Метаморфизм

схема минеральных фацийМЕТАМОРФИЗМ (от греч. metamorphoomai — преображаюсь, подвергаюсь превращению * а. metamorphism; н. Metamorphose; ф. metamorphisme; и. metamorfismo) — изменение осадочных и магматических горных пород (перекристаллизация, минералогические и химические преобразования), в результате которого они превращаются в метаморфические горные породы. Метаморфизм подразделяется на эндогенный, происходящий под воздействием на породы тепла, флюидов, а также давления вышележащих слоев Земли, и космогенный, возникающий в астроблемах (крупных метеоритных кратерах) при воздействии на породы ударных волн, порождаемых падениями крупных метеоритов. Экзогенные процессы выветривания пород и литогенез при погружении осадков на глубину в ходе накопления слоистых толщ (диагенез, катагенез) в понятие метаморфизма не включаются.

Эндогенный метаморфизм подразделяется на региональный и контактовый. В результате регионального метаморфизма образуются метаморфические сланцы (филлиты, слюдяные сланцы, гнейсы, амфиболиты, пироксен-плагиоклазовые сланцы, эклогиты), кварциты и мраморы. Этому типу метаморфизма подвергаются геосинклинальные вулканогенные, вулканогенно-осадочные и осадочные отложения в ходе эволюционного развития складчатых поясов. Различаются ранний (догранитный) метаморфизм собственно геосинклинальной стадии развития подвижных зон и последующий метаморфизм орогенной стадии, связанный с развитием мигматитов и гранито-гнейсовых куполов. С метаморфизмом связывается разуплотнение глубинных зон земной коры и подстилающей её мантии, ведущее к орогенному воздыманию и эрозии складчатых поясов. В посторогенную стадию метаморфические складчатые толщи могут подвергаться расколам, вдоль которых развивается их повторный низкотемпературный метаморфизма (диафторез). Контактовый метаморфизм происходит в непосредственной близости от интрузий или экструзий магм под воздействием на вмещающие породы отделяющихся от них флюидов и тепла. Интрузивные контакты, на которых флюидное воздействие магм по тем или иным причинам не проявилось, называются сухими контактами. Контактовое воздействие при очень высокой температуре приводит к метаморфизму, сопровождаемому частичным плавлением глинистых пород, и образованию бухитов (роговиков, содержащих богатое водой стекло, иногда с перлитовой структурой).

Метаморфические минеральные фации определяют области термодинамической устойчивости метаморфических пород. На схеме (рис.) они выделены относительно температуры и литостатического давления, определяемого глубиной протекания метаморфических реакций (массой вышележащих пород).

Главные типы метаморфических пород, выделяемые на этой схеме, дополнительно характеризуются входящими в их состав минералами-индикаторами — показателями термодинамических условий метаморфизма. Эти минералы могут иметь постоянный или переменный состав. Из характерных в этом отношении минералов постоянного состава на рассматриваемую схему вынесены андалузит, силлиманит и кианит. Эти минералы имеют одинаковый состав Al2SiO5, но образуются в различных условиях температуры и давления, так что различаются минеральные фации андалузитовых, силлиманитовых и кианитовых метаморфических пород.

Минералы переменного состава, находящиеся в метаморфических породах, также показательны в отношении условий их образования. На схеме отражены вариации состава граната в силлиманит-кордиеритовых гнейсах. Линии его постоянной железистости (100-90-80-50) разделяют на ней фации глубинности образования метаморфических пород. Выше линии 100 выделяется область образования малоглубинных контактовых роговиков, в которых гранат неустойчив. Ниже этой линии устойчивы более глубинные гранатовые роговики и гнейсы, в которых по мере увеличения глубины их образования возникает гранат всё более низкой железистости. Гнейсы с железистостью граната около 50 и ниже образуются на очень большой глубине и встречаются только в наиболее глубоко эродированных частях докембрийских щитов (например, на южной окраине Алданского щита). Основные кристаллические сланцы, образующиеся в этих условиях, представлены гранат-клинопироксен-плагиоклазовыми разновидностями и эклогитами. На схеме показана также область устойчивости бухитов и мигматитов, в которой метаморфизм сопровождается развитием кислого магматизма.

Такой метаморфизм называется ультраметаморфизмом. Линия геотермического градиента определяет на схеме общее возрастание температуры с глубиной: метаморфизм всегда происходит при более высокой температуре по сравнению с этим геотермическим фоном и связан с подъёмом геоизотерм, обусловленным восходящими потоками ювенильных метаморфизующих флюидов. Метаморфизм в условиях повышения температуры сопровождается дегидратацией минералов и называется прогрессивным (метаморфизм обратного направления называется регрессивным). Сланцевая, гнейсовая, амфиболитовая текстуры метаморфических пород обусловлены развитием метаморфизма в условиях стресса (направленного давления, вызывающего складчатость и другие деформации слоистых толщ). Со стрессом связывается также метаморфическая дифференциация, в ходе которой происходит перераспределение вещества в породах и образование полосчатых и других такситовых текстур. Метаморфизм всегда сопровождается существенными изменениями химического состава пород. В тех случаях, когда эти изменения касаются главных образующих летучих компонентов (Н2О, CO2 и др.), метаморфизм условно называется изохимическим, при более радикальных изменениях состава — аллохимическим. Примерами аллохимического метаморфизма могут служить спилитизация базальтов и глаукофановый метаморфизм, сопровождаемые выносом кальция и привносом в породы натрия, а также ультраметаморфизм, связанный с дебазификацией пород (выносом из них сильных оснований — MgO, CaO и др.). При крайнем выражении аллохимической природы метаморфизм при постоянстве объёма (независимо от литостатического давления) используется термин «метасоматизм».

Космогенный метаморфизм связан с резким кратковременным возрастанием температуры и давления под воздействием на породы ударных волн, порождаемых падениями крупных метеоритов. Он приводит к образованию импактитов, в которых встречаются минералы высокого давления (стишовит, коэсит, мелкие алмазы и др.) совместно с продуктами плавления, деформации и дробления минералов исходных пород.