Метаморфические горные породы

Метаморфические горные породы возникают из осадочных и магматических пород под влиянием метаморфизма – процесса перекристаллизации при большом давлении, высокой температуре и действии химически активных компонентов в средних слоях литосферы.

Роль давления, температуры и химически активных веществ. Давление вместе с другими факторами метаморфизма способствует изменению химического состава минералов и горных пород и их перекристаллизации. Перекристаллизация заключается в изменении минерального состава, текстуры породы без изменения химического состава. В земной коре различают давления гидростатическое, одностороннее и боковое.

Гидростатическое давление обусловлено нагрузкой вышележащих горных пород. Такое давление возрастает с глубиной. Уже на глубине 10 км оно достигает 2600 атм. В этих условиях ни одна, даже самая крепкая порода не может противостоять раздавливанию. В условиях больших глубин гидростатическое давление вызывает образование минералов с меньшим молекулярным объемом и большим весом и плотностью.

Одностороннее давление, или стресс, является следствием тектонических движений земной коры. Колоссальное внутреннее напряжение, возникающее при сдавливании горных пород, ведет или к их дроблению (катаклаз), или способствует изменению формы зерен минералов и обломков, а также нарушению их ориентировки в пространстве. Составные части породы под воздействием тектонических сил растекаются в направлении, перпендикулярном давлению, и удлиняются в сторону наименьшего сопротивления. Изменение формы зерен минералов и обломков, а также нарушение их первоначальной ориентировки обусловливает появление новых, типично метаморфических структур и текстур горных пород. Так, вместо землистых текстур глин при метаморфизме образуются сланцевые текстуры, массивные текстуры гранитов преобразуются в гнейсовидные текстуры.

Боковое давление возникает или при проявлении в земной коре сил сжатия, или под действием гравитационных сил на высокоподнятых участках земной коры. По мнению ученых, боковое давление вызывает пластические деформации горных пород и способствует смятию слоев в складки.

Температура – важнейший фактор метаморфизма, влияющий на процессы минералообразования, резко увеличивающий скорости химических реакций, степень перекристаллизации породы и в значительной мере контролирующий возникновение тех или иных парагенетических минеральных ассоциаций. В условиях растущей температуры происходят важные для минералообразования эндотермические реакции, сопровождающиеся процессами дегидратации гидроксилсодержащих минералов и декарбонатизации карбонатов. Повышение температуры ведет к образованию более высокотемпературных минеральных видов, лишенных воды, и сопровождается изменением структуры породы в направлении появления более крупнозернистых разностей.

Температурный интервал, в пределах которого происходят типичные метаморфические преобразования, заключен примерно между 300–400⁰С и 900–1000⁰С. Ниже 300⁰С вследствие резкого падения скорости метаморфических превращений последние практически не происходят или протекают крайне медленно; верхний предел ограничен температурой начала плавления наиболее распространенных горных пород и соответствуют условиям магмообразования.

Химически активные вещества. К химически активным веществам прежде всего относится вода и затем углекислота, которые находятся в том или ином количестве почти во всех горных породах в виде так называемых "поровых" или "межзерновых" метаморфогенных растворов и газов. Иногда существенное значение приобретают соединения водорода, азота, хлора, фтора, серы, бора, фосфора, калия, натрия и других элементов. Химически активные вещества вступают в химическую реакцию с горными породами, что приводит к изменению их химического состава и образованию новых пород.

Характер преобразований при метаморфизме зависит от многих причин. Существенную роль в них играют температура, давление, газы, растворы, глубина залегания породы, ее близость к магматическому очагу. Эндогенные факторы воздействуют на горные породы совместно или порознь. В зависимости от того, какой из факторов вызывает существенные изменения в горной породе, выделяют тот или иной вид метаморфизма. Различают следующие виды метаморфизма:

1) динамометаморфизм;

2) региональный;

3) контактовый;

4) пневмоталитовый и гидротермальный;

5) прогрессивный;

6) регрессивный.

Динамометаморфизм (дислокационный метаморфизм) выражается в изменении минералов и горных пород при воздействии давления. В земной коре различают давления гидростатическое, одностороннее и боковое.

Основная причина преобразования горных пород – это ориентированное давление (стресс). Под давлением толщи вышележащих геологических образований или в результате бокового давления горные породы нередко скручиваются, сжимаются, иногда перетираются до мельчайших частиц, образуя типичные продукты метаморфизма – милониты. Минералы в горных породах, подвергшихся динамометаморфизму, приобретают характерную линейно-параллельную ориентировку: располагаются своими длинными осями перпендикулярно направлению давления.

Региональный происходит на больших глубинах в условиях высоких температур и давлений. Проявляется на очень больших площадях в отличие от динамометаморфизма и контактового метаморфизма. Толща горных пород, чаще всего осадочного происхождения, в результате медленного опускания какого-либо участка земной коры и увеличения мощности накапливающихся осадков погружается в глубокие недра земли. Большое давление в сочетании с высокой температурой приводит к коренным изменениям состояния этих пород. Однако степень метаморфизма их на различных глубинах неодинакова и находится в непосредственной зависимости от изменения температуры и давления. Температура и давление в верхних слоях земли меньше, чем в глубоких. Поэтому на глубинах 12–15 км, где температуры и давления сравнительно невелики, исходные породы претерпевают лишь слабые преобразования. На таких глубинах формируются глинистые, хлоритовые, тальковые сланцы. На больших глубинах при более высоких давлениях и температурах происходит полная перекристаллизация исходных горных пород и часто изменяется их минеральный и химический состав.

Контактовый протекает на границе или контакте магмы с боковыми породами. При этом происходят изменения, связанные со смещением вещества магмы и боковых пород. Под воздействием высокой температуры (850⁰С и более), газообразных компонентов и горячих растворов состояние (как химический, так и минеральный состав) горных пород изменяется. Так, на контакте кислых интрузий с известняками возникают скарны, а из глин образуются роговки. Новообразующиеся мин6ералы и породы тем разнообразнее, чем резче между составом магмы и вмещающими ее породами.

Пневматолитовый и гидротермальный метаморфизм. Выделяющиеся из внедряющихся магматических масс газы и пары, а также образующиеся при их охлаждении водные растворы, проникая по порам и трещинам в толщи горных пород, вызывают их глубокие изменения. Метаморфизм называют пневматолитовым, если горные породы преобразуются под действием горячих газов и паров без участия водных растворов, и гидротермальным, если горные породы преобразуются под действием горячих минерализованных водных растворов. В процессе таких преобразований происходит изменение как химического, так и минерального состава горных пород.

Прогрессивный метаморфизм протекает на больших глубинах в условиях последовательно увеличивающихся давлений и температур.

Регрессивный метаморфизм протекает вблизи земной поверхности при последовательном уменьшении давлений и температур и характеризуется замещением высокотемпературных минеральных парагенезисов низкотемпературными.

Рассмотренные выше типы метаморфизма проявляются как самостоятельно, так и совместно в различных сочетаниях.

Главнейшими внешними признаками метаморфических горных пород также являются структура и текстура.

Все метаморфические горные породы имеют кристаллическую (кристаллобластическую) структуру, которая образуется в результате перекристаллизации первоначальных пород в твердом виде и отличается от полнокристаллической структуры магматических пород. Ряд минералов в массе метаморфической породы хорошо окристаллизован, но может иметь различную внешнюю форму (зерна, чешуйки, игольчатые или волокнистые кристаллы), а у других минералов нет хорошо выраженных кристаллических очертаний. Нередко крупные зерна одних минералов прорастают большим количеством мелких зерен других минералов.

Дата добавления: 2015-07-14