Понятие о метаморфизме. Источники тепла и летучих компонентов

Понятие о метаморфизме

Метаморфизм – ( греч. – metamorfo -  превращаю) это процесс перекристаллизации магматических и осадочных пород. Или ранее образованных метаморфических под влиянием изменившихся условий: температуры(Т) , давления(р)  и химических потенциалов летучих компонентов(m₁, m₂, m₃…mn).

1.Факторы метаморфизма.

1)  Температура(Т) или тепловой поток(Q), поступающий из недр Земли является главнейшим фактором метаморфизма. Наблюдается в:

1.  Кимберлитовых шахтах, ЮАР, 3,5 км - 50⁰  С, фабрика льда

2.  Сверхглубокой скважины 12 км, г. Заполярный, Россия и в других местах.

                            - температурный коэффициент( геотермический градиент)

 - коэффициент теплопроводности горных пород

                             h - расстояние на глубину

Величина  изменяется в зависимости от характера тектонических структур. Величины температурного потока на континентах и океанах одинаковы. На континентах в подвижных областях и рифтах тепловой поток больше, чем на платформах и щитах, в океанах он высок, в рифтовых зонах  срединно-океанических хребтов. Наиболее часто встречающиеся значение температурного градиента – 36 ⁰С/км , наибольшее – 150 ⁰С/км отмечено в штате Орегон  в областях современного вулканизма, современных геосинклиналях и рифтогенных областях на платформах. Наименьшее 6 ⁰С/км в Витватерсранде (Южная Африка) на Капваальдском кратоне в ЮАР. Геометрический градиент различен в разных тектонических структурах. Он мал на платформах – 10-33 ⁰С/км, но велик в кайнозойских геосинклинальных областях – 33-50 ⁰С/км и, особенно, в областях новейшего вулканизма – 50-150 ⁰С/км.

На глубину по радиусу Земли геотермический градиент распределяется следующим образом:

для земной коры в целом он составляет 20 ⁰С/км , на глубине 33 км на границе земной коры и мантии он не превышает 10 ⁰С/км, для глубин порядка 100-150км – 7,5-8,5 ⁰С/км, а для всей мантии – порядка 0,6 ⁰С/км. Установление в геосинклиналях повышенного теплового потока имеет для теории метаморфизма большое значение, позволяя предполагать, что метаморфизм в этих областях протекает в условиях повышенных температур. В архее и протерозое, по-видимому, имел место более высокий тепловой поток, чем в фанерозое.

2)  Давление. В земной коре действует петростатическое, гидростатическое, горное и ориентированное(стресс) давление.

а) петростатическое давление (Рп).

, где р - плотность горной породы, g - ускорение свободного падения, h – высота столба горных пород. Это давление нагрузки вышележащих слоев Земли, которое возрастает с глубиной со скоростью  геобарического градиента – 250-300 атм/км. Реальная величина этого давления, рассчитанная для определенного уровня, может существенно отличаться от расчетной из-за тектонических процессов и неровностей рельефа. Гидростатическое давление, как фактор метаморфизма, проявленный в чистом виде не имеет такого значения как температура. Н.П. Семененко приводит пример юрских отложений Северного Кавказа, суммарная мощность которых достигает 14 км и нижней части разреза, испытавшей большее петростатическое давление сохраняет тот же облик глинистых сланцев, что и верхние, не обнаруживая усиления метаморфизма с глубиной.

Общее, или петростатическое давление не является очень сильным фактором метаморфизма, действующим самим по себе. Хороший геологический эффект наблюдается при совместном действии Рп и температуры.

б) ориентированное давление и стресс (Ро).

Стресс возникает под влиянием касательных тангенциальных напряжений в процессе смятия осадочных слоев в складки и в процессе сколовых и сдвиговых деформаций при разрывах сплошности горных пород.

Возникают в тектонических зонах (разломах) с очень большими величинами 2-15(30) тыс. атм.

Интенсивный стресс может сопровождаться высокими температурами, приводящими к расплавлению горных пород и образования так называемых псевдотахиллитов.

Пластическое течение горных пород создает дополнительное давление в коре и мантии. Признак  ориентированного давления – сланцеватость и гнейсовидность.

Ориентированному давлению придается большая роль в теории тектоники плит.