Метаморфизъм и метаморфни скали

 

Метаморфизъм е съвкупността от ендогенните изменения за приспособяване на структурата и минералния състав на скалите  (в твърдо състояние на веществата) към условията на дълбоките части на земната кора.

Условията на образуването на метаморфните скали обхващат широкия интервал на изменението на температурата и налягането в земните недра.

 

Температурата нараства с дълбочината. Зависи от :
- енергията на радиоактивното разпадане в земната кора 
- топлината, пренасяна от дълбочинни разтвори и флуиди, 
- топлината получена при внедряването на магмата, 
-  термичния ефект на химичните  реакции в земната кора
При метаморфизма температурата играе важна роля при изменението на минералния състав на скалите. По правило високата температура води до образуването на лишени от вода високотемпературни минерали с висока точка  на топене. Температурата влияе и на скалната структура чрез прекристализация и поява на по-едрозърнести разновидности.
Налягането бива: всестранно (хидростатично) и насочено (ориентирано).
Хидростатичното налягане влияе еднакво във всички посоки в резултат на теглото на отгоре разположените скални маси. Величината му нараства с 250-300 атм на всеки километър дълбочина (при 10 км - 2700 атм, при 20 км - 5700 атм, при 5-60 км - 13000-143000 атм). Но експериментите показват, че някои метаморфни изменения са станали при 25000 атм. Очевидно влияят и прарциалните налягания на водните пари и на въглеродния диоксид.
При високо хидростатично налягане възникват минерали с плътна кристална решетка и висока точка на топене.
Насоченото (ориентирано) налягане  се предизвиква от тектонските движения и зависи от интензитета им. Действието му намалява с дълбочината. То намалява точката на топене в местата на прилагане на максимално налягане и растеж в зоните на прилагане на минимално налягане (принцип на Рике). Така призматичните, плочестите или люспестите минерали се разполагат перпендикулярно на посоката на ориентираното налягане.
Химически активните разтвори и газове като водата, въглената киселина и пр. се съдържат в скалите като порови и мездузърнови разтвори. Такива са още съединенията на азота, хлора, флуора, сярата, фосфора, натрия, калия и др. Тези вещества притежават свойството  да се придвижват от зоните с високо налягане към горните отдели на земната кова (зоните с по-ниско налягане). Те активно участвуват в изменението на минералния състав на скалите, защото са носители на други химични елементи. Присъствието им частично обуславя високото порово налягане, което понижава разтворимостта на минералите.

Типове метаморфизъм

Контактен метаморфизъм. Осъществява се в резултат на подгряването на скалите при внедряването в тях на интрузини тела. Магмената топилка придава на вместващите скали топлина и предизвиква промяна в минералния им състав - образуване на безводни минерали и минерали с по- плътни кристални решетки. На вместващите скали влияят и съдържащите се в магмата разтвори и газове. Така възникват нови смесени минерални асоциации. 
Контактният метаморфизъм бива : нормален (изохимичен) и контактно-метасоматичен.
Контактно-метасоматичният метаморфизъм предполага взаимодействие между магмената топилка и вместващите я скали.
Продуктите на контактния метаморфизъм се разполагат в своеобразен ореол - контактен ореол около магматичното тяло. Ширината му зависи от :
- температурата и състава на магмата, 
- размерите на магменото тяло, 
- характера на вместващите скали и 
- дълбочината на магменото внедряване (условията температура-налягане).
Температурният интервал на контактните изменения е между 550 и 9000С.
Измененията при контактния метаморфизъм биват ендоконтактни -(промени в магменото тяло) и  екзоконтактни (промени във вместващите скали). 
При екзоконтактните метаморфни изменения от голямо значение е характера на вместващите скали.
При внедряване на гранитоидна (кисела) магма в пясъчниково-глинести седименти последователно (отвън-навътре) се образуват минерални асоциации, съдържащи: хлорит и мусковит - андалузит и биотит - кордиерит и силиманит - хорнфелзи (рогови скали). Тези метаморфни промени са изохимични. Този тип ореоли имат ширина от  няколко метра до няколко километра.
При внедряване на гранитоидна  (кисела) магма във варовити скали от магмената топилка към вместващите скали се осъществява привнос на силициев диоксид. Това довежда до осъществяването на контактно-метасоматичен метаморфизъм - новообразуваните мминерали имат смесет карбонатно-силикатен състав. Най-близо до магмения контакт се образува зона набогатена на воластонит (калциев силкат), гранат (калциево-алуминиево-железен силикат) и пироксен (калциево-магнезиево-железен силикат). Следва зона с присъствие на калцит, хлорит и серпентин (магнезиев хидросиликат) и накрая - зона, съдържаща калцит, доломит и форстерит (магнезиев силикат). Карбонатните скали от този тип карбонатен ореол се наричат скарни. Ширината на този тип ореоли варира от няколко до няколко десетки метри.
Дислокационен (катакластичен) метаморфизъм. Проявява се в тесни зони, свързани най-често с разломни нарушения. Предизвиква се от кратковременното действие на ориентирано (насочено) налягане обикновенно в условията на сравнително ниска температура. В тези случаи се осъществява само механично разрушаване (катаклаза) на минералните зърна от първоначалната скала поид действието на интензитета на насоченото налягане. Ако то е по-малко от границата на якост (здравината) на изходната скала в нея настъпват само деформации в кристалната решетка на минералите.
При разрушаването на скали на известна дълбочина при повишена температура се осъществява прекристализация и образуване на нови минерали: серицит - за сметка на плагиоклазите, хлорит - за сметка на желязо-магнезиевите силикати и т.н.
Регионален (дълбочинен) метаморфизъм.  Той възниква на големи дълбочини и обхваща големи площи. Обикновенно е привързан към подвижните активни зони на земната кора, където се осъществява нагъване и планинообразуване. Основните фактори при него са високата температура и високото налягане. Грубенман различава три зони на регионалния метаморфизъм различаващи се по стойностите тна температурата и наляганвето:
Епизона - най близко до земната повърхност - ниска температура, ниско хидростатично налягане, високо насочено налбягане.
Мезозона - има междинен характер - умерено високи температура, хидростатично и насочено налягане.
Катазона - висока температура и високо хидростатично налягане.
В зависимост от нарастването на температурата и налягането са обособени  метаморфни зони, които са наречени по името на характерните за тях минерали-индикатори: хлоритова - биотитова - гранатова (алмандинова) - ставролитова - дистенова - силиманитова.

Особености на метаморфните процеси 

Метасоматоза - при нея измененията на скалите настъпват вследствие внасянето на нови минерални компоненти и ицзнасянето на други таки.а от метаморфозиращата се скала. Това става главно под действието на химически активните разтвори и газове - богати на вода, въглероден диоксид,  хлориди, халоиди, сяра, желязо и т.н. Метасоматозата бива:
- контактна - съпровожда контактния метасоматизъм 
- регионална - причинява се от циркулиращи на големи площи водни разтвори които се придвижват във вертикална посока нагоре.,
- постмагматична - в резултат на отделянето на богати на химични активни вещества разтвори от внедряващата се магмена топилка. Тези изменения настъпват както във вече затвърделите магмени, така и във вместващите ги скали.
Прогресивен и регресивен метаморфизъм. 
Прогресивният метаморфизъм води до образуване на минерални съобщества (парагенези) които са устойчиви в условията на по-висока температура и налягане. 
В природни условия метаморфните скали може да попаднат в условия на по-ниска температура и налягане от тези необходими за образуването им. Това довежда да променянето на минералния им състав с минерали по- устойчиви при новите условия. Тези изменения се наричат  регресивен (ретрограден) метаморфизъм, а поряждащите го процеси носят общото име диафтореза.  Тя е най честа при дислокационния и по-рядко - при дислокационния метаморфизъм.

Метаморфни фациеси

Метаморфният фациес обединява метаморфни скали с различен химичен и разнообразен минерален състав, които са достигнали химическо равновесие при едни и същи условия на температура и налягане. Минералният фациес се определя от наличието на всички характерни за него минерални съобщества.
Седемте основни метаморфни фациеси са:
- зеленошистен - ниска температура и умерено налягане
- епидот-амфиболитов - умерени температури и налягане
- амфиболитов - високи температура и налягане
- гранулитов - високо налягане и температура при недостиг на вода
- еклогитов - много високо налягане и висока (но по-ниска отколкото при гранулитовия фациес) температура
- пироксен-хорнфелзов - висока температура и ниско налягане
- санидинитов - много висока температура и минимално налягане.

Метаморфни скали

Минерален състав. Процесът на метаморфната прекристализация на минералите в твърдо състояние се нарича кристалобластеза. За разлика от магмената кристализация кристалобластезата се развива с повишаване (а не с понижаване) на температурата - всеки по-късно образуван минерал има по-висока точка на топене.
Минералите, изграждащи метаморфните скали биват:
- минерали често срещащи се в магмените и метаморфните скали: фелдшпати, кварц, слюда, амфибол, пироксени, оливин и др.;
- минерали често срещащи се в метаморфните и в седиментните скали: калцит, доломит и др.;
- минерали, участвуващи в метаморфните скали като главни, а в магмените като второстепенни:серпентин, хлорит, серицит, актинолит и др.;
Минерали, срещащи се само в метаморфните скали: дистен, андалузит, силиманит, ставролит, кордиерит, гранати, воластонит и др.
Структура и текстура. 
Структурата бива основно три типа:
- кристалобластична - пълна прекристализация на новообразуваната метаморфна скала;
- катакластична - характерна за скалите получени при дислокационния метаморфизъм (разрушаване на скалите в близките до повърхността зони). Понякога разрушаването на изходната скала се съпровожда с частична прекристализация на минералите
- реликтова - в строежа на новообразуваната метаморфна скала , наред с прекристализиралите минерали има и останки (реликти) от структурата на изходната скала.
Текстурата бива: 
- реликтова - запазване на част от текстурните особенности на изходната скала;
- масивна метаморфна - текстура образувана без действието на насочено налягане (при контактния или дълбочинния регионален метаморфизъм);
- ориентирана - широко разпространена и разнообразна (шистозна, ивичеста, линейна, лещовидна и пр.) , образувана при подчертаното въздействие на ориентираното налягане.
Класификация и номенклатураОрто- и параметаморфни скали :
Глинести (аспидни) шисти, Филити, Кристалинни шисти, Гнайси, Амфиболити, Гранулити, Еклогити, Хорнфелзи (рогови скали), Мрамори, Кварцити, Катаклазити, Милонити, Филонити
Мрамор
 
Кварц
 
Амфиболит
 
Гнайс
 
Шист
 
 

 

 

Автор: проф. дгмн Цанко Цанков