visiškai arba iš dalies, bet visiškai perkristalizuoja arba uolienos susmulkinamos, sunaikinamos, taip pat perkristalizuojasi. Išeina įvairūs skalūnai, milonitai, kataklasitai.
Smūgis arba smūgio metamorfizmas atsiranda dėl galingos meteoritinės smūgio bangos. Tai vienintelis natūralus procesas, kuriame galima pastebėti tokius metamorfizmo tipus. Pagrindinė charakteristika yra momentinė išvaizda, didžiulis piko slėgis, temperatūra virš pusantro tūkstančio laipsnių. Tada aukšto slėgio fazės nustatomos daugeliui junginių - ringwoodito, deimantų, stišovito, koezito. Uolos ir mineralai smulkinami,sunaikinamos jų kristalinės gardelės, atsiranda diaplektinių mineralų ir stiklų, visos uolienos ištirpsta.
Metamorfizmo reikšmės
Išsamiai tiriant metamorfines uolienas, be aukščiau išvardytų pagrindinių pokyčių tipų, dažnai vartojamos ir kitos šios sąvokos reikšmės. Pavyzdžiui, tai yra progresuojantis (arba progresuojantis) metamorfizmas, kuris vyksta aktyviai dalyvaujant endogeniniams procesams ir išsaugo kietą uolienų būseną be tirpimo ar tirpimo. Kartu su aukštesnės temperatūros mineralų asociacijų atsiradimu žematemperatūrių egzistavimo vietoje atsiranda lygiagrečios struktūros, persikristalizuoja ir iš mineralų išsiskiria anglies dioksidas bei vanduo.
Taip pat atsižvelgiama į regresinį metamorfizmą (arba retrogradinį, arba monodiaftorezę). Šiuo atveju mineralų transformacijas sukelia metamorfinių uolienų ir magminių uolienų prisitaikymas prie naujų sąlygų žemesnėse metamorfizmo stadijose, dėl kurių vietoje aukštos temperatūros mineralų atsirado žemos temperatūros. Jie susidarė ankstesnių metamorfizmo procesų metu. Selektyvus metamorfizmas yra selektyvus procesas, pokyčiai vyksta selektyviai, tik tam tikrose sekos dalyse. Čia – cheminės sudėties nevienalytiškumas, struktūros ar tekstūros ypatybės ir panašiai.
