14.5.4: Метаморфічні породи

Last updated
Save as PDF

Page ID: 38367

Michael E. Ritter
University of Wisconsin-Stevens Point via The Physical Environment

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Метаморфічні породи утворюються шляхом переробки раніше існуючих порід від впливу тепла і тиску, залишаючись при цьому в твердому вигляді. Метаморфізм відбувається шляхом розриву зв'язків між атомами в мінералі так, що атоми переставляються в нові, більш стабільні, мінеральні форми. Скелі трансформуються і залишаються в твердому стані, тому що не всі зв'язки в мінералах породи порушені - якби вони були, порода розтанула б. Метаморфізм відбувається в твердій породі, оскільки лише деякі зв'язки між атомами розриваються в нестійкому мінералі. В результаті звільнені атоми та іони можуть мігрувати в інше місце всередині мінералу або зв'язуватися з атомами в іншому мінералі. Кінцевим результатом є отримання мінералів, які є більш стабільними в умовах навколишнього середовища, в яких вони існують.

Метаморфізм передбачає перетворення раніше існуючої породи з утворенням нових мінералів і текстур. Початковий мінеральний вміст породи може змінюватися декількома способами. Нестабільні мінерали, такі як глини, руйнуються, і їх елементи будуть рекомбінуватися, утворюючи нові мінерали. Більш стабільні мінерали, такі як кварц, залишаться кварцовими, але змінюють форму та розмір, утворюючи нову конфігурацію. При високих температурах атоми і іони можуть переміщатися в нову орієнтацію і зв'язуватися в більш стійкі форми. Отже, тип мінералів та його текстура можуть змінюватися, але хімічний склад самої породи може залишатися колишнім.

Скелі, поховані глибоко під Землею, піддаються впливу літостатичного тиску, що обмежує тиск, створюваний матеріалом, який сидить над певним місцем. Літостатичний тиск однаково у всіх напрямках і стискає обсяг породи в більш щільний матеріал. При контактах між мінеральними зернами тиск розриває зв'язки між атомами, дозволяючи їм мігрувати в області меншого тиску, де вони знову зв'язуються з іншими атомами.

гнейс — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Гнейс відображає смугу мінералів, характерних для листкової метаморфічної породи, утвореної з граніту. (Натисніть зображення, щоб збільшити або тут, щоб побачити QuickTime фільм)

Уздовж кордону тектонічних плит, де відбувається зіткнення або субдукція, на породу чиниться спрямований тиск. За цих обставин тиск накладається в певному напрямку. Спрямований тиск розплющує і подовжує породу в напрямку найбільшого тиску. Тиск недостатньо великий, щоб вплинути на нову мінералізацію. Натомість спрямований тиск впливає на форму і розташування мінералів. Під великим тиском мінеральні зерна можуть бути змащені або частково розплавлені і перекристалізовані в смуги, вирівняні перпендикулярно напрямку найбільшого тиску. Це створює листкові метаморфічні породи з мінералами в чітких смугах. Там, де тиск не спрямований, утворюються нелисткові метаморфічні породи і не мають смуги мінералів, характерних для листкових порід.

кварцит — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Кварцит - це нелисткова метаморфічна порода, утворена з пісковика, осадової породи.

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Поширені метаморфічні породи
	Рок	Батьківський рок	Основні мінерали	Метаморфічне середовище
Шаруватий	Шифер	Сланцевий	Глинисті мінерали, слюда. хлорит. графіт	Відносно низька температура і тиск
Шаруватий	Сланці	Сланець, базальт, сірий пісковик, нечистий вапняк	Слюда, хлорит, гранат, тальк, епдідот, горнбленда, графіт, сутурит, кіаніт	Проміжний - до - висока температура і тиск
Шаруватий	Гнейс	Сланці, залізні магматичні породи, сіра вапняка, піщаник, граніт, нечистий вапняк	Гранат, слюда, аугіт, рогова бленда, ставроліт, кіаніт, силіманіт	Висока температура і тиск
Нелистяні	Мармур	Чистий вапняк	кальцит, доломіт	Контакт з гарячою магмою або обмеження тиску від глибокого захоронення
Нелистяні	Кварцит	Чистий піщаник, черт	Кварц	Контакт з гарячою магмою або обмеження тиску від глибокого захоронення

виникнення метаморфізму

Метаморфізм відбувається в безлічі різних умов, які контролюють географічний розподіл метаморфічних порід і їх значення для особливостей земної поверхні. Коли магма вторгається в гірську породу, локалізований контактний метаморфізм виникає вздовж контакту між раніше існуючою гірською масою і охолоджуючим плутоном. Тепло, що вводиться вторгненою магмою, контролює ступінь метаморфізму. Контактний метаморфізм відбувається при низькому до помірного тиску і умовах низької до високої температури. Температура метаморфізму в широких межах коливається від 400-1000°С, величина метаморфізму регулюється безліччю факторів, серед яких є відмінності між температурою плутона і породи країни, теплоємність і провідність як магми, так і кантрі-породи. Гідротермальні рідини, що циркулюють через навколишню гірську породу, також важливі для метаморфозації породи, коли вони транспортують тепло. Флюїди особливо важливі в метаморфізмі карбонатних порід.

Зазвичай контактний метаморфізм виникає на більш дрібних рівнях кори, де тиск відносно низький. На цих малих глибині напруження, характерні для орогенних поясів, як правило, невеликі або відсутні, утворюючи метаморфічні породи, яким не вистачає шарування. Контактний метаморфізм зазвичай утворює дрібнозернисті породи. Метаморфозна порода, що оточує тіло магми по зоні зіткнення, називається ореолом. Багато прибуткових шахт розташовані в збагачених металами ауреолах, утворених контактним метаморфізмом.

Регіональний метаморфізм виникає над широкими ділянками земної кори. Існує два основних види регіонального метаморфізму: динамотермічний метаморфізм і похоронний метаморфізм. Динамотермічний метаморфізм виникає в районах, які зазнали деформації під час гірського будівництва, які з тих пір були розмиті для оголення метаморфічних порід. Це викликано диференціальним напруженням, що виникає внаслідок субдукції пластини або зіткнення вздовж кордонів пластин. Регіональний метаморфізм виникає в лінійному поясі в пластині, що переважає субдукційну, внаслідок підвищення температури і тиску в результаті стиснення, тяги, згортання і вторгнення магми знизу.

Похоронний метаморфізм відбувається в глибоких басейнів, де накопичилися опади або осадові породи. На глибині близько 10 кілометрів обмежувальний тиск вищевикладеного матеріалу в поєднанні з геотермальним теплом досить велике для метаморфози гірських порід. Оскільки стиснення не накладає спрямованого тиску, метаморфічні породи, що утворилися від поховання, розшаровуються.