fyzikální Geologie

všechny důležité procesy metamorfózy, které známe, mohou přímo souviset s geologickými procesy způsobenými deskovou tektonikou. Vztahy mezi deskovou tektonikou a metamorfózou jsou shrnuty na obrázku 7.14 a podrobněji na obrázcích 7.15, 7.16, 7.17 a 7.19.

většina regionálních metamorfóz se odehrává v kontinentální kůře. Zatímco horniny mohou být metamorfovány v hloubce ve většině oblastí, potenciál metamorfózy je největší v kořenech horských pásem, kde existuje velká pravděpodobnost pohřbení relativně mladé sedimentární horniny do velkých hloubek, jak je znázorněno na obrázku 7.15. Příkladem může být Himálajský rozsah. Na této konvergentní hranici kontinentu a kontinentu byly sedimentární horniny tlačeny do velkých výšek (téměř 9 000 m nad mořem) a také pohřbeny do velkých hloubek. Vzhledem k tomu, že normální geotermální gradient (rychlost zvyšování teploty s hloubkou) je kolem 30°C na kilometr, hornina pohřbená na 9 km pod hladinou moře by v této situaci mohla být blízko 18 km pod povrchem země a je rozumné očekávat teploty až 500°C. metamorfované horniny, které se zde vytvořily, budou pravděpodobně foliovány kvůli silnému směrovému tlaku konvergujících desek.

obrázek 7.15 a: regionální metamorfóza pod pohořím související s kolizí kontinentu a kontinentu (typický geotermální gradient). (Příklad: 7.15 a: regionální metamorfóza pod pohořím související s kolizí kontinentu a kontinentu (typický geotermální gradient). (Příklad: Himálajský rozsah)

na oceánském šířícím se hřebeni se nedávno vytvořená oceánská kůra gabro a čediče pomalu vzdaluje od hranice desky (obrázek 7.16). Voda v kůře je nucena stoupat v oblasti poblíž zdroje sopečného tepla, a to přitahuje více vody z dálky ven, což nakonec vytvoří konvekční systém, kde je studená mořská voda vtažena do kůry a poté znovu na mořské dno poblíž hřebene. Průchod této vody oceánskou kůrou při 200° až 300°C podporuje metamorfní reakce, které mění původní pyroxen ve skále na chlorit a serpentin. Vzhledem k tomu, že k této metamorfóze dochází při teplotách hluboko pod teplotou, při které se hornina původně vytvořila (~1200°C), je známá jako retrográdní metamorfóza. Skála, která se tvoří tímto způsobem, je známá jako greenstone, pokud není foliovaná, nebo greenschist, pokud je. Chlorit ((Mg5Al) (AlSi3) O10 (OH)8) a serpentin ((Mg, Fe)3Si2O5 (OH)4) jsou oba „hydratované minerály“, což znamená, že mají vodu (jako OH) ve svých chemických vzorcích. Když je metamorfovaná oceánská kůra později subdukována, chlorit a serpentin se přeměňují na nové nehydravé minerály (např., granát a pyroxen) a voda, která se uvolňuje, migruje do nadložního pláště, kde přispívá k tavení tavidla (Kapitola 3, oddíl 3.2).

v subdukční zóně je oceánská kůra nucena dolů do horkého pláště. Ale protože oceánská kůra je nyní relativně chladná, zejména podél jejího horního povrchu mořského dna,nezahřívá se rychle a subdukční hornina zůstává o několik stovek stupňů chladnější než okolní plášť (obrázek 7.17). Zvláštní typ metamorfózy probíhá za těchto velmi vysokotlakých, ale relativně nízkoteplotních podmínek a produkuje amfibolový minerál známý jako glaukofan (NA2 (Mg3Al2) Si8O22 (OH)2), který má modrou barvu a je hlavní složkou horniny známé jako blueschist.

pokud jste o blueschist nikdy neviděli nebo dokonce neslyšeli, není to překvapující. Překvapivé je, že to někdo viděl! Většina blueschistických forem v subdukčních zónách, pokračuje být subdukován, změní se na eklogit asi 35 km hloubka, a nakonec se ponoří hluboko do pláště-už nikdy nebude vidět. Pouze na několika místech na světě, kde byl proces subdukce přerušen nějakým tektonickým procesem, se částečně subdukovaná blueschistská hornina vrátila na povrch. Jedním z takových míst je oblast kolem San Francisca; skála je známá jako Františkánský komplex (obrázek 7.18).

Magma se vytváří na konvergentních hranicích a stoupá směrem k povrchu, kde může tvořit magmatická těla v horní části kůry. Taková magmatická tělesa při teplotách kolem 1000°C zahřívají okolní horninu, což vede ke kontaktní metamorfóze (obrázek 7.19). Protože k tomu dochází v relativně mělkých hloubkách, při absenci řízeného tlaku se výsledná hornina normálně nevyvíjí foliace. Zóna kontaktní metamorfózy kolem vniknutí je velmi malá (typicky metry až desítky metrů) ve srovnání s rozsahem regionální metamorfózy v jiných prostředích (desítky tisíc kilometrů čtverečních).

regionální metamorfóza se také odehrává v pohoří sopečného oblouku a kvůli extra teplu spojenému s vulkanismem je geotermální gradient v těchto nastaveních obvykle o něco strmější (někde mezi 40° a 50°C / km). Výsledkem je, že k vyšším stupňům metamorfózy může dojít blíže k povrchu ,než je tomu v jiných oblastech (obrázek 7.19).

dalším způsobem, jak porozumět metamorfóze, je použití diagramu, který ukazuje teplotu na jedné ose a hloubku (což odpovídá tlaku) na druhé (obrázek 7.20). Tři těžké tečkované čáry na tomto diagramu představují geotermální gradienty země za různých podmínek. Ve většině oblastí je rychlost zvyšování teploty s hloubkou 30°C / km. Jinými slovy, pokud půjdete 1000 m dolů do dolu, bude teplota zhruba o 30°C teplejší než průměrná teplota na povrchu. Ve většině částí jižní Kanady je průměrná povrchová teplota asi 10°C, takže v hloubce 1000 m bude asi 40°C. To je nepříjemně horké, takže hlubinné doly musí mít účinné ventilační systémy. Tento typický geotermální gradient je znázorněn zelenou tečkovanou čarou na obrázku 7.20. V hloubce 10 km je teplota asi 300°C a na 20 km je to asi 600°C.

v sopečných oblastech je geotermální gradient spíše 40° až 50°C / km, takže teplota v hloubce 10 km je v rozmezí 400° až 500°C. Podél subdukčních zón, jak je popsáno výše, studená oceánská kůra udržuje nízké teploty, takže gradient je obvykle menší než 10°C / km. Různé typy metamorfózy popsané výše jsou znázorněny na obrázku 7.20 se stejnými písmeny (a až e) použitými na obrázcích 7.14 až 7.17 a 7.19.

pokud se podíváme na regionální metamorfózu v oblastech s typickými geotermálními gradienty, můžeme vidět, že pohřeb v rozmezí 5 km až 10 km nás staví do minerální zóny zeolitu a jílu (viz obrázek 7.20), což odpovídá tvorbě břidlice. Ve vzdálenosti 10 km až 15 km jsme v zóně greenschist (kde by se chlorit vytvořil v mafické vulkanické hornině) a v mudrock se tvoří velmi jemné slídy, které produkují fylit. V 15 km na 20 km, větší slídy tvoří k výrobě břidlice, a na 20 km na 25 km amfibol, živec, a křemenná forma k výrobě ruly. Za hloubkou 25 km v tomto prostředí překročíme částečnou tavnou linii pro žulu (nebo ruly) s přítomnou vodou, a tak můžeme očekávat, že se vytvoří migmatit.