Метаморфізм

Метаморфічні фації температури і тиску

Метаморфізм (від дав.-гр. μεταμορφόομαι — піддаюся перетворенню, перетворююся) — процес твердофазної мінеральної і структурної зміни гірських порід під впливом температури, тиску, підземних розсолів, часто в присутності флюїду. Виділяють ізохімічний метаморфізм — при якому хімічний склад породи змінюється неістотно, і неізохімічний метаморфізм (метасоматоз), для якого характерна помітна зміна хімічного складу породи в результаті перенесення компонентів флюїдом.

Загальний опис

Метаморфізм (перетворення) гірських порід — це зміна їхнього мінерального складу, структури і текстури під дією фізико-хімічних процесів, обумовлених високими температурами, тисками та впливом термальних флюїдів. Термін метаморфізм (дав.-гр. μεταμορφισμός — перетворення) було введено в геологічну науку французьким геологом Ч. Лайелем у 1885 році.

Метаморфічні процеси зазвичай відбуваються в інтервалах температур 300—1100 °C і тисків 1—6000 атм. Метаморфізм включає в себе перекристалізацію, мінералогічні та хімічні зміни в осадових, магматичних і раніше утворених метаморфічних породах, внаслідок чого всі вони перетворюються на метаморфічні гірські породи.

Генетичний сенс метаморфізму — у зміні первинного хімічного складу мінералів та зародженні нових мінералів, стійких у тих або інших фізико-хімічних умовах геологічного середовища. Під дією зовнішніх чинників (високі тиски й температури, термальні флюїди) відбувається часткова або повна перекристалізація гірських порід, що супроводжується докорінною перебудовою їхньої структури та текстури. Метаморфічні процеси є різноманітними як за формою проявів, так і за характером перетворень.

Перетворення гірських порід може відбуватися на контакті інтрузії з боковими породами (контактовий метаморфізм); в процесі дії термальних розчинів на породи-колектори (гідротермальний метаморфізм); внаслідок надвисоких тисків, що виникають на великих глибинах (динамометаморфізм), та за участю усіх цих факторів на величезних просторах у складчастих регіонах (регіональний метаморфізм).

Найпоширенішим видом метаморфізму гірських порід є регіональний метаморфізм, який характеризується трьома стадіями їхньої зміни:

1. Перша стадія (низький ступінь) відповідає слабкій зміні порід. Такі зміни відбуваються за помірних температур близько 5000 °C і тисках, що не перевищують 5000 атм. В цих умовах механічні процеси превалюють над хімічними настільки, що у метаморфізованих породах можуть ще залишатися мінерали, які вміщують воду.
2. Друга стадія (середній ступінь) метаморфізму, або мезометаморфізм, характеризується температурами від 500 до 1000 °C і тисками від 5000 до 10000 атм. Цій стадії відповідає повне зневоднення мінералів.
3. Третя стадія (найважливіший ступінь) метаморфізму, або катаметаморфізм, характеризується температурами більшими за 1000 °C і тисками, що перевищують 10000 атм. При цьому гідростатичний тиск суттєво зростає, а хімічна дія на гірські породи перевищує механічну. Кристалізація мінералів повна.

З метаморфічних порід найпоширенішими є кварцити (масивна порода, що майже цілком складається із зерен кварцу), різноманітні сланці (роговообманкові, хлоритові, талькові, слюдяні, глинисті, вуглисті і т. ін.), філіти, роговики, гнейси.

Різновиди

За розміром ареалів розповсюдження метаморфічних порід, їх структурним положенням і причинами метаморфізму виділяють:

• Регіональний метаморфізм, який залучає значні об'єми земної кори і поширений на великих площах. У результаті регіонального метаморфізму утворюються метаморфічні сланці (філіти, слюдяні сланці, ґнейси, амфіболіти, піроксен-плагіоклазові сланці, еклогіти), кварцити і мармури. Цього типу метаморфізму зазнають геосинклінальні вулканогенні, вулканогенно-осадові і осадові відклади в ході еволюційного розвитку складчастих поясів.
• Контактовий метаморфізм приурочений до магматичних інтрузій і походить від тепла вистигаючої магми. Контактний метаморфізм відбувається в безпосередній близькості від інтрузій або екструзій магм під впливом на вмісні породи флюїдів і тепла. Метаморфізм в умовах підвищення температури супроводжується дегідратацією мінералів і називається прогресивним (Метаморфізм зворотного напряму називається регресивним).
• Динамометаморфізм відбувається в зонах розломів, пов'язаний зі значною деформацією порід. Причина — тиск при гороутворенні;
• Пірометаморфізм (термічний) — причина — висока температура;
  • Гідатопіроморфізм
• Піродинамометаморфізм — причина — висока температура і тиск;
• Гідротермальний метаморфізм — відбувається за участю гарячих водних розчинів;
• Імпактний метаморфізм — відбувається при різкому ударі метеорита об поверхню планети.

• Ендогенний та екзогенний метаморфізм.

Метаморфізм поділяється на ендогенний, що відбувається під впливом на породи тепла, флюїдів, а також тиску шарів Землі, і космогенний, що має місце в астроблемах (великих метеоритних кратерах) при впливі на породи ударних хвиль, що породжуються падіннями великих метеоритів. Екзогенні процеси вивітрювання порід і літогенез при зануренні осадів на глибину в ході накопичення шаруватих товщ (діагенез, катагенез) в поняття метаморфізм не включаються.

Ендогенний метаморфізм поділяється на регіональний і контактний.

• Ізохімічний та алохімічний метаморфізм. Сланцева, ґнейсова, амфіболітова текстури метаморфічних порід зумовлені розвитком метаморфізму в умовах стресу (направленого тиску, що викликає складчастість і ін. деформації шаруватих товщ). З контактним метаморфізмом пов'язане утворення родовищ мармуру, корунду тощо. Метаморфізм завжди супроводжується істотними змінами хімічного складу порід. У тих випадках, коли ці зміни торкаються головним чином летких компонентів, метаморфізм умовно називають ізохімічним, при радикальніших змінах складу — алохімічним. При крайньому вираженні алохімічної природи метаморфізм за постійного об'єму використовується термін метасоматизм.

• Космогенний метаморфізм. Пов'язаний з різким короткочасним зростанням температур і тиску під впливом на породи ударних хвиль, що породжуються падіннями великих метеоритів. Він призводить до утворення імпактитів, в яких зустрічаються мінерали високого тиску (стишовіт, коесит, дрібні алмази і ін.) спільно з продуктами плавлення, деформації та дроблення мінералів первинних порід.

• Гідрометаморфізм — відбувається за участю води підземних надр.
• Хемометаморфізм — вторинні зміни в магматичних мінеральних комплексах, які відбуваються під впливом високої температури при наявності розчинників.

Послідовність змін осадових порід у процесі метаморфізму

Осадові породи	Стадія цементації осадових порід	Стадії метаморфізму
		Епіметаморфізм	Мезаметаморфізм	Катаметаморфізм
Кварцева галька з глиною	Кварцевий конгломерат	Філітовий або серицитовий конгломерат	Конгломератово-слюдистий сланець	Конгломератовий гнейс і слюдистий сланцюватий гнейс
Кварцевий пісок із глиною	Пісковик	Серицитовий кварц	Слюдистий кварцит	Кварцитоподібний гнейс
Чистий кварцевий пісок	Кварцевий пісковик	Кварцит	Сланцевий кварцит	Перекристалізований кварцит
Глина	Глинистий сланець	Філіт	Слюдистий сланець	Гнейс
Мергель	Вапняковий сланець	Вапняковий філіт	Вапняково-слюдистий сланець	Гнейс із силікатами, що вміщують кальцій
Чистий вапняк	Напівкристалічний вапняк	Тонкозернистий мармур	Грубозернистий мармур	Крупнозернистий мармур
Торф	Кам'яне вугілля	Антрацит	Графіт	Графіт і (можливо) алмаз

Див. також

• Ультраметаморфізм
• Метаморфічна диференціація
• Метаморфізовані родовища
• Метаморфічні гірські породи
• Метаморфічні родовища
• Метаморфічні сланці
• Метаморфогенні глинисті породи
• Метаморфогенні корисні копалини
• Метаморфогенні родовища
• Метаморфізм вугілля
• Цикл метаморфічний

Література

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2004—2013.
• Інженерна геологія (з основами геотехніки): підручник для студентів вищих навчальних закладів /Колектив авторів: В. Г. Суярко, В. М. Величко, О. В. Гаврилюк, В. В. Сухов, О. В. Нижник, В. С. Білецький, А. В. Матвєєв, О. А. Улицький, О. В. Чуєнко.; за заг. ред. проф. В. Г. Суярка. — Харків: Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, 2019. — 278 с.

Джерела

• Recommendations by the IUGS Subcommission on the Systematics of Metamorphic Rocks, 1. HOW TO NAME A METAMORPHIC ROCK
• Recommendations by the IUGS Subcommission on the Systematics of Metamorphic Rocks, 2. TYPES, GRADE AND FACIES OF METAMORPHISM
• Recommendations by the IUGS Subcommission on the Systematics of Metamorphic Rocks, 3. Structural terms including fault rock terms
• Recommendations by the IUGS Subcommission on the Systematics of Metamorphic Rocks, 4. HIGH P/T METAMORPHIC ROCKS
• James Madison University: Metamorphism
• BARROVIAN METAMORPHISM: Brock Univ.