Metamorfóza - Metamorphism

Pro další použití viz Metamorfóza (disambiguation).
Schematické znázornění a metamorfní reakce. Zkratky minerálů: akt = aktinolit; chl = chloritan; ep = epidot; gt = granát; hbl = hornblende; plag = plagioklas. Dva minerály zobrazené na obrázku se neúčastní reakce, mohou být křemen a K-živce. Tato reakce probíhá v přírodě, když a mafická skála jde od amfibolitové facie na greenschist facie.
A křížově polarizovaný tenký řez obrázek uživatele granát -slída -břidlice z Salangen, Norsko ukazuje silnou deformační strukturu břidlic. Černý (izotropní) krystal je granát, růžově-oranžovo-žluté barevné prameny jsou muskovit slída a hnědé krystaly jsou biotit slída. Šedé a bílé krystaly jsou křemen a (omezeně) živce.

Metamorfóza je změna minerály nebo geologická struktura (odlišné uspořádání minerálů) v již existujících skály (protolity ), aniž by se protolit roztavil na kapalinu magma (A pevné skupenství změna).[1] Ke změně dochází primárně kvůli teplu, tlaku a zavádění chemicky aktivních tekutin. The chemické složky a krystalové struktury minerálů tvořících horninu se může změnit, i když hornina zůstává a pevný. Změny na povrchu Země nebo těsně pod ním v důsledku zvětrávání nebo diageneze nejsou klasifikovány jako metamorfóza.[2] Metamorfóza se obvykle vyskytuje mezi diagenezí (maximálně 200 ° C) a tání (~ 850 ° C).[3]

Geologové, kteří studují metamorfózu, jsou známí jako „metamorfní petrologové“. Při určování procesů, které jsou základem metamorfózy, se velmi spoléhají statistická mechanika a experimentální petrologie.

Existují tři typy metamorfózy: Kontakt, dynamické a regionální. Metamorfóza produkovaná se zvyšujícími se tlakovými a teplotními podmínkami je známá jako progresivní metamorfóza. Naopak, charakterizují se klesající teploty a tlak retrográdní metamorfóza.

Rekrystalizace a neokrystalizace v pevné fázi

Metamorfované horniny se může změnit bez roztavení. Teplo způsobuje rozpad atomových vazeb a atomy se pohybují a vytvářejí nové vazby s ostatními atomy, vytváření nových minerálů s různými chemickými složkami nebo krystalickými strukturami (neokrystalizace ), nebo povolení rekrystalizace.[3] Když je aplikován tlak, poněkud zploštělá zrna, která se orientují ve stejném směru, mají stabilnější konfiguraci.

Limity

Teplotní spodní hranice toho, co je považováno za metamorfní proces, se obecně považuje za 100–200 ° C;[4] toto vylučuje diagenetický změny v důsledku zhutnění a tvorby sedimentární horniny.

Horní hranice metamorfovaných podmínek souvisí s nástupem procesů tavení v hornině. Maximální teplota pro metamorfózu je obvykle 700–900 ° C, v závislosti na tlaku a složení horniny. Migmatity jsou horniny vytvořené na této horní hranici, které obsahují lusky a žíly materiálu, který se začal tavit, ale nebyl plně oddělen od žáruvzdorného zbytku. Od 80. let 20. století se uznává, že horniny jsou zřídka dostatečně suché a dostatečně žáruvzdorné, aby mohly zaznamenávat bez tání „ultravysokých“ metamorfovaných teplot 900–1100 ° C. Metamorfní proces obvykle probíhá při tlacích mezi 100 a 300MPa, hloubka, ve které tyto tlaky vznikají, v závislosti na tom, který typ horniny vyvíjí tlak.[5]

Typy

Regionální

Regionální nebo Barrovian metamorfóza pokrývá velké oblasti Kontinentální kůra obvykle spojené s horskými pásmy, zejména s konvergentní tektonické desky nebo kořeny dříve rozrušený hory. Podmínky produkující rozšířené regionálně metamorfované horniny se vyskytují během orogenní událost. Srážka dvou kontinentální talíře nebo ostrovní oblouky s kontinentálními deskami produkují extrémní tlakové síly potřebné pro metamorfické změny typické pro regionální metamorfózu. Tyto orogenní hory jsou později erodovány a vystaveny intenzivně deformovaným horninám typickým pro jejich jádra. Podmínky v subduktující desce se vrhají směrem k plášť v subdukční zóně také produkují regionální metamorfické účinky charakterizované spárované metamorfované pásy. Techniky strukturní geologie slouží k rozluštění kolizní historie a určení příslušných sil. Regionální metamorfózu lze popsat a rozdělit na metamorfní facie nebo metamorfní zóny teplotních / tlakových podmínek v celém orogenním terrane.

Kontakt (tepelný)

Metamorfovaná aureola v horách Henry v Utahu. Šedivá skála nahoře je vyvřelina, která se skládá z porfyritického granodioritu z Henry hory Laccolith a narůžovělou skálou na dně je sedimentární venkovská skála, prachovec. Mezitím je viditelný metamorfovaný prachovec jako tmavá vrstva (~ 5 cm silná) a bledá vrstva pod ní.
Rock contact metamorphism eng big text.jpg

Kontaktní metamorfóza se obvykle vyskytuje kolem rušivé vyvřeliny v důsledku zvýšení teploty způsobeného vniknutím magma do chladiče country rock. Oblast obklopující narušení, kde jsou přítomny účinky kontaktní metamorfózy, se nazývá metamorfovaný aureol.[6] Kontaktní metamorfované horniny jsou obvykle známé jako hornfels. Horniny vytvořené kontaktní metamorfózou nemusí vykazovat známky silné deformace a jsou často jemnozrnné.

Kontaktní metamorfóza více sousedí s narušením a rozptyluje se vzdáleností od kontaktu. Velikost aureoly závisí na teplotě vniknutí, její velikosti a teplotním rozdílu se skalními kameny. Hráze obecně mají malé aureoly s minimálním metamorfismem, zatímco velké ultramafické vniknutí může mít výrazně silnou a dobře vyvinutou kontaktní metamorfózu.

Metamorfní stupeň aureoly se měří špičkovým metamorfovaným minerálem, který se tvoří v aureole. To obvykle souvisí s metamorfními teplotami pelitický nebo aluminosilikátové horniny a minerály, které tvoří. Metamorfované druhy aureol jsou andalusitové hornfels, sillimanite hornfels, pyroxen hornfels.

Magmatických tekutin pocházejících z dotěrné horniny se mohou také účastnit metamorfní reakce. Rozsáhlé přidání magmatických tekutin může významně upravit chemii ovlivněných hornin. V tomto případě metamorfóza graduje do metasomatismus. Pokud je narušená skála bohatá na uhličitan výsledkem je a skarn. Fluor často se mohou tvořit bohaté magmatické vody, které opouštějí chladící žulu greisens uvnitř a v sousedství kontaktu žuly. Metasomatické změněné aureoly mohou lokalizovat depozici kovu Ruda minerály, a proto jsou ekonomicky zajímavé.

Zvláštní typ kontaktní metamorfózy, spojený s požáry fosilních paliv, je známý jako pyrometamorfóza.[7][8]

Hydrotermální

Hydrotermální metamorfóza je výsledkem interakce horniny s vysokoteplotní tekutinou různého složení. Rozdíl ve složení mezi existující horninou a invazní tekutinou spouští soubor metamorfovaných a metasomatický reakce. Hydrotermální tekutina může být magmatická (má původ v vnikajícím magmatu) a cirkuluje podzemní voda nebo oceánská voda. Konvekční cirkulace hydrotermálních tekutin v oceánském dně čediče produkuje rozsáhlou hydrotermální metamorfózu sousedící s centry šíření a dalšími podmořskými vulkanickými oblastmi. Tekutiny nakonec uniknou průduchy na dně oceánu známé jako černí kuřáci.[9] Vzory tohoto hydrotermální změna se používají jako vodítko při hledání ložisek cenných kovových rud.

Šokovat

Hlavní článek: Šoková metamorfóza

Šoková metamorfóza nastává, když mimozemský objekt (a meteorit například) se srazí s povrchem Země. Metamorfóza nárazu je proto charakterizována podmínkami ultravysokého tlaku a nízkou teplotou. Výsledné minerály (například SiO2 polymorfy coesite a stishovite ) a textury jsou pro tyto podmínky charakteristické.

Dynamický

Dynamická metamorfóza je spojena se zónami vysokého až středního namáhání, jako jsou chyba zóny. Cataclasis, drcení a drcení hornin na úhlové úlomky, se vyskytuje v dynamických metamorfovaných zónách, což dává kataklastickou strukturu.

Textury dynamických metamorfovaných zón jsou závislé na hloubce, ve které byly vytvořeny, protože teplota a omezující tlak určují deformační mechanismy které převládají. V hloubkách menších než 5 km se dynamická metamorfóza často nevyrábí, protože omezující tlak je příliš nízký na to, aby produkoval třecí teplo. Místo toho zóna brekcie nebo kataklasit je vytvořen, s horninou mletou a rozbitou na náhodné fragmenty. Toto obecně tvoří a melanž. V hloubce přecházejí úhlové brekcie do tvárné smykové struktury a do mylonitových zón.

V hloubce 5–10 km, pseudotachylyt se vytváří proto, že omezující tlak je dostatečný k tomu, aby se zabránilo brekciaci a mletí, a proto se energie soustředí na diskrétní roviny poruch. Třecí zahřívání v tomto případě může roztavit horninu za vzniku pseudotachylytového skla.

V hloubce 10–20 km je deformace řízena podmínkami tvárné deformace, a proto je třecí ohřev rozptýlen po celé délce smykové zóny, což má za následek slabší tepelný otisk a distribuovanou deformaci. Zde se tvoří deformace mylonit, s dynamotermální metamorfózou pozorovanou zřídka jako růst porfyroblasty v mylonitových zónách.

Přemrštění může srovnávat horké horniny spodní kůry proti chladnějším středním a horním blokům kůry, což vede k přenosu vodivého tepla a lokalizované kontaktní metamorfóze chladnějších bloků sousedících s teplejšími bloky a často retrográdní metamorfóze v horkějších blocích. Metamorfovaná seskupení v tomto případě diagnostikují hloubku a teplotu a výskyt poruchy a lze je také ze dne dát věk tlačení.

Klasifikace metamorfovaných hornin

Metamorfované horniny jsou klasifikovány podle jejich minerálního složení, zdrojové horniny, známé také jako a protolit a souvislosti (tlak, teplota, hydrologické vlastnosti atd.) jeho vzniku.

Metamorfované facie

Metamorfované facie jsou rozpoznatelné terranes nebo zóny se souborem klíčových minerálů, které byly v rovnováze pod specifickým rozsahem teploty a tlaku během metamorfní události. Facie jsou pojmenovány podle metamorfované horniny vytvořené za těchto faciálních podmínek z čedič. Facies vztahy byly poprvé popsány Pentti Eskola v roce 1921.

Metamorfovaná facie s ohledem na teplotu a tlak
ACF diagramy kompatibility (hliník-vápník-železo) ukazující fázové rovnováhy v metamorfovaných mafických horninách za různých P-T okolností (metamorfní facie). Tečky představují minerální fáze, tenké šedé čáry jsou rovnováhy mezi dvěma fázemi. Minerální zkratky: act = aktinolit; cc = kalcit; chl = chloritan; di = diopsid; ep = epidot; glau = glaucophane; gt = granát; hbl = hornblende; ky = kyanit; zákon = právník; plag = plagioklas; om = omphacite; opx = orthopyroxen; zo = zoisit
TeplotaTlakFacie
NízkýNízkýZeolit
Nižší StředníNižší StředníPrehnite-Pumpellyite
Střední až vysokáNízkýHornfels
Nízká až středníStřední až vysokáBlueschist
Střední → VysokáMírnýGreenschist →Amfibolit →Granulit
Střední až vysokáVysokýEklogit

Další podrobnosti najdete v diagramu.

Metamorfní stupně

Metamorfní třída je neformální údaj o míře nebo stupni metamorfózy.[10] Podrobnější údaj o této intenzitě nebo stupni je uveden v konceptu metamorfní facie.[10]

V barrovianské posloupnosti (popsal George Barrow v zónách progresivní metamorfózy ve Skotsku) jsou metamorfní stupně klasifikovány také podle minerálního seskupení na základě výskytu klíčových minerálů v horninách pelitický (břidlicový, hlinitý) původ:

Nízký stupeň ------------------- Středně pokročilý --------------------- Vysoký stupeň

Greenschist ------------- Amfibolit ----------------------- Granulit
Břidlice --- Fylit ---------- Břidlice ---------------------- Rula --- Migmatit
Chloritany zóna
Biotit zóna
Granát zóna
Staurolit zóna
Kyanit zóna
Sillimanit zóna

Metamorfní procesy

(Vlevo) Náhodně orientovaná zrna ve skále před metamorfózou. (Vpravo) Zarovnání zrn ortogonální k aplikovanému stres pokud je kámen během metamorfózy vystaven stresu

Rekrystalizace

Během rekrystalizace zrna tvořící protolit změnit tvar a velikost. Identita minerálu se během tohoto procesu nemění, pouze struktura. Rekrystalizace probíhá v důsledku zahřátí protolitu. Teplota, při které k tomu dochází, se může lišit v závislosti na přítomných minerálech. Rekrystalizace obvykle začíná, když teploty dosáhnou nad polovinu bodu tání minerálu na Kelvin měřítko.[11]

Změna fáze

Metamorfóza fázové změny je tvorba nových minerálů se stejným chemickým vzorcem jako protolith. To zahrnuje přeskupení atomů v krystalech.

Neokrystalizace

Neokrystalizace zahrnuje tvorbu nových minerálních krystalů odlišných od protolitu. Chemické reakce trávit minerály protolitu, které poskytují nové minerály. Jedná se o velmi pomalý proces, protože může zahrnovat také difúzi atomů přes pevné krystaly.

Tlakové řešení

Hlavní článek: Tlakové řešení

Tlakové řešení je metamorfovaný proces, který vyžaduje, aby hornina byla pod silným tlakem z jednoho směru a v přítomnosti horké vody. Během tohoto procesu se minerál protolitu částečně rozpustí, difunduje vodou a vysráží se jinde.

Plastická deformace

Při plastické deformaci se na tlak aplikuje tlak protolit, což způsobí, že se bude stříhat nebo ohýbat, ale nezlomí se. Aby k tomu mohlo dojít, musí být teploty dostatečně vysoké, aby nedocházelo k křehkým zlomům, ale ne tak vysoké, aby došlo k difúzi krystalů.[12]

Progradovat a retrográdně

Metamorfóza se dále dělí na metamorfózu postupnou a retrográdní. Progradní metamorfóza zahrnuje změnu minerálních sdružení (parageneze ) se zvyšující se teplotou a (obvykle) tlakovými podmínkami. Jedná se o dehydratační reakce v pevném stavu, které zahrnují ztrátu těkavých látek, jako je voda nebo oxid uhličitý. Výsledkem metamorfózy progradu je charakteristika horniny pro maximální dosažený maximální tlak a teplotu. Metamorfované horniny obvykle nepodléhají další změně, když jsou přivedeny zpět na povrch.

Retrográdní metamorfóza zahrnuje rekonstituci horniny prostřednictvím revolatace za klesajících teplot (a obvykle tlaků), což umožňuje minerálním sdružením vytvořeným v postupné metamorfóze se vrátit k těm stabilnějším za méně extrémních podmínek. Jedná se o relativně neobvyklý proces, protože musí být přítomny těkavé látky.

Tektonické nastavení

Další informace: Metamorfóza subdukční zóny

Běžně používané diagramy

Petrogenetická mřížka Al2SiO5
(nesosilikáty ).[13]

Petrogenetické mřížky

Další informace: Petrogenetická mřížka

A petrogenetická mřížka je geologická fázový diagram které jsou experimentálně odvozeny metamorfní reakce při jejich tlakových a teplotních podmínkách pro dané složení hornin. To umožňuje geologům (konkrétně metamorfním petrologům) určit tlakové a teplotní podmínky, za kterých se horniny proměňují. Al2SiO5 nesosilikát ukázaný fázový diagram je velmi jednoduchá petrogenetická mřížka pro horniny, které mají pouze složení hliník (Al), křemík (Si) a kyslík (Ó). Jelikož hornina podléhá různým teplotám a tlaku, může se jednat o kteroukoli z uvedených tří polymorfní minerály. U hornin, které obsahují více prvků, se petrogenetická mřížka rychle stává komplikovanější.

Schémata kompatibility

Schémata kompatibility poskytují vynikající způsob, jak analyzovat, jak variace ve složení horniny ovlivňují minerál parageneze který se vyvíjí ve skále za určitých tlakových a teplotních podmínek.

Viz také

Poznámky pod čarou

  1. ^ Marshak, s. 176
  2. ^ Vernon, 2008, str. 1
  3. ^ A b Marshak, s. 177
  4. ^ Bucher, str. 4.
  5. ^ https://www.tulane.edu/~sanelson/eens212/typesmetamorph.htm
  6. ^ Marshak, str. 187
  7. ^ Grapes, R.H., 2006. Pyrometamorfismus. Springer Verlag, Berlín
  8. ^ Sokol, E.V., Maksimova, N.V., Nigmatulina, E.N., Sharygin, V.V. a Kalugin, V.M., 2005. Metamorfóza spalování. Nakladatelství sibiřské pobočky Ruské akademie věd, Novosibirsk (v ruštině, s částmi v angličtině)
  9. ^ Marshak, str. 190.
  10. ^ A b Marshak p. 183
  11. ^ Gillen, str. 31
  12. ^ Vernon, 1976, str. 149.
  13. ^ Whitney, D.L. (2002). „Koexistující andalusit, kyanit a sillimanit: Sekvenční tvorba tří Al2SiO5 polymorfy během progresivní metamorfózy poblíž trojitého bodu, Sivrihisar, Turecko “. Americký mineralog. 87 (4): 405–416. Bibcode:2002AmMin..87..405W. doi:10.2138 / am-2002-0404. S2CID  131616262.

Reference

  • Bucher, Kurt, 2002, Petrogeneze metamorfovaných horninSpringer
  • Eskola P., 1920, Minerální facie skal, Norsk. Geol. Tidsskr., 6, 143–194
  • Gillen, Cornelius, 1982, Metamorfní geologie: Úvod do tektonických a metamorfních procesů, Londýn; Boston: G. Allen & Unwin ISBN  978-0045510580
  • Marshak, Stephen, 2009, Základy geologie, W. W. Norton & Company, 3. vyd. ISBN  978-0393196566
  • Vernon, R. H., 1976, Metamorfní procesy, Halsted Press
  • Vernon, Ronald Holden, 2008, Principy metamorfní petrologie, Cambridge University Press ISBN  978-0521871785

Další čtení

  • Winter J.D., 2001, Úvod do magmatické a metamorfní petrologie, Prentice-Hall ISBN  0-13-240342-0.

externí odkazy